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Aproximação diagnóstica nova para avaliar as complicações da pele do diabetes mellitus

A equipa de investigação multidisciplinar publicou sua pesquisa da “complicações pele de mellitus do diabetes reveladas pela aprendizagem hyperspectral polarizada da imagem lactente e de máquina” recentemente nas transacções de IEEE sobre a imaginação médica.

Na publicação, utilizar emergir photonics-baseou a tecnologia, soluções inovativas na aprendizagem de máquina, e as características fisiológicos definitivas, pesquisadores introduzem uma aproximação diagnóstica capaz de avaliar as complicações da pele do diabetes mellitus na fase muito mais adiantada.

Neste trabalho, nós executamos uma validação clínica de nosso dispositivo óptico e de um método que nós desenvolvêssemos no quadro da academia do projecto de Finlandia.

O método permite a detecção do não-contacto de complicações possíveis da pele do diabetes em uma fase inicial assim como para executar a selecção da população larga, diz o professor Alexander Bykov da adjunção da universidade de Oulu que explica a pesquisa com maiores detalhes nas respostas abaixo.

Que é o resultado chave?

Nós desenvolvemos e executamos um teste clínico de um estojo compacto, dispositivo óptico portátil para a caracterização funcional do não-contacto da pele humana. O dispositivo pode remotamente medir mapas espaciais do nível do oxigênio do sangue, índice do sangue e avaliar as mudanças na estrutura do colagénio da pele.

Para conseguir esta, a imagem lactente hyperspectral e a polarização que detectam tecnologias são combinadas junto e acompanhadas com os algoritmos avançados do tratamento dos sinais baseados em redes neurais artificiais.

A imagem lactente Hyperspectral é uma técnica que una a imagem lactente e a espectroscopia convencionais. Tornado inicialmente como um satélite complexo ou um sistema avião-baseado, a tecnologia evoluiu finalmente em uma ferramenta compacta da imagem lactente que pudesse ser usada para médico, industrial, e em outras aplicações relevantes.

Usando esta tecnologia, a informação espacial e espectral de um objeto pode ser adquirida. A imagem 3D obtida (dois espaciais e uma dimensão espectral) consiste faixas aproximadamente em cem ou mais espectrais para cada pixel medido de um objeto. Esta informação espectral e espacial precisa permite análise detalhada de todo o objeto ou ambiente.

Do outro lado, a detecção óptica da polarização permite a avaliação remota das mudanças estruturais dentro do objeto que são despercebidas pela imagem lactente hyperspectral convencional. A aplicação dos algoritmos da rede neural permite perto do processamento de imagem do tempo real baseado nos modelos numéricos avançados por exemplo, o modelo que da pele da sete-camada nós nos usamos em nosso estudo.

O sistema desenvolvido foi usado para revelar mudanças adiantadas no microcirculation do sangue da pele e na estrutura da pele dos pacientes com diabetes. A superfície dorsal dos pés dos pacientes foi imaged. Observou-se que os pacientes do diabético tinham aumentado o índice do sangue da pele e, ao mesmo tempo, o nível reduzido do oxigênio em comparação com o grupo de controle de voluntários saudáveis.

Além, o grupo do diabético tem um deslocamento predeterminado aumentado da polarização que seja atribuído às mudanças na estrutura do colagénio da pele. Assim, os resultados dos estudos de viabilidade, assim como os testes reais em pacientes com diabetes e os voluntários saudáveis, mostram claramente a capacidade da aproximação desenvolvida para diferenciar grupos do diabético e de controle.

Por que é o resultado importante e interessante?

A detecção oportuna de desordens da pele causadas pelo diabetes na fase inicial é crucial. Nos povos com diabetes, o nível alto da glicemia causa dano a muitas áreas do corpo tais como os olhos, os rins, os pés, e os pés. As alterações metabólicas no diabetes conduzem à obstrução de grandes artérias mas igualmente danificam a circulação em embarcações pequenas das extremidades mais baixas.

Estas mudanças causam complicações, com as úlceras do pé do diabético que são principal. Ocorre em 2-6% do tipo - 1 e 2 pacientes com diabetes sobre sua vida. Se deixado não tratado, as úlceras do diabético podem tornar-se contaminadas e desenvolver a necrose profunda do tecido, que pode exigir a amputação.

A perda do membro com a amputação principal é provavelmente a complicação a mais severa do diabetes, dramàtica deteriorando a qualidade de vida e uma carga tremenda no sistema de saúde. Os custos econômicos da amputação são igualmente enormes. Dado a população de envelhecimento, o número de pacientes em risco aumentará na próximo década.

Sabe-se que as lesões microvascular estão registradas já nos primeiros anos de diabetes e mesmo em circunstâncias prediabetic muito antes que os sintomas e as complicações clínicos aparecerem.

A detecção oportuna das lesões seguidas pelo tratamento apropriado torna possível inverter sua revelação na fase, assim na saúde da economia, na vida, e no dinheiro pré-clínicos adiantados.

Quem são afectadas pelo assunto e pelos resultados? Onde e para quem podem os resultados ser do benefício?

Nosso sistema é potencial capaz executar a monitoração de processos esbaforidos da cura e do tratamento, incluindo úlceras do pé do diabético, queimaduras da pele, ou as complicações pós-operatórios associadas com o oxigenação inadequado do tecido.

O estudo actual foi focalizado em pacientes do diabético. Uma desvantagem comum dos métodos actuais disponíveis aos clínicos para o diagnóstico de complicações do diabético da pele é sua incapacidade avaliar o metabolismo do tecido em uma maneira não invasora e do não-contacto, assim como determinar o lugar das áreas da pele expor o mais provavelmente à revelação de úlceras tróficos.

Uma das maneiras de melhorar a qualidade do diagnóstico é usar métodos ópticos hyperspectral e polarização-sensíveis. Suas vantagens são associadas com o não-invasiveness, a alta resolução, e o baixo custo.

Usar a informação obtida por métodos ópticos não invasores da imagem lactente reservaria identificar os pacientes com um risco aumentado de síndrome do pé do diabético e avaliar as áreas das extremidades mais baixas a maioria de inclinado a revelação de defeitos ulcerosos.

Se os resultados muda as práticas actuais (por exemplo no sistema de saúde?)

Nós não prevemos uma mudança dramática na prática actual. Contudo, a técnica propor pode ajudar os doutores a ser mais objetivos em executar diagnósticos e em fazer decisões. A técnica pode no futuro ser adaptada para a auto-monitoração dos pacientes, que é na linha da estratégia de cuidados médicos personalizados.

Você fez os testes clínicos com pacientes reais?

Sim, os testes na clínica foram executados para 20 pacientes do diabético e 20 voluntários saudáveis em colaboração com nossos colegas da universidade de Letónia, que ajudou a organizar os testes.

Que é o significado científico dos resultados?

Para o melhor do nosso conhecimento, o trabalho actual é primeiro que aplica deslocamento predeterminado hyperspectrally-resolved da polarização para in vivo o estudo da pele e o Monte - o Carlo do diabético - redes neurais artificiais treinadas para processar os dados hyperspectral da medida. Os parâmetros diagnósticos propor podiam servir como biomarkers de complicações do diabético.

Podem igualmente ser usados para avaliar procedimentos terapêuticos o impedimento visado ou a inversão de complicações do diabético. Nossos resultados podem facilitar a revelação de aplicações biomedicáveis da imagem lactente hyperspectral e dar um sentido novo nos estudos de doenças relativas à idade.

Necessidade para estudos mais adicionais?

Seria do interesse executar os testes do sistema desenvolvido e da aproximação de processo de dados para outras aplicações clínicas relevantes mencionadas acima. Há igualmente um potencial enorme de combinar a detecção da fluorescência e a imagem lactente hyperspectral para a imagem lactente metabólica da pele que nós estamos planeando no futuro.

Diga-nos logo sobre a equipe.

Em nosso grupo multidisciplinar de Biophotonics nas técnicas unidade da óptica electrónica e de medida, nós desenvolvemos as ferramentas e os métodos do photonics que podem ser usados para a detecção e a caracterização de tecidos, de órgãos, ou de pilhas biológicas.

A imagem lactente Hyperspectral é uma das técnicas que nós consideramos prometer para a tradução rápida dos laboratórios aos hospitais e das clínicas durante a próxima década. A pesquisa sobre esse assunto em nosso grupo foi começada seis anos há e foi apoiada por diversas concessões, incluindo o financiamento principal da academia de Finlandia.

É igualmente a notar que a cidade de Oulu é famosa no mundo inteiro para hospedar diversas empresas produzindo o equipamento hyperspectral nível mais alto que foi usado no estudo actual.

Eu gostaria de reconhecer Timo Hyvarinen e Katja Lefevre de SPECIM, imagem lactente espectral Ltd., Finlandia para fornecer seu equipamento para a avaliação assim como as observações construtivas do comentário e as críticas relativas ao estudo, professor Alexander Bykov da adjunção conclui.

Source:
Journal reference:

Dremin, V., et al. (2021) Skin complications of diabetes mellitus revealed by polarized hyperspectral imaging and machine learning. IEEE transactions on Medical imagining. doi.org/10.1109/TMI.2021.3049591.