Nuevo método revela las complicaciones cutáneas de la diabetes
El sistema desarrollado se ha utilizado para revelar cambios tempranos en la microcirculación sanguínea de la piel y la estructura de la piel de pacientes con diabetes. Crédito: Universidad de Oulu
El equipo de investigación multidisciplinario publicó recientemente su investigación «Complicaciones cutáneas de la diabetes mellitus reveladas por imágenes hiperespectrales polarizadas y aprendizaje automático» en IEEE Transactions on Medical Imaging.
En la publicación, utilizando tecnología emergente basada en fotónica, soluciones innovadoras en aprendizaje automático y características fisiológicas definitivas, los investigadores presentan un enfoque de diagnóstico capaz de evaluar las complicaciones cutáneas de la diabetes mellitus en una etapa muy temprana.
En este trabajo, realizamos una validación clínica de nuestro dispositivo óptico y un método que hemos desarrollado en el marco del proyecto de la Academia de Finlandia. El método permite la detección sin contacto de posibles complicaciones cutáneas de la diabetes en una etapa temprana, así como la realización de pruebas de detección en una amplia población, dice el profesor adjunto Alexander Bykov de la Universidad de Oulu, quien explica la investigación con más detalle en las respuestas a continuación.
¿Cuál es el resultado clave?
Hemos desarrollado y realizado una prueba clínica de un dispositivo óptico compacto y portátil para la caracterización funcional sin contacto de la piel humana. El dispositivo puede medir de forma remota mapas espaciales del nivel de oxígeno en la sangre, el contenido de sangre y evaluar los cambios en la estructura del colágeno de la piel. Para lograr esto, las tecnologías de detección de polarización e imágenes hiperespectrales se combinan y se acompañan con algoritmos avanzados de procesamiento de señales basados en redes neuronales artificiales.
La imagen hiperespectral es una técnica que une la imagen convencional y la espectroscopia. Inicialmente desarrollada como un sistema complejo basado en satélites o aeronaves, la tecnología finalmente se ha convertido en una herramienta de imagen compacta que se puede utilizar para aplicaciones médicas, industriales y otras aplicaciones relevantes. Usando esta tecnología, se puede adquirir tanto la información espacial como la espectral de un objeto. La imagen 3D obtenida (dos dimensiones espaciales y una espectral) consta de unas cien o más bandas espectrales por cada píxel medido de un objeto. Esta información espectral y espacial precisa permite un análisis detallado de cualquier objeto o entorno. Por otro lado, la detección de polarización óptica permite la evaluación remota de los cambios estructurales dentro del objeto que no se ven en las imágenes hiperespectrales convencionales. La implementación de los algoritmos de red neuronal permite un procesamiento de imágenes casi en tiempo real basado en modelos numéricos avanzados, por ejemplo, el modelo de piel de siete capas que usamos en nuestro estudio.
El sistema desarrollado se ha usado para revelar cambios en la microcirculación sanguínea de la piel y la estructura de la piel de pacientes con diabetes. Se han tomado imágenes de la superficie dorsal de los pies de los pacientes. Se observó que los pacientes diabéticos tenían un mayor contenido de sangre en la piel y, al mismo tiempo, el nivel de oxígeno reducido en comparación con el grupo control de voluntarios sanos. Además, el grupo diabético tiene un índice de polarización aumentado que se atribuye a los cambios en la estructura del colágeno de la piel. Por lo tanto, los resultados de los estudios de viabilidad, así como las pruebas reales en pacientes con diabetes y voluntarios sanos, muestran claramente la capacidad del enfoque desarrollado para diferenciar los grupos diabéticos y de control.
¿Por qué es importante el resultado? e interesante?
La detección oportuna de los trastornos de la piel causados por la diabetes en una etapa temprana es crucial. En las personas con diabetes, el nivel alto de glucosa en la sangre provoca daños en muchas áreas del cuerpo, como los ojos, los riñones, las piernas y los pies. Las alteraciones metabólicas en la diabetes conducen a la obstrucción de las grandes arterias pero también perjudican la circulación en los pequeños vasos de las extremidades inferiores. Estos cambios causan complicaciones, siendo las úlceras del pie diabético la principal. Ocurre en el 2-6% de los pacientes con diabetes tipo 1 y 2 a lo largo de su vida. Si no se tratan, las úlceras diabéticas pueden infectarse y desarrollar necrosis tisular profunda, que puede requerir amputación. La pérdida de una extremidad a través de una amputación importante es probablemente la complicación más grave de la diabetes, lo que deteriora drásticamente la calidad de vida y supone una enorme carga para el sistema sanitario. Los costos económicos de la amputación también son enormes. Dado el envejecimiento de la población, el número de pacientes en riesgo aumentará en la próxima década.
Se sabe que las lesiones microvasculares ya se registran en los primeros años de diabetes e incluso en condiciones prediabéticas mucho antes de los síntomas clínicos. y aparecen complicaciones. La detección oportuna de las lesiones seguida del tratamiento adecuado permite revertir su desarrollo en la etapa preclínica temprana, salvando así salud, vida y dinero.
¿A quién afecta el tema y los resultados? ¿Dónde y para quién pueden ser beneficiosos los resultados?
Nuestro sistema es potencialmente capaz de realizar un seguimiento de los procesos de curación y tratamiento de heridas, incluidas las úlceras del pie diabético, las quemaduras cutáneas o las complicaciones posoperatorias asociadas con una oxigenación inadecuada de los tejidos.
El presente estudio se centró en pacientes diabéticos. Una desventaja común de los métodos actuales disponibles para los médicos para el diagnóstico de complicaciones diabéticas de la piel es su incapacidad para evaluar el metabolismo tisular de una manera no invasiva y sin contacto, así como para determinar la ubicación de las áreas de la piel más probablemente expuestas a la desarrollo de úlceras tróficas.
Una de las formas de mejorar la calidad del diagnóstico es utilizar métodos ópticos hiperespectrales y sensibles a la polarización. Sus ventajas están asociadas con la no invasividad, la alta resolución y el bajo costo. El uso de la información obtenida por métodos de imagen óptica no invasivos permitiría identificar a los pacientes con mayor riesgo de síndrome del pie diabético y evaluar las áreas de las extremidades inferiores más propensas al desarrollo de defectos ulcerativos.
¿Debería el los resultados cambian las prácticas actuales (¿por ejemplo, en el sistema de salud?)
No prevemos un cambio dramático en la práctica actual. Sin embargo, la técnica propuesta puede ayudar a los médicos a ser más objetivos en la realización del diagnóstico y la toma de decisiones. La técnica puede adaptarse en un futuro para el autocontrol de los pacientes, lo cual está en línea con la estrategia de atención personalizada.
¿Habéis realizado los ensayos clínicos con pacientes reales?
Sí, las pruebas en la clínica se han realizado en 20 pacientes diabéticos y 20 voluntarios sanos en cooperación con nuestros colegas de la Universidad de Letonia, quienes ayudaron a organizar las pruebas.
¿Cuál es el significado científico de la resultados?
Hasta donde sabemos, el trabajo actual es el primero que aplica un índice de polarización resuelto hiperespectralmente para el estudio in vivo de la piel diabética y redes neuronales artificiales entrenadas con Monte Carlo para procesar la medición hiperespectral. datos. Los parámetros diagnósticos propuestos podrían servir como biomarcadores de complicaciones diabéticas. También se pueden utilizar para evaluar procedimientos terapéuticos destinados a prevenir o revertir las complicaciones diabéticas. Nuestros resultados pueden facilitar el desarrollo de aplicaciones biomédicas de imágenes hiperespectrales y dar una nueva dirección en los estudios de enfermedades relacionadas con la edad.
¿Existe la necesidad de más estudios?
Es sería de interés realizar las pruebas del sistema desarrollado y el enfoque de procesamiento de datos para otras aplicaciones clínicas relevantes mencionadas anteriormente. También existe un gran potencial de combinar la detección de fluorescencia y la imagen hiperespectral para la imagen metabólica de la piel que estamos planeando en el futuro.
Explore más
Las personas negras con diabetes tipo 1, COVID-19 tienen cuatro veces más probabilidades de ser hospitalizadas por cetoacidosis diabética Más información: Viktor Dremin et al. Complicaciones cutáneas de la diabetes mellitus reveladas por imágenes polarizadas hiperespectrales y aprendizaje automático, IEEE Transactions on Medical Imaging (2021). DOI: 10.1109/TMI.2021.3049591 Proporcionado por la Universidad de Oulu Cita: Nuevo método revela las complicaciones de la piel de la diabetes (2021, 22 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/ 2021-02-method-reveals-skin-complications-diabetes.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.