生物帮多学科研究小组最近在IEEE Transactions on Medical Imaging上发表了他们的研究报告“极化高光谱成像和机器学习揭示的糖尿病皮肤并发症” 。
在该出版物中，研究人员利用新兴的基于光子学的技术，机器学习中的创新解决方案以及确定的生理特征，介绍了一种能够在早期阶段评估糖尿病皮肤并发症的诊断方法。
在这项工作中，我们对光学设备进行了临床验证，并在芬兰科学院项目框架内开发了一种方法。奥卢大学(University of Oulu)的兼职教授亚历山大·比科夫(Alexander Bykov)表示，该方法不仅可以早期进行非接触式检测糖尿病的可能皮肤并发症，还可以进行广泛的人群筛查。
关键结果是什么?
我们已经开发并执行了用于人体皮肤非接触功能表征的紧凑型便携式光学设备的临床测试。该设备可以远程测量血氧水平，血液含量的空间图，并评估皮肤胶原结构的变化。为此，将高光谱成像和极化传感技术结合在一起，并结合了基于人工神经网络的先进信号处理算法。
高光谱成像是一种将常规成像和光谱学结合在一起的技术。该技术最初是作为复杂的卫星或飞机系统开发的，最终发展成为一种紧凑的成像工具，可用于医疗，工业和其他相关应用。使用该技术，可以同时获取物体的空间和光谱信息。对于对象的每个测量像素，所获得的3-D图像(两个空间和一个光谱维度)由大约一百个或更多个光谱带组成。这种精确的光谱和空间信息可以对任何物体或环境进行详细分析。从另一方面来说，光学偏振感测可以远程评估物体内部的结构变化，而传统的高光谱成像是看不到的。神经网络算法的
已开发的系统已用于揭示糖尿病患者皮肤血液微循环和皮肤结构的早期变化。患者脚背表面已成像。观察到，与健康志愿者的对照组相比，糖尿病患者的皮肤血液含量增加，同时氧含量降低。另外，糖尿病基团具有增加的极化指数，这归因于皮肤胶原结构的变化。因此，可行性研究的结果以及对糖尿病患者和健康志愿者的实际测试清楚地表明了所开发方法区分糖尿病组和对照组的能力。
为什么结果重要而有趣?
在早期阶段及时发现由糖尿病引起的皮肤疾病至关重要。在糖尿病患者中，高血糖会损害身体的许多部位，例如眼睛，肾脏，腿和脚。糖尿病患者的代谢改变会导致大动脉阻塞，但也会损害下肢小血管的血液循环。这些变化引起并发症，并伴有糖尿病性足溃疡是主要的。在其一生中，它会在2%的1型和2型糖尿病患者中发生。如果不及时治疗，糖尿病溃疡可能会感染并发展为深部组织坏死，可能需要截肢。通过大截肢导致的肢体丢失可能是糖尿病最严重的并发症，极大地降低了生活质量，并给医疗系统带来了沉重负担。截肢的经济成本也很大。在人口老龄化的情况下，在未来十年中，有风险的患者数量将会增加。
众所周知，在糖尿病的头几年，甚至在糖尿病前期，在临床症状和并发症出现之前很久就已经记录了微血管病变。及时发现病灶并采取适当的治疗措施，可以在临床前早期逆转病灶的发展，从而节省健康，生命和金钱。
谁受主题和结果影响?结果在哪里和对谁有好处?
我们的系统有能力执行伤口愈合和治疗过程的监控，包括糖尿病足溃疡，皮肤烧伤或与组织氧合不足相关的术后并发症。
本研究的重点是糖尿病患者。临床医生可用于诊断皮肤糖尿病并发症的当前方法的普遍缺点是它们无法以非侵入性和非接触方式评估组织代谢，以及无法确定最可能暴露于皮肤的皮肤区域的位置。营养性溃疡的发展。
提高诊断质量的方法之一是使用高光谱和偏振敏感的光学方法。它们的优点与无创性，高分辨率和低成本有关。使用通过非侵入性光学成像方法获得的信息将可以识别出患糖尿病足综合征风险增加的患者，并评估最容易发生溃疡性缺损的下肢区域。
结果是否应该改变当前的做法(例如在医疗保健系统中?)
我们不希望当前的做法发生重大变化。但是，提出的技术可以帮助医生在执行诊断和做出决策时更加客观。将来该技术可以适应患者的自我监控，这与个性化医疗保健的策略是一致的。
您是否对真实患者进行过临床测试?
是的，我们与拉脱维亚大学的同事合作，对20位糖尿病患者和20名健康志愿者进行了临床检查。
结果的科学意义是什么?
据我们所知，当前的工作是第一个将高光谱分辨极化指数用于糖尿病皮肤的体内研究以及蒙特卡洛训练的人工神经网络用于处理高光谱测量数据的研究。提出的诊断参数可以作为糖尿病并发症的生物标志物。它们还可用于评估旨在预防或逆转糖尿病并发症的治疗程序。我们的结果可以促进高光谱成像的生物医学应用的发展，并为与年龄有关的疾病的研究提供新的方向。
是否需要进一步研究?
对上面提到的其他相关临床应用执行开发的系统和数据处理方法的测试将是令人感兴趣的。我们未来计划将荧光传感和高光谱成像相结合来进行代谢性皮肤成像的巨大潜力。
