Gdybyśmy tylko mogli patrzeć przez naszą skórę, dowiedzielibyśmy się wiele o zdrowiu
Obrazowanie optoakustyczne pozwala dostrzec, co się dzieje wewnątrz tkanek w sposób, w jaki nie może tego zrobić mikroskop. Umożliwia trójwymiarowe obrazowanie optyczne tkanki z wysoką rozdzielczością nawet na głębokości 1 cm. Wcześniejszy projekt INNODERM wykazał, że rastrowa mezoskopia optoakustyczna(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (RSOM) może obrazować niewidoczne wcześniej morfologiczne i patofizjologiczne cechy skóry oraz natlenienie na głębokości 1–5 mm. Może to przynieść korzyści milionom osób z chorobami skóry, ponieważ obecnie w dermatologii złotym standardem w przypadku wielu schorzeń jest wzrokowe badanie skóry. Ogranicza się ono do zewnętrznej strony skóry i zależy od oceny przeprowadzanej przez klinicystę. Nasilenie choroby lub efekty leczenia mogą być jednak widoczne wyłącznie w głębszych warstwach skóry, które można zwizualizować i ocenić za pomocą techniki RSOM. Właśnie dlatego projekt WINTHER(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wykorzystał osiągnięcia INNODERM, aby uczynić RSOM jeszcze potężniejszym narzędziem klinicznym. „Projekt WINTHER wykorzystuje skórę jako okno, aby spojrzeć na chorobę z pomocą nowoczesnych algorytmów obliczeniowych i sztucznej inteligencji, co ma zwiększyć dokładność kliniczną techniki RSOM i poszerzyć jej zastosowania kliniczne do oceny progresji i leczenie chorób sercowo-naczyniowych i cukrzycy” — wyjaśnia Vasilis Ntziachristos(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynator projektu i kierownik katedry Centrum Translacyjnych Badań nad Nowotworami(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na Monachijskim Uniwersytecie Technicznym(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (TUM). „Chociaż projekt INNODERM skupiał się na chorobach dermatologicznych, w ramach WINTHER rozszerzyliśmy zastosowania mezoskopii optoakustycznej do schorzeń kardiometabolicznych. Równolegle doskonaliliśmy metodologię i sprzęt, aby znacznie zwiększyć szybkość RSOM w porównaniu z wcześniejszymi wersjami” — dodaje Ntziachristos.
Szybka technika RSOM w połączeniu ze sztuczną inteligencją jako metoda diagnostyki nowej generacji
Szybka technika RSOM (F-RSOM) umożliwia obrazowanie procesów dynamicznych zachodzących w skórze, takich jak zmiany przepływu krwi i natlenienia. Ma to zasadnicze znaczenie dla oceny funkcji śródbłonka i monitorowania skuteczności terapii w chorobach układu krążenia i cukrzycy. Zdolność do rejestrowania tych zmian w czasie rzeczywistym pozwala na dokładniejszą i szybszą diagnozę, a także podejmowanie decyzji dotyczących leczenia. Jeżeli wykorzystamy skórę jako okno, przez które możemy zajrzeć w głąb ciała, otrzymane obrazy można zinterpretować z pomocą nowoczesnych metod obliczeniowych, opartych na algorytmach deterministycznych i sztucznej inteligencji. Celem tych ulepszeń było zwiększenie prędkości, dokładności i użyteczności klinicznej RSOM. Udoskonalenia sprzętu wykorzystywanego w F-RSOM obejmują opracowanie ultraszerokopasmowych przetworników ultradźwięków, umożliwiających obrazowanie w wysokiej rozdzielczości, wprowadzenie nowoczesnych protokołów skanowania do dynamicznego kontrolowania skanowanego obszaru a także stworzenie nowoczesnych ram obliczeniowych, które usprawnią przetwarzanie i analizę obrazów uzyskanych za pomocą F-RSOM. W ramach projektu, wspieranego również przez firmę iThera Medical(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opracowano modele głębokiego uczenia się wyszkolone do rozpoznawania i segmentowania różnych funkcji na obrazach F-RSOM.
Nowe zastosowania dla F-RSOM
Ntziachristos jest dumny ze sposobu, w jaki projekt WINTHER zmienił paradygmat w monitorowaniu terapeutycznym cukrzycy, chorób sercowo-metabolicznych i stanów zapalnych skóry. „Rzeczywiście, w naszym artykule(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opublikowanym w «Nature Biomedical Engineering» wykazaliśmy zdolność RSOM do ilościowego określania wpływu cukrzycy na cechy skóry, a następnie wykorzystania wyników do wykrywania postępu cukrzycy na podstawie prostego skanu skóry. Ta nowa zdolność może znacznie poprawić monitorowanie cukrzycy, odpowiadając na krytyczną potrzebę skutecznej strategii zwalczania i zapobiegania globalnej epidemii dotykającej ponad 500 milionów ludzi”.
Słowa kluczowe
WINTHER, RSOM, F-RSOM, funkcja śródbłonka, AI, diagnostyka, sztuczna inteligencja, algorytmy AI, ultraszerokopasmowe przetworniki ultradźwiękowe