Óptica difusa para el diagnóstico médico: avances hacia la estandarización

Entre las diversas herramientas basadas en la óptica utilizadas en el diagnóstico, la óptica difusa (DO) está emergiendo rápidamente como una de las tecnologías más atractivas. Esta técnica se basa en analizar cómo los tejidos biológicos absorben y dispersan la luz, lo cual está relacionado con la composición química y la estructura del tejido. Una de las principales ventajas del DO es que no es invasivo (utiliza luz infrarroja cercana de baja energía). Además, se puede utilizar para sondear tejidos a profundidades de unos pocos centímetros e incluso puede detectar activación funcional y de oxígeno en el cerebro o los músculos. Por lo tanto, es probable que la DO desempeñe un papel clave en el diagnóstico y seguimiento de los pacientes tanto en el hospital como en el hogar.

Sin embargo, incluso cuando se utilizan los mismos principios de DO para estudiar o diagnosticar una enfermedad específica, las clínicas y los laboratorios de todo el mundo utilizan plataformas y tecnologías muy diferentes. Esto plantea un desafío cuando se trata de evaluar su desempeño, que es esencial para identificar equipos defectuosos, avances normativos en tecnología DO, establecer un terreno común para comparar tecnologías y herramientas, y permitir una reutilización e interpretación confiables de los datos abiertos generados.

Afortunadamente, la colaboración entre 12 instituciones europeas -en el marco de la Red de Formación Innovadora «BitMap» Marie Skłodowska-Curie de Horizonte 2020 de la UE dirigida por Hamid Dehghani, Universidad de Birmingham- está dando grandes pasos hacia la consecución de la Evaluación del Desempeño y la Estandarización (PAS) en el campo del DO. Basándose en más de dos décadas de esfuerzos conjuntos de investigación, la iniciativa se centra en tres protocolos desarrollados previamente para evaluar el rendimiento de las herramientas DO. Esta iniciativa contempla tres acciones principales: la Acción 1 involucra la recopilación de datos empíricos, la Acción 2 se enfoca en hacer que estos datos estén disponibles como datos abiertos y la Acción 3 trata sobre el análisis conjunto de los datos usando las mismas herramientas y técnicas.

Se publicó un estudio en Revista de óptica biomédica (JBO) Resultados obtenidos en el contexto del procedimiento 1. El ejercicio BitMap presentado en este documento es la mayor comparación de múltiples laboratorios de herramientas DO, involucrando a 12 organizaciones y 28 sistemas. A través de esta comparación, el estudio tiene como objetivo imponer una cultura de PAS en la comunidad DO y más allá y sugerir una metodología común que se puede adoptar en otros entornos. Un resultado interesante de este trabajo en particular es el concepto de valores numéricos simples, llamados índices sintéticos, para cada una de las pruebas utilizadas. Estos indicadores permiten una fácil comparación en toda la gama de instrumentos registrados.

Comparar el rendimiento de diferentes herramientas DO es un desafío. Los investigadores se decidieron por tres protocolos aprobados internacionalmente (BIP, MEDPHOT y NEUROPT) para desafiar cada sistema DO. El protocolo BIP sirve para caracterizar las representaciones visuales básicas de cada uno de ellos una herramienta, mientras que el protocolo MEDPHOT describió hasta qué punto cada instrumento es capaz de restaurar propiedades ópticas homogéneas, es decir, absorber y reducir los coeficientes de dispersión. Finalmente, el protocolo NEUROPT probó la capacidad de cada sistema para detectar heterogeneidad en una muestra centrándose en medidas de varianza. Además, los investigadores acordaron tres kits fantasma diferentes, cada uno diseñado específicamente para uno de los protocolos (la palabra «fantasma» se refiere a una estructura sintética, generalmente utilizada para calibración y prueba, que imita ciertas propiedades del tejido humano).

Los experimentos consistieron en realizar una variedad de pruebas relevantes de cada protocolo en su grupo ficticio, utilizando cada una de las herramientas DO. Luego, los investigadores compararon los resultados de estos ensayos para comprender qué herramientas y técnicas mostraron el mejor rendimiento, qué tan reproducibles fueron los resultados y en qué medida. volatilidad Se realizaron mediciones utilizando diferentes sistemas. Encontraron una diferencia fundamental en el rendimiento del dispositivo en diferentes sistemas, lo que les ayudó a identificar algunos problemas críticos con la evaluación del rendimiento en DO.

Los investigadores planean publicar el conjunto completo de datos recopilados a través del Procedimiento 1 en un repositorio de datos abiertos (Procedimiento 2). Esto les ayudaría a ellos ya otros a analizar y comparar ciertos aspectos de los sistemas DO (Procedimiento 3). Uno de los objetivos finales del proyecto es identificar y mitigar las incertidumbres y cuantificar los artefactos de cada herramienta y método de análisis, liberando así todo su potencial.

Grandes avances en la física se derivan de la precisión. Mediciones Para cantidades físicas específicas: órbitas de planetas, velocidad de la luz, masas de partículas, etc. La migración de fotones a través del cuerpo humano se complica por la variabilidad biológica, pero no por la física subyacente detrás de todo, dice el autor principal Antonio Beveri, Politecnico di Milano, Italia. «Podemos separar las incertidumbres y los artefactos que producen las herramientas y las herramientas de análisis de la variación biológica, con un gran beneficio para el uso clínico».

Estos esfuerzos abrirán la puerta a una tecnología DO robusta y confiable, lo que permitirá diagnósticos más precisos y convenientes.

Presentado por SPIE – Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica