أظهر الباحثون طريقة غير جراحية لتقييم إصابات الحروق

طور الباحثون نموذجًا للشبكة العصبية يستخدم بيانات التحليل الطيفي للمجال الزمني التيراهرتز لتقييم الحروق غير الغازية وقاموا بدمج النهج الجديد مع جهاز التصوير المحمول الذي طوروه خصيصًا لتصويرها السريع لإصابات الحروق، ونشر ذلك في موقع "medicalxpress".
 

وقال قائد فريق البحث  حسن أرباب من جامعة ستوني بروك أنه من المهم لأخصائيي الرعاية الصحية تقييم عمق الحرق بدقة لتوفير العلاج الأنسب.

 

ومع ذلك، فقد ثبت أن الأساليب الحالية لتقييم عمق الحرق، والتي تعتمد على الفحص البصري واللمسي، غير موثوقة، حيث تتراوح معدلات الدقة حول 60-75%، ومن المحتمل أن يؤدي نهجنا الجديد إلى تحسين دقة تقييمات شدة الحروق والمساعدة في تخطيط العلاج.
 

ويستخدم نبضات قصيرة من إشعاع تيراهيرتز لفحص عينة و يتم فحصه لتقييم إصابات الحروق لأن التغيرات الجسدية الناتجة عن الحرق ستؤدي إلى تغيرات في انعكاس تيراهيرتز للجلد.
 

وفي مجلة Biomedical Optics Express ، أبلغ الباحثون عن النتائج التي تظهر أن خوارزمية تصنيف الشبكة العصبية الاصطناعية الخاصة بهم يمكن أن تتنبأ بدقة بنتائج الشفاء النهائية للحروق في الجسم الحي في دراسة على الحيوانات بدقة 93%. مقارنة بأساليب التعلم الآلي السابقة التي استخدمها الباحثون ، فإن الطريقة الجديدة تقلل من كمية بيانات التدريب اللازمة بمقدار اثنين على الأقل من حيث الحجم، و قد يجعل هذا الأمر أكثر عملية لمعالجة مجموعات البيانات الضخمة التي تم الحصول عليها من خلال التجارب السريرية الكبيرة.

 

وقال أرباب: أنه في عام 2018 ، تم علاج ما يقرب من 416000 مريض من إصابات الحروق في أقسام الطوارئ في الولايات المتحدة وحدة، وتتمتع أبحاثنا بالقدرة على تحسين نتائج التئام الحروق بشكل كبير من خلال توجيه خطط العلاج الجراحي، والتي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تقليل مدة الإقامة في المستشفى وعدد الإجراءات الجراحية لتطعيم الجلد مع تحسين إعادة التأهيل بعد الإصابة أيضًا".

تقييم أفضل للحرق

وتم تطوير تقنيات مختلفة لتحسين تقييم الحروق ، ولكن لم يتم اعتمادها على نطاق واسع في العيادة بسبب العيوب مثل فترات الاستحواذ الطويلة والتكاليف المرتفعة وعمق الاختراق المحدود ومجال الرؤية.

 

وعلى الرغم من أنها  تبدو واعدة لتقييم الحرق، إلا أن المظاهرات المبكرة اقتصرت على قياسات التحليل الطيفي النقطي، والتي لا تأخذ في الحسبان عدم تجانس الحرق والاختلافات المكانية، وتميل إعدادات التحليل الطيفي   أيضًا إلى أن تكون ضخمة ومكلفة وتتطلب محاذاة بصرية مرهقة ، مما يجعلها غير عملية للاستخدام السريري في إعدادات العالم الحقيقي.
 

وقال أرباب، أنه لمواجهة هذه التحديات، قمنا بتطوير ماسح ضوئي محمول باليد للانعكاس الطيفي (PHASR)، وهو جهاز سهل الاستخدام للتصوير الفائق الطيفي لإصابات الحروق في الجسم الحي باستخدام لجهاز المحمول باليد يستخدم ليزر مزدوج الألياف-فيمتوثانية بطول موجي مركزي يبلغ 1560 نانومتر وهوائيات تيراهيرتز موصلة ضوئية في تكوين تصوير عن بعد للتصوير السريع لمجال رؤية 37 × 27 مم 2 في بضع ثوانٍ فقط.

 

وفي السابق، استخدم الباحثون طرقًا رقمية لاستخراج ميزات من صور وتقنيات التعلم الآلي لتقدير درجة خطورة إصابات الحروق في الجسم الحي باستخدام قياسات من الماسح ومع ذلك، لم يأخذ هذا النهج في الاعتبار الديناميكيات الفيزيائية والتغيرات العيانية في سماحية العزل الكهربائي لأنسجة الجلد المحروقة. تصف السماحية العازلة كيف تستجيب المادة لمجال كهربائي.
 

ولاستكشاف الآليات التي تغير الوظيفة العازلة المعقدة لحروق الجلد بترددات تيراهيرتز، تحول الباحثون إلى نظرية ديباي المزدوجة، والتي تم استخدامها بنجاح لشرح تفاعل إشعاع THz مع أنواع مختلفة من الأنسجة البيولوجية. 

توقع الشدة والشفاء

قال أرباب: "لقد طورنا نموذجًا للشبكة العصبية باستخدام المعلمات الخمسة التي تم الحصول عليها من تركيب نموذج ديباي المزدوج إلى سماحية العزل الكهربائي لإصابات الحروق". "يسمح هذا النهج القائم على الفيزياء باستخراج علامات التشخيص الطبي الحيوي من نبضات THz ذات النطاق العريض ، مما يقلل من أبعاد بيانات THz لتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي وتحسين كفاءة خوارزميات التعلم الآلي".\

 

واختبر الباحثون طريقتهم باستخدام ماسح PHASR للحصول على صور طيفية لحروق الجلد وقياس سماحية الحروق. بعد تحديد معلمات Debye، استخدم الباحثون هذه البيانات لإنشاء نموذج شبكة عصبية يعتمد على الخزعات المسمى. وقدر النموذج شدة الحروق بمتوسط ​​معدل دقة 84.5٪ وتنبأ بنتيجة عملية التئام الجروح بمعدل دقة 93٪.

ولاحظ الباحثون أن الاختبار السريري لكل من التقنية وجهاز التصوير المحمول ضروريان قبل أن يتم دمج هذه التقنية في سير العمل الحالي لتقييم الحروق السريري.