數(shù)學(xué)的力量如何幫助評估肺功能？

南安普頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種分析肺部x光圖像的新計算方法，這可能表明在慢性阻塞性肺疾病(COPD)和其他肺部疾病的診斷和評估方面取得了突破。

由南安普頓大學(xué)三所大學(xué)的數(shù)學(xué)家、臨床醫(yī)生和影像專家組成的多學(xué)科團隊，設(shè)計了一種用拓撲方法描述肺部復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的方法——這是專門為復(fù)雜研究設(shè)計的數(shù)學(xué)的一部分。形狀。研究人員結(jié)合計算機斷層掃描、高性能計算和算法，計算了64名患者整個支氣管樹的三維數(shù)值特征。這些患者被分為四個不同的組：健康不吸煙者、健康吸煙者、中度慢阻肺患者和輕度慢阻肺患者。慢阻肺是一種復(fù)雜的肺部疾病，不同程度地累及氣道(支氣管)和肺組織(肺泡)。這導(dǎo)致肺功能逐漸喪失。它影響著全世界2億多人--中老年人，主要是那些經(jīng)常接觸香煙煙霧的人。它是世界上第四大死亡原因。

研究團隊分析了支氣管樹的結(jié)構(gòu)和大小，分支的長度和方向，以及深吸氣和完全呼氣時形狀的對比變化。他們發(fā)現(xiàn)，通常，更大更復(fù)雜的樹意味著更好的肺功能，更小扭曲的樹意味著更差的肺功能。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的新方法可以準確區(qū)分不同的患者群體、肺功能特征及其疾病的不同階段。它可以識別肉眼無法察覺的特征。此外，他們希望在更大的圖像數(shù)據(jù)庫中重復(fù)這種方法，并將其與其他數(shù)據(jù)相結(jié)合，這可以為現(xiàn)實世界中慢阻肺、哮喘等疾病的早期診斷開發(fā)一種有價值的臨床工具——提供一種更準確的方法來識別單個患者的嚴重程度。

南安普頓大學(xué)首席研究員兼數(shù)學(xué)教授亞采克布羅茨基說：“到目前為止，肺部疾病的嚴重程度已經(jīng)通過肺活量計來評估，肺活量計是一種測量患者力量和空氣量的設(shè)備，是由專家評估的二維CT圖像，他們在檢查和解釋CT圖像方面有豐富的經(jīng)驗，并使用相對簡單的肺密度和支氣管壁厚度的測量方法?！蔽覀兊难芯勘砻?，這種新的拓撲數(shù)據(jù)分析方法可以補充和擴展現(xiàn)有技術(shù)，提供關(guān)于個體肺功能的有價值和準確的信息。需要進一步的研究，但這可能最終有助于決定治療患有嚴重或潛在嚴重肺部疾病的患者。"

南安普敦大學(xué)醫(yī)學(xué)教授、NIHR大學(xué)高級研究員拉特科久卡諾維評論說：“這種方法是我們研究慢阻肺結(jié)構(gòu)異常能力的重大進步，慢阻肺是一種影響如此多的人的復(fù)雜疾病?？杀氖?，結(jié)果是顯著的發(fā)病率和死亡率?！蔽倚?shù)學(xué)家開發(fā)的圖像分析方法是拓撲學(xué)首次應(yīng)用于肺部疾病領(lǐng)域，也是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域為數(shù)不多的研究之一。南安普頓是這種合作研究的好地方。因此，我們期待與我們的數(shù)學(xué)家同行進一步合作，為常規(guī)臨床護理開發(fā)這種方法?！蹦习财疹DHeath Science的Joy Conway教授補充道：“這項研究是臨床醫(yī)生和數(shù)學(xué)家之間的獨特合作，它讓我們對這種CT掃描數(shù)據(jù)的解釋有了新的理解。通過進一步的研究，對改善患者有很大的希望。未來的治療。慢性阻塞性肺疾病患者肺部的拓撲特征發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上。

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