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数学的力量如何帮助评估肺功能

南安普顿大学的研究人员开发了一种分析肺部X射线图像的新计算方法,这可能预示着慢性阻塞性肺病(COPD)和其他肺部疾病的诊断和评估方面的突破。

来自南安普顿大学三所大学的数学家,临床医生和图像专家组成的多学科团队设计了一种方法,用拓扑学方法对数字描述复杂的肺部三维结构进行描述 - 这是专门为复杂研究而设计的数学的一部分。形状。

利用计算机断层扫描(CT)扫描,高性能计算和算法的组合,研究人员在三个维度上计算了64个患者的整个支气管树的数值特征,这些患者分为四个不同的组:健康的非吸烟者,健康的吸烟者,中度COPD患者和轻度COPD患者。

COPD是一种复杂的肺部疾病,在不同程度上涉及气道(支气管)和肺组织(肺泡); 这导致肺功能逐渐丧失。它影响着全世界超过2亿人 - 中年或老年人,主要是那些有大量接触过香烟烟雾的人。它是全球第四大死因。

研究小组分析了支气管树的结构和大小,分支的长度和方向以及深吸气和完全呼气时形状的比较变化等特征。他们发现,通常情况下,更大更复杂的树表示更好的肺功能和更小的扭曲树,更差的肺功能。

研究人员发现,他们的新方法能够准确地区分不同的患者群体,肺功能的特征以及他们病情的不同阶段。它能够识别肉眼无法察觉的特征。

此外,他们希望在更大的图像数据库中重复这种方法并将其与其他数据相结合,可以为现实世界开发一种有价值的临床工具,用于早期诊断COPD和哮喘等疾病 - 提供更准确的识别个体患者病情严重程度的方法。

南安普顿大学的首席研究员兼数学教授Jacek Brodzki说:“到目前为止,肺部疾病的严重程度已经通过使用肺活量计进行评估 - 肺活量计是一种测量患者呼气的力量和空气量的装置 - - 由专家专家评估的二维CT图像,他们具有检查和解释CT图像的丰富经验,并使用相对简单的肺密度和支气管壁厚度测量。

“我们的研究表明,采用拓扑数据分析的这种新方法可以补充和扩展既定技术,以提供有关个体肺功能的有价值,准确的信息范围。需要进一步研究,但这最终可能有助于决定治疗严重或潜在严重肺部疾病的患者。“

南安普顿大学医学教授和NIHR高级研究员Ratko Djukanovi评论说:“这种方法是我们研究COPD结构异常能力的一个重大进步,COPD是一种影响这么多人的复杂疾病,遗憾的是,结果在显着的发病率和死亡率。

“我们大学的数学家开发的图像分析方法是第一个将拓扑学应用于肺部疾病的领域,也是一般在医学领域中少数几项研究之一。南安普顿是这种合作研究的好地方。因此,我们期待与我们的数学家同事进一步合作,开发这种方法用于常规临床护理。“

南安普顿希思科学的Joy Conway教授补充说:“这项研究是临床医生和数学家之间的独特合作,使我们对这种CT扫描数据的解释有了新的认识。通过进一步的研究,它对改善患者有很大的希望。未来的待遇。“

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