Entregable 3

Estado del arte (contexto comercial y científico) y tabla de requerimientos.

ESTADO DEL ARTE

RADIOFRECUENCIAS

MEDICION DE LA PROFUNDIDAD DE LAS QUEMADURAS MEDIANTE RADIOFRECUENCIAS

En el año 2013 se realizó una técnica no destructiva para poder medir la profundidad de las quemaduras en tejido biológico a través de la estimación del coeficiente de reflexión (el cual describe la amplitud de una onda reflejada respecto a la onda incidente) del tejido quemado por radiofrecuencia. [1]

La técnica consistía en quemar un tejido biológico por medio de un generador de radiofrecuencia (en distintas frecuencias) conectado a un catéter de ablación (quemadura sin formación de carbones),como se ve en la figura 1. El aumento de la profundidad de quemado aumentaba mientras se aumentaba el tiempo de ablación. [1]

Debido a la quemadura, se produce una retracción en el tejido debido a la (perdida de agua), esto se traduce en una señal que es captada por un vector analizador de red, dándonos directamente el coeficiente de reflexión (definida como una parte real y otra imaginaria) para una determinada frecuencia y a una determinada profundidad de quemadura, como se ve en las figuras 2 y 3. [1]

Por medio de este experimento se prueba que la profundidad de quemado del tejido puede ser determinado por medición dieléctrica en microondas frecuencias.

LÁSER DE FLUORESCENCIA

Diagnóstico de la profundidad de la quemadura con verde de indocianina inducida por láser fluorescencia: un ensayo clínico preliminar

La evaluación clínica de la profundidad de la quemadura es frecuentemente inexacta. Con el fin de planificar eficazmente el tratamiento de heridas de quemaduras, un diagnóstico preciso de la profundidad de quemadura es deseable.

La experiencia clínica ha demostrado que la escisión temprana y el injerto de quemaduras de espesor completo producen una curación más rápida, menos complicaciones incluyendo infección, la reducción del tiempo de hospitalización, y un menor coste del tratamiento. Es difícil distinguir quemaduras de espesor parcial, que cicatrizan bien sin intervención quirúrgica, de quemaduras de espesor completo, que requieren la extirpación del tejido necrótico y de injerto.

El cirujano evaluó clínicamente a los pacientes considerados adecuados para el estudio en cuanto a profundidad de quemado. Después se obtuvo el consentimiento informado, cada paciente fue inyectado por vía intravenosa con una dosis única de 0.1 mg/kg ICG (Cardio Green, Becton Dickinson Microbiology, Cockeysville, MD). Las imágenes fueron adquiridas en un promedio de aproximadamente 10 por minuto, durante un período de 5 minutos mostrando la captación, distribución en estado estacionario, y eliminación de sangre marcada con colorante del área de la quemadura. También se tomaron juegos de fotografías a color. Niñas menores de 10 años de edad, embarazadas y pacientes con antecedentes de reacciones alérgicas a ICG y yoduros fueron excluidos del estudio. El tratamiento de cada paciente se basó únicamente en la evaluación clínica y de ninguna manera fue influenciado por los resultados de las imágenes ICG [2].

El verde de indocianina (ICG por sus siglas en inglés), es un colorante de cianina que se usa en diagnósticos médicos. Se utiliza para determinar el gasto cardíaco, la función hepática, el flujo sanguíneo hepático y gástrico, y para la angiografía oftálmica. Tiene un pico de absorción espectral a aproximadamente 800 nm. El ICG se utiliza como marcador en la evaluación de perfusión de tejidos y órganos en muchas áreas de la medicina. La luz necesaria para la excitación de la fluorescencia es generada por una fuente de luz infrarroja cercana que está conectada directamente a una cámara. Una cámara de video digital permite registrar la absorción de la fluorescencia ICG en tiempo real, lo que significa que la perfusión se puede evaluar y documentar [3].

La figura 4: (b) y (c) son imágenes representativas de imágenes de fluorescencia de ICG registrados a 79 y 142 s después de la inyección, respectivamente. La intensidad absoluta relativamente alta fue un resultado de una buena circulación dérmica e indicó que la quemadura era superficial. El aspecto más brillante de la quemadura, en comparación con la piel sin quemar situado en el borde derecho de la imagen se debió, en parte, a la absorción de parte de la energía láser y fluorescencia ICG por la melanina epidérmica de la piel sin quemar.

Los objetivos específicos de este ensayo preliminar en humanos fueron:

A) EVALUAR

La utilidad clínica de la técnica de fluorescencia ICG utilizando un método más práctico y eficiente dispositivo basado en un láser diodo de banda estrecha fuente de iluminación de matriz.

B) CORRELACIONAR

La magnitud relativa y el carácter de la fluorescencia ICG con histológica (biopsia) y evaluaciones intraoperatorias (clínicas) de la profundidad de la quemadura como un medio alternativo para interpretar las imágenes independientemente de la ubicación de la quemadura, la etiología, el tipo de piel y los días post quemadura.

En este estudio limitado, la interpretación cualitativa de las imágenes de fluorescencia ICG coincidió bien con la profundidad real de la quemadura determinada por la evaluación clínica previa a cirugía, cortes tangenciales en serie y evaluación histológica de biopsias. Esta prueba preliminar muestra el potencial de la técnica de fluorescencia ICG inducida por láser para ser un complemento práctico y efectivo a los métodos clínicos para la estimación de la profundidad de la herida por quemaduras. El caso B es un buen ejemplo de la utilidad de este método de diagnóstico para quemaduras de Clínicamente indeterminado y de profundidad variable. [4]

Como se demostró, las quemaduras profundas parecen estar bien delimitadas por quemaduras más superficiales por el ICG fluorescencia, proporcionando un mapa visual no intrusivo de la profundidad de la quemadura. Por lo tanto, las imágenes ayudan al cirujano a evaluar la profundidad de la quemadura en las áreas de cirugía propuestas

COMBINACIÓN DE TÉCNICAS DE IMÁGEN ÓPTICA NO INVASIVAS

Este estudio consiste en la unión de tres técnicas no invasivas y para una mayor precisión se utiliza un proceso de clasificación de tejidos llamado Análisis discriminatorio cuadrático (QDA): [5]

1

Características de fotopletismografía (PPG),

que identifican el flujo sanguíneo pulsátil en la microcirculación de la piel, y contiene la información de variación de tiempo. [5]

2

Características de Imagen Real (IR),

tomadas de una fotografía en blanco y negro de la lesión, que proporcionan un análisis de textura espacial de la herida. [5]

3

Imagen multiespectral (MSI),

que recoge el espectro de reflectancia del tejido en longitudes de onda de luz visible e infrarroja clave. [5]

Se empleo generador de imágenes (CCD Sony, GE141) equipado con una rueda de filtro que contiene ocho filtros ópticos de paso de banda (400–1100 nm). Todos los datos (imágenes PPG, RI y MSI) se recopilan utilizando el mismo sensor en 20-24 segundos.

Comparación entre el no uso y uso del filtro

TERMOGRAFÍA INFRARROJA

La termografía infrarroja es una técnica que no necesita de contacto directo con el cuerpo a evaluar, al contario permite medir a distancia la distribución de temperaturas en un cuerpo mediante la detección y cuantización de radiación infrarroja que se emite. La cámara termográfica nos permite medir la distribución de la energía térmica emitida desde la superficie del objeto de estudio y lo convierte en un mapa de diferencias de intensidad de radiación.

Funciona de la siguente manera:

1

La cámara convierte la radiación infrarroja invisible en una imagen visible.

2

La radiación irradiada atraviesa los lentes y es enfocada en el detector.

3

El detector genera una señal eléctrica que varía con la intensidad de la radiación infrarroja que incide sobre él.

4

La señal eléctrica es amplificada, digitalizada y procesada por la electrónica de la cámara. Es entonces cuando se convierte en una imagen que es visualizada en la pantalla y que podemos ver como una imagen infrarroja, donde cada color representa un nivel térmico de la superficie.

Es así como los termogramas infrarrojos pueden usarse para predecir con precisión la profundidad de tejido no vitalizado para pacientes con quemaduras.[6]

EFECTO DOPPLER

Permite la evaluación en tiempo real del flujo sanguíneo en el tejido dérmico y la piel. Consiste en una fuente de luz coherente, típicamente un láser monocromático con una larga longitud de coherencia, un detector rápido y una unidad de hardware y software para registrar y analizar la señal detectada.

Funciona de la siguiente manera:

Se emiten luces láser en los tejidos.
La frecuencia de la luz reflejada, alterada por los glóbulos rojos que se acercan y se alejan del detector, indica la velocidad y el volumen del flujo sanguíneo.
Así se puede calcular la profundidad de una quemadura y mejorar el proceso de una escisión quirúrgica.

Esta técnica se puede realizar a distancias mayores a 1 metro del paciente ya que el dispositivo utilizado es grande y difícil de colocar. Actualmente el uso de está técnica tiende a ser altamente costoso.[7]

SISTEMA DE DOBLE IMAGEN PARA DIAGNÓSTICO DE PROFUNDIDAD DE QUEMADURAS

Los desarrollos recientes en otras tecnologías sin contacto, como la tomografía de coherencia óptica (OCT) y la imagen de moteado de pulso (PSI) ofrecen la promesa de una fusión inteligente de información a través de estas modalidades puede mejorar la visualización de las regiones quemadas, aumentando así la sensibilidad del diagnóstico.

En este trabajo, se combinaron imágenes OCT y PSI para clasificar el grado de quemaduras (quemaduras parciales, de espesor parcial y de espesor total). Los algoritmos se desarrollaron para integrar y visualizar la estructura de la piel (con y sin quemaduras) de las dos modalidades.

Los datos obtenidos por computadora que indican las profundidades de quemado variables se validaron mediantes análisis inmunohistoquímico realizado en tejido de piel quemado. El rendimiento combinado de las modalidades OCY y PSI proporcionó un ROC-AUC general de 0.87 en la clasificación de diferentes tipos de quemados medidos después de 1 hora de crear las heridas por quemaduras. [8]

1. Tomografía de coherencia óptica (OCT)

OCT es análogo al ultrasonido, pero utiliza ondas de luz en lugar de ondas acústicas. La técnica captura la luz dispersada de las diversas profundidades de piel para construir una imagen de alta resolución para análisis en microestructuras vivas sin hacer contacto físico. Esto permite una reconstrucción tomográfica de la estructura interna en una configuración espacial tridimensional similar a las modalidades de imágenes convencionales (CT y MRI).

2. Pulso de imágenes de moteado (PSI)

En lugar de medir un cambio en la velocidad, PSI captura la fluctuación en el patrón moteado que corresponde a las células sanguíneas en movimiento cuando se ilumina con luz láser. El punto reflejado en fase con la señal transmitida es la verdadera información de las células sanguíneas y se conserva para su posterior procesamiento. Las señales fuera de fase son consideradas como dispersión y son restados y filtrados fuera. Mediante el análisis de estas intensidades de fluctuaciones, se obtienen datos de perfusión sanguínea en el tejido.

A través de este estudio se han identificado las modalidades PSI y OCT como técnicas complementarias para el diagnóstico de profundidad de quemaduras. Se proporcionó la prueba de principio de que la información derivada de ambas modalidades segregará las heridas quemadas mejor en comparación con cada modalidad individual dentro de la primera hora de lesión y estudios piloto humanos se justifican para determinar la medida en que estas modalidades se pueden utilizar para el diagnóstico de quemaduras y tratamiento. [8]

ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO INTRACUTÁNEA

El alcance análisis espectrofotométrico intracutánea sin contacto (SIAscope) es un nuevo dispositivo de imagen portátil que nos facilita la recoleeción de imágenes sobre el contenido de la sangre y melanina de las grandes áreas de la piel [9]. La estimación de la profundidad de la quemadura ya por sí es muy difícil ene l ambiente clínico, y este estudio piloto se llevó a cabo para evaluar el potencial de la SIAscope en la ayuda a la evaluación de quemaduras.

Las quemaduras superficiales de espesor parcial fueron vistos en SIAgraphs como un área de rojo más oscuro que la piel circundante, lo que representa una mayor concentración de hemoglobina. Profundas quemaduras de espesor parcial se identificaron en SIAgraphs como un área de rojo-negro oscuro pronunciada, y la LDPI* demostró baja de flujo en estas mismas áreas. [9]
* imágenes de perfusión de láser Doppler

El SIAscope, es un dispositivo relativamente barato [9], portátil, tiene el potencial de ser un complemento clínico necesario para la estimación de la profundidad de la quemadura.

TABLA DE REQUERIMIENTOS

Nuestro equipo debe cumplir los siguientes requisitos:

Referencias:

[1] Matthieu, B., Jérôme, R., Stéphane, B., & Gabriel, L. (2013, November). Determination of burn depth on biological tissues by dielectric measurement at microwave frequencies. In SENSORS, 2013 IEEE (pp. 1-3). IEEE.

[2] J.M.Still, E.J. Law, K.G. Klavuhn, T.C. Island, J.Z. Holtz . (1 June 2001). Diagnosis of burn depth using laser-induced indocyanine green fluorescence: a preliminary clinical trial. Elsevier, 27, 364-371. Recovered from : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0305417900001406?via%3Dihub

[3] Boni, L., David, G., Mangano, A., Dionigi, G., Rausei, S., Spampatti, S., … Fingerhut, A. (2015). Clinical applications of indocyanine green (ICG) enhanced fluorescence in laparoscopic surgery. Surgical endoscopy, 29(7), 2046–2055. doi:10.1007/s00464-014-3895-x

[4] Van Manen, L., Handgraaf, H., Diana, M., Dijkstra, J., Ishizawa, T., Vahrmeijer, A. L., & Mieog, J. (2018). A practical guide for the use of indocyanine green and methylene blue in fluorescence-guided abdominal surgery. Journal of surgical oncology, 118(2), 283–300. doi:10.1002/jso.25105

[5] HEREDIA-JUESAS J, E. THATCHER J, LU Y, J. SQUIERS J, KING D, FAN W et al. Burn-injured tissue detection for debridement surgery through the combination of non-invasive optical imaging techniques [Internet]. NCBI. DOI: 10.1364/BOE.9.001809. 2018 Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5905925/

[6] Martinez, M., Ramirez, J., Kolosovas, E., Justin, J. (2018). Development and validation of an algorithm to predict the treatment modality of burn wounds using thermographic scans: Prospective cohort study. Sitio web: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0206477#sec011

[7] Leutenegger, M., Martin-Williams, E., Harbi, P., Thacher, T., Raffoul, W., André, M., ... Lasser, T. (2011). Imágenes de Doppler láser de campo completo en tiempo real. Biomedical optics express https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3114216/

[8] Ganapathy P, Tamminedi T, Qin Y, Nanney L, Cardwell N, Pollins A, et al. Dual-imaging system for burn depth diagnosis. Burns [Internet]. 2014;40(1):67–81. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.burns.2013.05.004

[9] Hamid Tehrani, MD, MRCSEd, Marc Moncrieff, MD, FRCS (Plast), Bruce Philp, MA, BMBCh, FRCS (Plast), and Peter Dziewulski, FRCS (Plast). «Spectrophotometric Intracutaneous Analysis, A Novel Imaging Technique in the Assessment of Acute Burn Depth.» RECONSTRUCTIVE SURGERY AND BURNS, 2008: 1-4. DOI: 10.1097/SAP.0b013e31815f12e6.

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