Entre las diversas herramientas basadas en la óptica que se utilizan en el diagnóstico, la óptica difusa (OD) está emergiendo rápidamente como una de las tecnologías más atractivas. La técnica se basa en analizar cómo los tejidos biológicos absorben y dispersan la luz, lo que se relaciona con la composición química y la estructura de los tejidos. Una de las ventajas clave de DO es que no es invasivo (utiliza luz infrarroja cercana de baja potencia). Además, se puede utilizar para sondear tejidos a profundidades de hasta unos pocos centímetros e incluso puede detectar la activación funcional y la oxigenación del cerebro o los músculos. Por lo tanto, es probable que DO asuma un papel central en el diagnóstico y seguimiento de 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 determinada enfermedad, las clínicas y los laboratorios de todo el mundo utilizan plataformas y técnicas muy diferentes. Esto plantea un desafío cuando se trata de evaluar su desempeño, lo cual es necesario para identificar equipos que funcionan mal, comparar desarrollos en tecnología DO, establecer un terreno común para comparar técnicas e instrumentos y permitir una reutilización e interpretación confiables de los datos abiertos generados.

Afortunadamente, una colaboración entre 12 instituciones europeas, en el marco de la Red de Capacitación Innovadora "BitMap" Marie Skłodowska-Curie de Horizonte 2020 de la Unión Europea, dirigida por Hamid Dehghani, Universidad de Birmingham, está dando grandes pasos hacia la realización de la evaluación y estandarización del desempeño (PAS ) en el campo de las DO. Aprovechando más de dos décadas de esfuerzos conjuntos de investigación, la iniciativa se centra en tres protocolos desarrollados previamente para evaluar el rendimiento de los instrumentos DO. Esta iniciativa prevé tres acciones principales:la Acción 1 involucra la recopilación de datos experimentales, la Acción 2 se enfoca en hacer que estos datos estén disponibles como datos abiertos y la Acción 3 gira en torno a un análisis común de los datos usando las mismas herramientas y técnicas.

Un estudio publicado en el Journal of Biomedical Optics (JBO) presenta los resultados obtenidos en el contexto de la Acción 1. El ejercicio BitMap que se presenta en este documento es la mayor comparación de instrumentos DO entre varios laboratorios y abarca 12 instituciones y 28 sistemas. A través de esta comparación, el estudio tiene como objetivo hacer cumplir la cultura de PAS en la comunidad DO y más allá y proponer una metodología común que se puede adoptar en otros entornos. Un resultado interesante de este trabajo en particular es la concepción de valores numéricos simples, llamados indicadores sintéticos, para cada una de las pruebas empleadas. Estos indicadores permiten una fácil comparación en toda la gama de instrumentos inscritos.

Comparar el rendimiento de diferentes instrumentos DO es complicado. Los investigadores se decidieron por tres protocolos adoptados internacionalmente (BIP, MEDPHOT y NEUROPT) para desafiar cada sistema DO. El protocolo BIP sirvió para caracterizar los rendimientos ópticos más básicos de cada instrumento, mientras que el protocolo MEDPHOT caracterizó qué tan bien cada instrumento podía recuperar propiedades ópticas homogéneas, es decir, absorción y coeficientes de dispersión reducidos. Finalmente, el protocolo NEUROPT probó qué tan bien cada sistema podía detectar falta de homogeneidad en una muestra centrándose en medidas relacionadas con el contraste. Además, los investigadores acordaron tres kits fantasma diferentes, cada uno de los cuales se diseñó especialmente para uno de los protocolos (un "fantasma" se refiere a una estructura artificial, generalmente utilizada para calibración y prueba, que emula ciertas propiedades del tejido humano).

Los experimentos consistieron en ejecutar una variedad de pruebas relevantes de cada protocolo en su respectivo kit fantasma, utilizando cada uno de los instrumentos DO. Luego, los investigadores compararon los resultados obtenidos de estos experimentos para comprender qué instrumentos y técnicas mostraron el mejor rendimiento, qué tan reproducibles fueron los resultados y cuánta variabilidad hubo entre las mediciones realizadas con diferentes sistemas. Encontraron una diferencia sustancial en el rendimiento del hardware en diferentes sistemas, lo que les ayudó a identificar algunos problemas críticos relacionados con la evaluación del rendimiento en DO.

Los investigadores planean implementar todo el conjunto de datos recopilado a través de la Acción 1 en un repositorio de datos abiertos (Acción 2). Esto les ayudaría a ellos ya otros a analizar y comparar aspectos específicos de los sistemas DO (Acción 3). Uno de los objetivos finales del proyecto es identificar y mitigar las incertidumbres y los artefactos de medición para cada instrumento y método de análisis, desbloqueando así todo su potencial.

"Great advances in physics derived from precise measurements of specific physical quantities—planet orbits, speed of light, particle masses, etc. Photon migration through the human body is complicated by the biological variability, but not the basic physics underlying it all," says senior author Antonio Pifferi, Politecnico di Milano, Italy. "We can disentangle the uncertainties and artifacts produced by the instruments and analysis tools from the biological variability, with great benefit for clinical use."

These efforts will open doors to a powerful and reliable DO technology, enabling more accurate and convenient diagnostics. + Explora más

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