نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 بیوالکتریک، مهندسی پزشکی، صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

10.22041/ijbme.2019.98543.1423

چکیده

سرطان مری هشتمین سرطان شایع در جهان و ششمین سرطان منتهی شونده به مرگ است. هشتاد درصد سرطان‌های مری در سلول‌های سنگفرشی رخ می‌دهد. در ایران این نوع سرطان در استان گلستان شیوع بیشتری دارد. قبل از بروز این نوع سرطان، در بافت ا‌پیتلیوم مری، ضایعاتی بوجود می‌آید که پیشرفت و نفوذ آن به لایه‌های زیرین این بافت، منتهی به سرطان می‌شود. این بیماری در اکثر بیماران از یک مرحله پیش بالینیِ قابل تشخیص شروع می‌شود. در اکثر موارد، این بیماری در صورت عدم مداخله درمانی مناسب، به سمت یک مرحله بالینی پیشرفت می‌نماید. در ادبیات این نوع سرطان، در سطح مزوسکوپیک مدلی برای پیشرفت این ضایعات (دیسپلازی) ارائه نشده است. در این مقاله ، مدلی بر پایه شبکه‌ای از نگاشت‌های لاجستیک کوپل شده، برای مدلسازی عملکرد بافت اپیتلیوم ارائه می‌شود. دادگان این مطالعه، تصاویر میکروسکوپیک نمونه‌های بیوپسی بافت سالم و بافت با دیسپلازی خفیف هستند. طراحی ساختار و تنظیم پارامترهای این مدل بر مبنای فرض‌هایی از ساختار و عملکرد بافت اپیتلیوم، با وارد نمودن اطلاعاتی از هندسه فرکتالی این بافت انجام شده است. عملکرد مدل، برمبنای تغییرات نمای لیاپانوف در راستای ضخامت اپیتلیوم ارزیابی می‌شود. در این مدل، الگوی کاهشی این شاخص برای بافت سالم، صحت و حساسیت مناسبی در تشخیص آن از بافت با دیسپلازی خفیف دارد. نتایج مدل نشان می‌دهد، بین پیچیدگی ساختاری این سیستم زیستی و عدم قطعیت رفتار زمانی آن، می‌تواند ارتباطی مستقیم وجود داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Esophageal Epithelium Modeling based on Globally Coupled Maps with the approach of Precancerous Lesions Diagnosis

نویسندگان [English]

  • Zahra Sadat Hosseini 1
  • Seyed mohammad reza Hashemi Golpayegani 2

1 Ph.D Student, Bioelectric Department, Biomedical Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology

2 Bioelectric, Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology,

چکیده [English]

The esophageal carcinoma is the eight most predominate malignancy in the word and the sixth deadliest cancers. 80% of esophageal cancers occur in squamous cells. In Iran, this type of cancer is more prevalent in Golestan province. Before the onset of this type of cancer, histological precursor lesions emerge in the epithelial tissue of esophageal mucosa that their progression and penetration into the underlying layers of epithelium lead to cancer. This disease starts from a pre-clinical phase in most patients. In most cases, the disease progresses to the same clinical stage in the absence of appropriate therapeutic interventions. In the literature of this cancer, there is no model for the progression of these lesions (dysplasia) at the mesoscopic level. In this study, by using microscopic images of normal and low-grade dysplasia biopsy samples, we proposed a dynamical model based on the globally coupled logistic maps. The model was designed and its parameters were set based on the assumptions of the esophageal epithelium structure, functionality and using the information about the fractal geometry of this tissue. The model performance was evaluated by computation the pattern of Lyapunov exponent variations across the epithelium thickness. In this model, the decreasing trend of this index for normal tissue had a reasonable accuracy and sensitivity to diagnose it from the low-grade dysplasia. Besides, the model results show that it can be a direct relationship between the structural complexity of this biological system and its timeliness uncertainty.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Squamous cell dysplasia
  • Behavioral modeling
  • Coupled maps lattice
  • Uncertainty. Fractal dimension