Hyperspectral imaging in the emergency department to characterize lower leg edema
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि दृश्य/निकट-अवरक्त हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग, विशेष रूप से जब फुल-स्पेक्ट्रम मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का उपयोग करके विश्लेषण किया जाता है, विविध त्वचा पिग्मेंटेशन प्रकारों वाले आपातकालीन विभाग के रोगियों में सेल्युलाइटिस, गैर-सेल्युलाइटिस एडिमा और स्वस्थ निचले-पैर के ऊतकों को सटीक और तेज़ी से वर्गीकृत कर सकती है।
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जब एक डॉक्टर आपातकालीन कक्ष (इमरजेंसी रूम) में सूजे हुए पैर को देखता है, तो वह अक्सर एक कठिन पहेली को सुलझाने की कोशिश कर रहा होता है। सूजन तरल पदार्थ का एक हानिरहित संचय हो सकती है, या यह सेल्यूलाइटिस (cellulitis) नामक एक गंभीर जीवाणु संक्रमण हो सकता है जिसके लिए तत्काल एंटीबायोटिक्स की आवश्यकता होती है। कभी-कभी लक्षण इतने समान होते हैं कि अनुभवी चिकित्सक भी उनके बीच अंतर करने में संघर्ष करते हैं, जिससे उपचार में देरी या अनावश्यक दवाएं दी जा सकती हैं। इसे हल करने में मदद करने के लिए, शोधकर्ता त्वचा के अंदर बिना काटे या जांच किए देखने का एक तरीका तलाश रहे हैं। यह दृष्टिकोण एक विशेष प्रकार के कैमरे का उपयोग करता है जो उस प्रकाश को कैप्चर करता है जो मानव आंखों की दृष्टि से कहीं परे है। जबकि हमारी आंखें केवल लाल, हरे और नीले रंग को देखती हैं, ये कैमरे दृश्य रंगों से लेकर अदृश्य निकट-अवरक्त (near-infrared) सीमा तक सैकड़ों संकीर्ण बैंडों को रिकॉर्ड करते हैं। जब प्रकाश त्वचा से टकराता है, तो यह सतह के ठीक नीचे रहने वाले रक्त, पानी और अन्य रसायनों द्वारा निर्मित एक अद्वितीय सिग्नेचर (हस्ताक्षर) के साथ वापस लौटता है। इन प्रकाश हस्ताक्षरों का विश्लेषण करके, वैज्ञानिक उम्मीद करते हैं कि वे पैर की विभिन्न प्रकार की सूजन के बीच अंतर करने के लिए एक विश्वसनीय, त्वरित तरीका खोज पाएंगे।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में इस विचार का परीक्षण एक व्यस्त आपातकालीन विभाग में किया। उन्होंने एक हाइपरस्पेक्ट्रल कैमरा स्थापित किया ताकि सूजन के साथ आए 83 रोगियों के निचले पैरों की तस्वीरें ली जा सकें। लक्ष्य यह देखना था कि क्या प्रकाश पैटर्न रोगियों को तीन समूहों में सटीक रूप से वर्गीकृत कर सकता है: वे जिनका पैर स्वस्थ है, वे जिनमें गैर-संक्रामक तरल पदार्थ का संचय है, और वे जिनमें जीवाणु संक्रमण है। टीम ने डेटा को पढ़ने के दो तरीकों की तुलना की। पहला तरीका मानक, सरल मापों पर निर्भर था जिनका उपयोग डॉक्टर पहले से ही करते हैं, जैसे कि ऑक्सीजन स्तर और रक्त की मात्रा का अनुमान। दूसरा तरीका प्रकाश के संपूर्ण, जटिल स्पेक्ट्रम को देखता था, जिससे कंप्यूटर एक साथ सैकड़ों रंगों में पैटर्न खोज सके। उन्होंने तकनीक सभी के लिए निष्पक्ष रूप से काम करे, यह सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न त्वचा के रंगों वाले रोगियों पर इन तरीकों का परीक्षण किया।
परिणामों ने दिखाया कि पूर्ण-स्पेक्ट्रम दृष्टिकोण एक शक्तिशाली उपकरण था, लेकिन इसकी ताकत इस बात पर निर्भर थी कि डॉक्टर क्या निदान करने की कोशिश कर रहे थे। जब लक्ष्य जीवाणु संक्रमण का पता लगाना था, तो मानक मापों और पूर्ण-स्पेक्ट्रम विश्लेषण दोनों ने बहुत अच्छा काम किया, और अधिकांश मामलों में बीमारी की सही पहचान की। यह सुझाव देता है कि संक्रमण रक्त प्रवाह और ऑक्सीजन में इतने मजबूत परिवर्तन पैदा करता है कि सरल उपकरण भी इसे ढूंढ सकते हैं। हालांकि, कहानी तब बदल गई जब शोधकर्ताओं ने स्वस्थ पैरों और गैर-संक्रामक सूजन वाले पैरों के बीच अंतर करने का प्रयास किया। इस मामले में, मानक माप विफल रहे, और उनका प्रदर्शन यादृच्छिक अनुमान (random guessing) से बेहतर नहीं था। इसके विपरीत, पूर्ण-स्पेक्ट्रम विश्लेषण सफल रहा, जिसने एक महत्वपूर्ण बहुमत के मामलों में तरल संचय की सही पहचान की। यह निष्कर्ष बताता है कि गैर-संक्रामक सूजन प्रकाश में एक सूक्ष्म, जटिल छाप छोड़ती है जिसे सरल माप नहीं पकड़ पाते, लेकिन प्रकाश के संपूर्ण स्पेक्ट्रम का विस्तृत विवरण इसे प्रकट कर सकता है।
अध्ययन ने चिकित्सा तकनीक के बारे में एक महत्वपूर्ण चिंता को भी संबोधित किया। चूंकि गहरा रंग अधिक प्रकाश सोखता है, इसलिए यह डर है कि नई इमेजिंग तकनीकें मेलानिन के उच्च स्तर वाले लोगों के लिए खराब काम कर सकती हैं। शोधकर्ताओं ने सावधानीपूर्वक जांच की कि क्या उनके सिस्टम की सटीकता रोगी की त्वचा के रंग के आधार पर बदलती है। उन्होंने पाया कि अध्ययन किए गए लोगों की श्रेणी के भीतर विभिन्न त्वचा प्रकारों के लिए सिस्टम के प्रदर्शन में कोई अंतर नहीं था। तकनीक सभी रोगियों के लिए समान रूप से प्रभावी प्रतीत हुई, जो यह सुझाव देती है कि प्रकाश-आधारित विधि पिगमेंटेशन (वर्णक) की परवाह किए बिना सभी के लिए एक विश्वसनीय उपकरण हो सकती है।
हालांकि परिणाम उत्साहजनक हैं, शोधकर्ता सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि यह एक कदम आगे है, अंतिम समाधान नहीं। अध्ययन एक वास्तविक दुनिया के आपातकालीन परिवेश में किया गया था जिसमें प्रकाश व्यवस्था और रोगी की हलचल जैसी सभी सामान्य चुनौतियां शामिल थीं, जो इस तकनीक की सफलता को विशेष रूप से उत्साहजनक बनाती हैं। टीम ने पाया कि प्रकाश डेटा की पूरी तस्वीर देखने से कुछ सरल नंबरों में तोड़ने की तुलना में अधिक उपयोगी जानकारी मिली, विशेष रूप से कठिन-से-निदान वाली स्थितियों के लिए। उन्होंने यह भी पाया कि पूरे पैर के लिए डेटा का सारांश बनाना त्वचा के किसी एक छोटे से हिस्से को देखने की तुलना में अधिक स्थिर था, संभवतः इसलिए क्योंकि इसने ऊतक के किसी भी एकल पैच में पाए जाने वाले प्राकृतिक बदलावों को सुचारू (smooth out) कर दिया। ये निष्कर्ष बताते हैं कि हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग अंततः आपातकालीन कक्षों में एक मानक, गैर-आक्रामक उपकरण बन सकती है, जिससे डॉक्टरों को सूजन वाले पैरों वाले रोगियों के लिए तेजी से और अधिक सटीक निर्णय लेने में मदद मिल सकती है।
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