Projekti / Programi
Spremljanje zdravja ustne votline s hiperspektralnim slikanjem
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.07 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Biomedicinska tehnika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T111 |
Tehnološke vede |
Upodabljanje, obdelava podob |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
Spremljanje zdravja, ustna votlina, karies, hiperspektralno slikanje, spektroskopija, difuzna reflektanca, laserska fluorescenca, obnova, poravnava
Raziskovalci (25)
Organizacije (2)
Povzetek
Zdravljenje bolezni ustne votline predstavlja v povprečju približno 10 % vseh zdravstvenih izdatkov razvitih evropskih držav, ki pogosto presegajo izdatke povezane z zdravljenjem številnih drugih bolezni, med drugim tudi rakastih in srčnih obolenj. Med najpogostejšima boleznima ustne votline sta zobni karies in paradontalne bolezni. Zobni karies prizadene kar 60 do 90 % šolskih otrok in skorajda vse odrasle. Težje oblike paradotalnih bolezni prizadenejo med 15 in 20 % oseb srednjih let. Zobni karies in paradontalne bolezni skupaj tvorita glavna dva vzroka za izgubo zob.
Učinkovito upravljanje in zdravljenje bolezni ustne votline bi lahko dosegli s sistemi za spremljanje zdravja ustne votline, ki bi bili primerni za uporabo tako v kliničnem, kot tudi v domačem okolju. Na ta način bi lahko vsak posameznik spremljaj in na nek način tudi upravljal zdravje svoje ustne votline. To bi bistveno znižalo posredne in neposredne stroške povezana z zdravljenjem ustne votline ter ozaveščalo ljudi o pomembnosti pravilne vsakodnevne ustne higiene. Vendar pa bo na poti do uresničitve ambiciozno zadanega cilja, potrebno rešiti številne zahtevne raziskovalne naloge, ki obsegajo več raziskovalnih področij. Prvič, sistem za spremljanje zdravja ustne votline mora temeljiti na popolnoma neinvazivnih diagnostičnih postopkih. Med najbolj obetavnimi sodobnimi neinvazivnimi optičnimi postopki za zaznavanje in kvantitativno vrednotenje bolezni trdnih zobnih tkiv, so laserska fluorescenca (LF) in difuzno reflektančna (DR) spektroskopija v bližnjem infrardečem (NIR) delu spektra. S pomočjo LF je mogoče pridobiti podatke o strukturi in vsebnosti mineralov ter prisotnosti bakterij v površinskih plasteh trdnih zobnih tkiv, NIR DR pa prodre mnogo globje v trdna zobna tkiva in na ta način dopolnjuje LF. Neinvazivno vrednotenje strukture in funkcije mehki tkiv ustne votline bi lahko dosegli z DR spektroskopijo v vidnem in deloma NIR spektralnem področju. Ker je za učinkovito spremljanje bolezenskih in drugih sprememb ustne votline potrebna tudi prostorska informacija, se kot idealna rešitev ponuja hiperspektralno slikanje (HS), ki učinkovito združuje spektralno s prostorsko slikovno informacijo. Ker pa med neštetimi spektroskopskimi tehnikami obstajajo številne pomembne razlike, se bo potrebno spopasti z več zahtevnimi nalogami, ki obsegajo prostorske omejitve vezane na anatomijo ustne votline, in še posebej obdelave zajetih večmodalnih hiperspektralnih slik (VHS). Za učinkovito slikanje celotne ustne votline bo verjetno potrebno zajeti več delno prekrivajočih se VHS, za učinkovito spremljanje časovnih sprememb pa slikanje periodično ponavljati. Na ta način zajete slike bo potrebno poravnati v skupni referenčni koordinatni sistem, kjer bo mogoče kvantitativno ovrednotiti zajeto večmodalno informacijo, ter opazovati časovne spremembe ustne votline, ki odražajo potek bolezni ali zdravljenja. V predlaganem projektu se bomo osredotočili na tri točke povezane s sistemom za spremljanje zdravja ustne votline: a) načrtovanje optičnih sistemov in osvetlitve za zajem visoko kakovostnih VHS, b) razvoj novih robustnih postopkov za obnovo in poravnavo večmodalnih, delno prekrivajočih se, hiperspektralnih slik v referenčni koordinatni sistem, kjer bo mogoče učinkovito ovrednotiti zajeto spektralno, prostorsko in časovno informacijo, in c) novih postopkov za zanesljivo odkrivanje in kvantitativno vrednotenje začetnih primarnih in sekundarnih karioznih lezij in njihove aktivnosti iz obnovljenih in poravnanih VHS iz vidnega in NIR dela spektra.
S predlaganim projektom bomo naredili velik korak v smeri razvoja učinkovitih sistemov za spremljanje zdravja ustne votline, ki bodo temeljili na zanesljivih neinvazivnih diagnostičnih postopkih za zgodnje odkrivanje bolezenskih sprememb. S takimi sistemi bo mogoče bistveno izboljšali kakovost življenja starajočega se evropskega prebivalstva ter omejiti ali celo zmanjšati naraščajoče izdatke povezane z zdravljenjem bolezni ustne vot
Pomen za razvoj znanosti
Poleg številnih uspešnih bazičnih in aplikativnih raziskav, razvitih novih izdelkov in tehnologij, je projektna skupina v zadnjih 5-ih letih objavila 64 znanstvenih prispevkov v SCI revijah, več kot 40 v 1. četrtini SCI revij, od tega 5 člankov v prvih revijah iz SCI področij. Naši SCI članki imajo v zadnjih 10-ih letih več kot 1900 čistih citatov. Na podlagi teh odličnih predhodnih znanstvenih referenc pričakujemo, da bodo tudi rezultati predlaganega projekta zelo pomembni za razvoj tehniških in naravoslovnih znanosti, kar naj bi potrdile prihodnje objave članov projektne skupine. Predlagani projekt po predvsem pomemben za razvoj novih in izboljšanje obstoječih biomedicinskih slikovnih in hiperspektralnih sistemov. Poleg tega je projekt usmerjen v ključna raziskovalno inovacijska področja Evropske skupnosti, ki obsegajo zdravje demografske spremembe in dobro počutje. Kot tak, projekt ponuja številne možnosti za poglobitev obstoječih in odpiranje novih raziskav v okviru največjega razvojno raziskovalnega programa Evropske unije, Horizon 2020.
Pomen za razvoj Slovenije
Hiperspektralni slikovni sistemi (HSS) predstavljajo najsodobnejšo neinvazivno optično tehniko za zgodnje odkrivanje, lokalizacijo in kvantitativno vrednotenje najpomembnejših obolenj ustne votline ter omogočajo njihovo časovno spremljanje. V preteklosti smo že uspešno uporabili HSS na več raziskovalnih področjih, ki obsegajo vrednotenje zdravih in obolelih trdih zobnih tkiv z bližnje infrardečo (NIR) difuzno reflektanco in lasersko fluorescenco, ter za vrednotenje mehki tkiv in tumorjev z difuzno reflektanco v vidnem in NIR spektralnem območju. Na področju analize biomedicinskih slik smo razvili številne nove postopke obnove in poravnave 2D in 3D večmodalnih slik. Kvaliteta in relevantnost izvedenih študij se kaže v objavah v najmočnejših SCI revijah in številnih citatih. Zato pričakujemo, da bo izvedba predlaganega projekta uspešna, in bomo razvili nove postopke in metode za spremljanje zdravja ustne votline na podlagi vrednotenje večmodalnih hiperspektralnih slik. Možnosti za izrabo rezultatov predlaganega projekta so številne. V prvi vrsti so bolniki in državljani tisti, ki lahko največ pričakujejo od sistema za spremljanje zdravja ustne votline, ki bo omogočil vsakemu posamezniku, da na nek način upravlja s svojim zdravjem, hkrati pa zagotavljal zgodnje odkrivanje bolezenskih sprememb ustne votline, še posebej kariesa. Z uspešno izvedbo projekta se bodo odprle tudi številne možnosti za poglobitev ali nove raziskave v okviru razpisov evropskega razvojno inovacijskih programa Horizon 2020, ki v svoji prioritetah še posebej izpostavlja raziskave in inovacije na področju storitev in orodij, ki bodo državljanom omogočila enostavno upravljanje z lastnim zdravjem. V finančnem smislu članice Evropske unije namenijo 10 % BDP za zdravstvo, od tega v povprečju kar 10 % (80 milijard EUR) za zdravljene bolezni ustne votline, ki je v veliki meri povezano s kariesom. Uspešna izvedba projekta bi lahko služil tudi kot osnova za ustanovitvi spin-off podjetja za osebne in klinične naprave za spremljanje zdravja ustne votline.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
