Σχεδιασμός και υλοποίηση συστήματος επεξεργασίας εικόνας καθώς και μαθηματικών αλγορίθμων βελτιστοποίησης της μεταμόσχευσης ανθρωπίνων τριχοθυλακίων με την τεχνική FUE
Authors: Ζώντος Γεώργιος 
Published: September 2021

Εισαγωγή. Το Follicular Unit Extraction (FUE) είναι μια σχετικά νέα τεχνική αποκατάστασης προβλημάτων τριχωτού με την εξαγωγή τριχοθυλακίων από τη δότρια περιοχή. Η ζήτηση και αναγνώριση αυτής της τεχνικής από τους ασθενείς έχουν αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Ο κυριότερος λόγος για τη δημοτικότητα του FUE είναι η ελάχιστα επεμβατική του φύση και η γρήγορη επούλωση της δότριας περιοχής. Η τεχνική FUE επίσης δεν προκαλεί εμφανή ουλή όπως συμβαίνει με τη μέθοδο strip. Ωστόσο, ο γιατρός που ασχολείται με τη διάγνωση και θεραπεία της τριχόπτωσης σήμερα συναντά δυσκολίες στην ποσοτικοποίηση του προβλήματος της τριχόπτωσης του ασθενούς. Τέτοιες τεχνικές δυσκολίες συνδέονται με τη αδυναμία μέτρησης σημαντικών χαρακτηριστικών των μαλλιών, όπως η πυκνότητα ή το ακριβές μέγεθος της επιφάνειας της λήπτριας περιοχής, λόγω του ακανόνιστου σχήματός της. Επιπλέον, η παρουσία τριχών εντός της πάσχουσας περιοχής περιπλέκει ακόμα περισσότερο το πρόβλημα, καθιστώντας επιτακτική την ανάγκη για ακριβέστερη επίλυση του προβλήματος. Τέλος, τα μετεγχειρητικά follow ups βασίζονται κυρίως σε μια ποιοτική εκτίμηση του αποτελέσματος που προκύπτει από τη σύγκριση της πριν και μετά εικόνας του ασθενούς . Αυτή η μελέτη περιλαμβάνει επιπλέον την εφαρμογή κατάλληλης μαθηματικής μεθοδολογίας και των αρχών της Φυσικής, ώστε να μοντελοποιηθούν και να ερμηνευτούν ορθότερα τα στάδια της τεχνικής FUE. Η φιλοδοξία μας είναι να εξηγήσουμε πώς μπορούν να εφαρμοστούν οι αρχές της Ιατρικής Φυσικής και των μεθόδων της μαθηματικής μοντελοποίησης για τη μείωση του transection rate, καθώς και του τραυματισμού της δότριας περιοχής που προκαλείται από την εξαγωγή.Επιπλέον, σχεδιάστηκε ένα νέο ολοκληρωμένο σύστημα, που ονομάζεται FOLLYSIS© και το οποίο περιλαμβάνει μία πλήρως οργανωμένη σχεσιακή βάση δεδομένων και ένα σύστημα ανάλυσης εικόνας με στατιστική επεξεργασία για τις μεταμοσχεύσεις με τη χρήση της FUE τεχνικής. Ομοίως, το σύστημα αυτό παρέχει τη δυνατότητα για καλύτερη και πιο αποτελεσματική χρήση της τεχνικής FUE, επιτρέποντας στον ιατρό:-Να αρχειοθετεί δεδομένα των ασθενών.-Να χρησιμοποιεί ψηφιακή τριχοσκόπηση.-Να σχεδιάζει το εξατομικευμένο treatment planning του ασθενούς.-Να καταγράφει κάθε follow up.-Να ποσοτικοποιεί το αποτέλεσμα του κάθε ασθενούς.Σχεδιασμός του FOLLYSIS©Ο σχεδιασμός του FOLLYSIS© βασίζεται στα πάρα κάτω: Database: Αναπτύχτηκε μια σχεσιακή βάση δεδομένων, που περιλαμβάνει τρία κύρια επίπεδα. Το πρώτο επίπεδο περιέχει λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τα δημογραφικά στοιχεία του ασθενούς καθώς και την κατάσταση του τριχωτού. Το επόμενο επίπεδο αντιστοιχεί στη διαδικασία μεταμόσχευσης μαλλιών που πραγματοποιείται σε κάθε ασθενή καθώς και πληροφορίες σχετικά με τη χειρουργική επέμβαση. Το τελικό επίπεδο περιλαμβάνει follow ups, τα οποία πραγματοποιούνται μετεγχειρητικά.Ανάλυση Εικόνας: Φίλτρα ενίσχυσης της αντίθεσης εφαρμόστηκαν για να αυξήσουν την ικανότητα αναγνώρισης των τριχών από το background της επιδερμίδας. Αλγόριθμοι τμηματοποίησης χρησιμοποιήθηκαν για να διαχωριστούν με ακρίβεια τα τριχοθυλάκια από το δέρμα. Τα ανιχνευμένα τριχοθυλάκια συνδέθηκαν με τη χρήση του αλγορίθμου τριγωνοποίησης Delaunay ώστε να υπολογιστεί η μέση απόσταση μεταξύ τους. Αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος για τον αυτόματο προσδιορισμό των τριχών. Έτσι κατέστη δυνατόν να μετρηθούν με ακρίβεια παράμετροι όπως: α) η πυκνότητα της δότριας και της λήπτριας περιοχής (τριχοθυλάκια και τρίχες ανά τετραγωνικό εκατοστό), β) ο μέσος αριθμός τριχών ανά τριχοθυλάκιο, γ) η μέση απόσταση των τριχοθυλακίων. Επιπλέον, έχει συμπεριληφθεί μια προηγμένη μέθοδος για τον αυτόματο υπολογισμό της επιφάνειας της λήπτριας περιοχής με τη χρήση φωτογραφιών, λαμβάνοντας υπόψη την καμπυλότητά της. Ειδικοί μαθηματικοί τύποι ενσωματώθηκαν στο σύστημα, το οποίο υπολογίζει αυτόματα τον αριθμό των μοσχευμάτων ή τριχοθυλακίων που θα πρέπει να τοποθετηθούν στην πάσχουσα περιοχή για να αυξηθεί η πυκνότητα στο επιθυμητό επίπεδο. Στατιστικά Στοιχεία: Με τη στατιστική επεξεργασία των μετρήσεων των ανωτέρω παραμέτρων της δότρια και λήπτριας ζώνης, το σύστημα προβαίνει σε ποσοτική σύγκριση του τριχωτού των δυο περιοχών. Η ποσοτικοποίηση σημαντικών παραμέτρων του τριχωτού και η αυτόματη στατιστική επεξεργασία τους μετά από επεξεργασία εικόνας διευκολύνει τον ιατρό να αξιολογήσει αντικειμενικότερα το τελικό αποτέλεσμα.ΑποτελέσματαΗ ακρίβεια του αλγορίθμου αξιολογήθηκε σε 56 μικρο-φωτογραφίες (Bodelin ProScope HR2 στο 640x480 pixels) που ελήφθησαν από διαφορετικούς ασθενείς. Η ευαισθησία του αλγορίθμου στην ακριβή ανίχνευση της θέσης των τριχοθυλακίων ήταν 97,5 % (μέσος όρος) με 3,8 τυπική απόκλιση. Η ακρίβεια του αλγορίθμου είχε μέση τιμή 98,6% με 3,1 τυπική απόκλιση. Προεγχειρητικά, το σύστημα βοηθά τον ιατρό να υπολογίσει με ακρίβεια τόσο την επιφάνεια όσο και τα μοσχεύματα που απαιτούνται για τη βέλτιστη κάλυψη της πάσχουσας περιοχής, αποφεύγοντας την κατασπατάληση της δότριας ζώνης ή τον τραυματισμό των προϋπαρχόντων τριχοθυλακίων στην λήπτρια περιοχή. Μετεγχειρητικά, ο χειρουργός έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί το αποτέλεσμα της επέμβασης χρησιμοποιώντας γραφικές παραστάσεις, απεικονίζοντας την αλλαγή της πυκνότητας σε συνάρτηση με το χρόνο.Η αποτελεσματικότητα μιας τροποποιημένης τεχνικής του FUE, ώστε να μειωθεί ο τραυματισμός της δότριας περιοχής κατά τη διαδικασία της εξαγωγής, αξιολογήθηκε σε 35 ασθενείς. Το FOLLYSIS© συνέβαλε καθοριστικά στον υπολογισμό εντυπωσιακής μείωσης του τραυματισμού του δέρματος με την τεχνική Vertical Extraction σε σχέση με την επικρατούσα Acute Extraction αποδεικνύοντας την υπεροχή της πρώτης έναντι της δεύτερης. ΣυμπεράσματαΗ ποσοτικοποίηση των παραμέτρων, οι οποίες μέχρι τώρα υπολογίζονταν εμπειρικά, πλέον πραγματοποιούνται αυτόματα. Η μέθοδος επεξεργασίας εικόνας των μικρο-φωτογραφιών της λήπτριας περιοχής, σε συνδυασμό με την προαναφερθείσα μεθοδολογία, απλοποιεί την τριχοσκόπηση ενώ παρέχει ένα ανεκτίμητο εργαλείο το οποίο ενημερώνει άμεσα τον ιατρό με χρήσιμες πληροφορίες για την κατάσταση του τριχωτού του ασθενούς. Έτσι, η ποσοτικοποίηση παραμέτρων που σχετίζονται με την τριχόπτωση καθιστά το σχεδιασμό ενός ολοκληρωμένου treatment planning απόλυτα εφικτό, επιτρέποντας την ορθολογικότερη χρήση της δότριας περιοχής για το καλύτερο αισθητικό αποτέλεσμα.To FOLLYSIS© είναι ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για τη διάγνωση, θεραπεία και παρακολούθηση της πορείας του ασθενούς, παρέχοντας αυτοματοποιημένες μετρήσεις της αλλαγής στην πυκνότητα των μαλλιών, καταγράφοντας σημαντικά μεγέθη του τριχωτού της κεφαλής. Επιπλέον, η συμβολή του στην αξιολόγηση τεχνικών, που ελαχιστοποιούν τον τραυματισμό στη δότρια ζώνη και κάνουν αποτελεσματικότερη την εξαγωγή, συντελεί αποφασιστικά στη βελτιστοποίηση του FUE.