数学的力量如何帮助评估肺功能？

南安普顿大学的研究人员开发了一种分析肺部x光图像的新计算方法，这可能表明在慢性阻塞性肺疾病(COPD)和其他肺部疾病的诊断和评估方面取得了突破。

由南安普顿大学三所大学的数学家、临床医生和影像专家组成的多学科团队，设计了一种用拓扑方法描述肺部复杂三维结构的方法——这是专门为复杂研究设计的数学的一部分。形状。研究人员结合计算机断层扫描、高性能计算和算法，计算了64名患者整个支气管树的三维数值特征。这些患者被分为四个不同的组：健康不吸烟者、健康吸烟者、中度慢阻肺患者和轻度慢阻肺患者。慢阻肺是一种复杂的肺部疾病，不同程度地累及气道(支气管)和肺组织(肺泡)。这导致肺功能逐渐丧失。它影响着全世界2亿多人--中老年人，主要是那些经常接触香烟烟雾的人。它是世界上第四大死亡原因。

研究团队分析了支气管树的结构和大小，分支的长度和方向，以及深吸气和完全呼气时形状的对比变化。他们发现，通常，更大更复杂的树意味着更好的肺功能，更小扭曲的树意味着更差的肺功能。研究人员发现，他们的新方法可以准确区分不同的患者群体、肺功能特征及其疾病的不同阶段。它可以识别肉眼无法察觉的特征。此外，他们希望在更大的图像数据库中重复这种方法，并将其与其他数据相结合，这可以为现实世界中慢阻肺、哮喘等疾病的早期诊断开发一种有价值的临床工具——提供一种更准确的方法来识别单个患者的严重程度。

南安普顿大学首席研究员兼数学教授亚采克布罗茨基说：“到目前为止，肺部疾病的严重程度已经通过肺活量计来评估，肺活量计是一种测量患者力量和空气量的设备，是由专家评估的二维CT图像，他们在检查和解释CT图像方面有丰富的经验，并使用相对简单的肺密度和支气管壁厚度的测量方法。”我们的研究表明，这种新的拓扑数据分析方法可以补充和扩展现有技术，提供关于个体肺功能的有价值和准确的信息。需要进一步的研究，但这可能最终有助于决定治疗患有严重或潜在严重肺部疾病的患者。"

南安普敦大学医学教授、NIHR大学高级研究员拉特科久卡诺维评论说：“这种方法是我们研究慢阻肺结构异常能力的重大进步，慢阻肺是一种影响如此多的人的复杂疾病。可悲的是，结果是显著的发病率和死亡率。”我校数学家开发的图像分析方法是拓扑学首次应用于肺部疾病领域，也是医学领域为数不多的研究之一。南安普顿是这种合作研究的好地方。因此，我们期待与我们的数学家同行进一步合作，为常规临床护理开发这种方法。”南安普顿Heath Science的Joy Conway教授补充道：“这项研究是临床医生和数学家之间的独特合作，它让我们对这种CT扫描数据的解释有了新的理解。通过进一步的研究，对改善患者有很大的希望。未来的治疗。慢性阻塞性肺疾病患者肺部的拓扑特征发表在《科学报告》杂志上。

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