مدل‌سازي بافت اپيتليوم مري بر مبناي شبكه‌اي از نگاشت‌هاي كوپله با رويكرد تشخيص ضايعات پيش‌سرطاني

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

سرطان مري هشتمين سرطان شايع و ششمين سرطان منجر به مرگ در جهان مي‌باشد. 80% از سرطان‌هاي مري در سلول‌هاي سنگ‌فرشي رخ مي‌دهند. در ايران، اين نوع سرطان در استان گلستان شيوع بيش‌تري دارد. پيش از بروز اين سرطان، ضايعاتي در بافت ا‌پيتليوم مري به وجود مي‌آيد كه پيش‌رفت و نفوذ اين ضايعات به لايه‌هاي زيرين، منجر به بروز سرطان مي‌شود. اين بيماري در اكثر بيماران از يك مرحله‌ي پيش‌بالينيِ قابل تشخيص شروع مي‌شود. اين بيماري در صورت عدم مداخله‌ي درماني مناسب، در اكثر موارد به سمت يك مرحله‌ي باليني پيش‌رفت مي‌كند. در مطالعات انجام شده پيرامون اين نوع سرطان، مدلي براي پيش‌رفت اين ضايعات (ديسپلازي) در سطح مزوسكوپيك ارائه نشده است. در اين مقاله، مدلي بر پايه‌ي شبكه‌اي از نگاشت‌هاي لاجستيك كوپل شده براي مدل‌سازي عمل‌كرد بافت اپيتليوم ارائه شده است. از تصاوير ميكروسكوپيك مربوط به نمونه‌هاي بيوپسي بافت سالم و بافت با ديسپلازي خفيف، به عنوان دادگان اين مطالعه استفاده شده است. طراحي ساختار و تنظيم پارامترهاي اين مدل بر مبناي فرضياتي از ساختار و عمل‌كرد بافت اپيتليوم، با وارد نمودن اطلاعاتي از هندسه‌ي فركتالي اين بافت انجام شده است. عمل‌كرد مدل، بر مبناي تغييرات نماي لياپانوف در راستاي ضخامت اپيتليوم مورد ارزيابي قرار گرفته است. در اين مدل، الگوي كاهشي اين شاخص براي بافت سالم، از صحت و حساسيت مناسبي در تشخيص بافت سالم از بافت با ديسپلازي خفيف برخوردار است. نتايج اين مدل‌سازي نشان مي‌دهد كه بين پيچيدگي ساختاري اين سيستم زيستي و عدم قطعيت رفتار زماني آن، مي‌تواند ارتباط مستقيمي وجود داشته باشد.

The esophageal carcinoma is the eight most predominate malignancy in the world and the sixth deadliest cancer. 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.