Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

PCcS-RAU-Net: Automated parcellated Corpus callosum segmentation from brain MRI images using modified residual attention U-Net

Chandra Anjali, Verma Shrish, Raghuvanshi A.S., Kuber Bodhey Narendra

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2023

|

Vol. 43, no. 2

403--427

EN

Background: The Corpus callosum (Cc) in the cerebral cortex is a bundle of neural fibers that facilitates inter-hemispheric communication. The Cc area and area of its sub-regions (also known as parcels) have been examined as a biomarker for cortical pathology and differential diagnosis in neurodegenerative diseases such as Autism, Alzheimer’s disease (AD), and more. Manual segmentation and parcellation of Cc are laborious and time-consuming. The present work proposes a novel work of automated parcellated Cc (PCc) segmentation that will serve as a potential biomarker to study and diagnose neurological disorders in brain MRI images. Method: In this perspective, the present work aims to develop an automated PCc segmentation from mid-sagittal T1- weighted (w) 2D brain MRI images using a deep learning-based fully convolutional network, a modified residual attention U-Net, referred to as PCcS-RAU-Net. The model has been modified to use a multi-class segmentation configuration with five target classes (parcels): rostrum, genu, mid-body, isthmus and splenium. Results: The experimental research uses two benchmark MRI datasets, ABIDE and OASIS. The proposed PCcS-RAU-Net outperformed existing methods on the ABIDE dataset with a DSC of 97.10% and MIoU of 94.43%. Furthermore, the model’s performance is validated on the OASIS and Real clinical image (RCI) data and hence verifies the model’s generalization capability. Conclusion: The proposed PCcS-RAU-Net model extracts essential characteristics such as the total area of the Cc (TCcA) to categorize MRI slices into healthy controls (HC) and disease groups. Also, sub-regional areas, Cc1A to Cc5A, help study atrophy progression for early diagnosis.

2

Combining homomorphic filtering and recurrent neural network in gait signal analysis for neurodegenerative diseases detection

Saljuqi Masume, Ghaderyan Peyvand

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2023

|

Vol. 43, no. 2

476--493

EN

Automatic, cost-effective, and reliable detection of neurodegenerative diseases (NDs) is one of the important issues in clinical practice. The main idea of the proposed method in this study is to utilize the advantages of gait time series that can provide low-cost and noninvasive measures, homomorphic filtering that can effectively separate muscle activity from body dynamic and recurrent neural network or cascade forward neural network that can learn sequential time-varying data. Experimental results on gait time series of 16 healthy control subjects, 13 patients with amyotrophic lateral sclerosis, 15 patients with Parkinson’s disease and 20 patients with Huntington’s disease have demonstrated high detection performance with an accuracy rate of 100 % using K-fold cross validation for all three types of NDs outperforming other existing methods. The results have also indicated that the use of real cepstral coefficients, oscillation components, or basic statistics feature set has improved the detection performance.

3

Rola metali w rozwoju choroby Alzheimera i Parkinsona

Żygowska Justyna, Szymańska Aneta

Wiadomości Chemiczne

|

2022

|

[Z] 76, 1-2

1--25

EN

Neurodegenerative diseases are the consequence of progressive brain degeneration caused by the death of nerve cells. Many factors that influence the neurodegeneration development are still not fully known. A lot of studies indicate the contribution of metal ions in this process. Copper, zinc, and iron are trace elements essential for proper functioning of the body. They are part of many enzymes participating in the transmission of the nerve signals, electrons transport, neurotransmitters and nucleic acids synthesis, and oxygen storage. Disorder of metals homeostasis leads to the development of severe diseases and nervous system degenerations. An excess of copper and iron ions causes a significant increase in cellular oxidative stress. Metals catalyze the reactions of free radicals formation that destroy proteins, lipids, and nucleic acids. High concentration of copper and iron ions were found in the deposits of amyloidogenic proteins. Amyloid β (Alzheimer disease) and α synuclein (Parkinson disease) have ions binding chain structures. The metal-protein interaction increases oligomerization speed in vitro. A lot of evidence suggests that the disorder of Cu, Zn and Fe homeostasis accelerates the progress of brain neurodegeneration. Human organism contains many metals, which are not needed for the proper functioning of the body, e.g. aluminum. Al binds to nucleic acids causing an increase in cellular oxidative stress and initiating proteins oligomerization. The presence of aluminum is also considered to be disadvantageous for the nervous system. The lack of medicines for neurodegenerative diseases forces us to search for new therapies. The development of degenerations could be slowed down by chelators of toxic metals, but first, these diseases must be better understood. Adverse effects of high concentration of metal ions on brain functioning are not fully known. This knowledge is necessary to find effective drugs.

4

Textural feature of EEG signals as a new biomarker of reward processing in Parkinson’s disease detection

Ezazi Yasamin, Ghaderyan Peyvand

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2022

|

Vol. 42, no. 3

950--962

EN

Background: Parkinson’s disease (PD) detection holds great potential for providing effective treatments, slowing the disease process, and improving the quality of patient’s life, but the development of a clinical accurate, generalized, robust and cost-effective method is a challenge. Method: In this paper, a novel PD detection method based on textural features of clinical electroencephalogram (EEG) signals has been proposed. In contrast to most existing methods, which do not consider reward positivity (RP)-relevant features for automatic PD detection, this method has focused on providing a novel EEG marker of RP using an enhanced time-frequency representation, texture descriptors based on Gray Level Co-occurrence Matrix, local binary pattern, and sparse coding classifier. Results: The proposed method has been evaluated using EEG signals recorded during a reinforcement-learning task from 28 patients with PD and 28 sex- and age matched healthy controls. Results have demonstrated that the proposed architecture reaches a high detection with an average accuracy rate of 100%, presenting better performance and outperforming previous techniques. Conclusions: it can provide a new solution to detect RP changes in PD and can offer obvious stability advantages on several clinical and technical variables (medication states, type of textural descriptors, reduced channels), suggesting a generalizable detection system.

5

Spektroskopia mössbauerowska jako narzędzie do badania kosmosu i mózgu

Duda Przemysław

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Fizyka

|

2021

|

z. 60

3--115

PL

W niniejszej pracy przedstawione zostały wyniki badań meteorytów i próbek biologicznych, przeprowadzonych w ostatnim czasie w kierowanym przeze mnie Laboratorium Spektroskopii Mössbauerowskiej. Badania te dotyczyły między innymi opracowania nowej metody pozwalającej na dokonywanie wstępnej klasyfikacji chondrytów zwyczajnych. Równolegle do badań dotyczących meteorytów zostało zaproponowane użycie spektroskopii mössbauerowskiej do badania próbek biologicznych. Widma mössbauerowskie chondrytów zwyczajnych składają się z dwóch dubletów ze względu na obecność żelaza paramagnetycznego w oliwinach i piroksenach oraz dwóch sekstetów pochodzących od magnetycznie uporządkowanego żelaza obecnego w fazach metalicznych i troilicie. Powierzchnie spektralne różnych faz mineralogicznych w meteorytach, określone przez zastosowanie spektroskopii mössbauerowskiej, są proporcjonalne do liczby atomów żelaza w danej fazie mineralogicznej. Ta właściwość widm mössbauerowskich stanowiła podstawę do skonstruowania metody klasyfikacji chondrytów zwyczajnych. Metoda ta wykorzystuje pola powierzchni spektralnych widm mössbauerowskich, które analizowane są za pomocą wielowymiarowej analizy dyskryminacyjnej i odległości Mahalanobis. Metoda ta nosi nazwę 4M i pozwala określić prawdopodobieństwo przynależności chondrytu zwyczajnego do danego typu - H, L lub LL. Spektroskopia mössbauerowska nie jest rutynowo stosowana do oznaczania stężenia żelaza. Ponieważ jednak ta metoda nie wymaga wstępnej obróbki próbek przed pomiarem, może mieć ona ogromne znaczenie dla oceny stężenia żelaza w próbkach, które można następnie wykorzystać do dalszych badań. Próbki biologiczne są tego dobrym przykładem. Uważa się, że żelazo może odgrywać ważną rolę w neurodegeneracji. W pracy przedstawione zostały wyniki badań porównawczych obszarów ludzkiego mózgu (kontrolnych i patologicznych), przeprowadzonych za pomocą technik spektroskopii mössbauerowskiej i obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. Spektroskopia mössbauerowska wykazała wyższe stężenie żelaza w atypowym parkinsonizmie (nazywanym postępującym porażeniem nadjądrowym) w obszarach mózgu takich jak istota czarna (substantia nigra) oraz gałka blada (globus pallidus) w stosunku do próbek stanowiących grupę kontrolną. W pozostałych chorobach neurodegeneracyjnych nie zarejestrowano wzrostu stężenia żelaza w tkankach mózgowych. Ze względu na fakt, że określenie roli żelaza może wnieść bardzo wiele w zrozumienie mechanizmów powstawania i rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, badania mössbauerowskie próbek mózgowych stanowią ciekawy i perspektywiczny kierunek badań, który wymaga przeprowadzenia dalszych pomiarów i analiz.

EN

This work presents the recent research results related to meteorites and biological samples conducted in the Mössbauer Spectroscopy Laboratory led by the Author. These studies concerned, among others, the development of a new method allowing for the preliminary classification of ordinary chondrites. Parallel to the research on meteorites, it was proposed to use Mössbauer spectroscopy to study biological samples. The Mössbauer spectra of ordinary chondrites consist of two doublets due to the presence of paramagnetic iron in olivines and pyroxenes and two sextets derived from magnetically ordered iron present in metallic and troilite phases. The spectral areas of various mineralogical phases in meteorites; determined by the use of Mössbauer spectroscopy; are proportional to the number of iron atoms in this mineralogical phase. This property of the Mössbauer spectra formed the basis for constructing a method for classifying ordinary chondrites. This method uses the spectral surface areas of the Mössbauer spectra, which are analysed using multidimensional discriminant analysis and Mahalanobis distances. This method is called 4M and allows one to determine the probability of belonging to one of the types of ordinary chondrites - H, L or LL. Mössbauer spectroscopy in not routinely used to determine iron concentration. However, as this method does not require pre-treatment of samples prior to measurements, it can be of great importance for assessing iron in samples that can then be used for further testing. Here, biological samples are a good example. It is believed that iron can play an important role in neurodegeneration. Thus, the work presents the results of comparative studies of areas of the human brain (control and pathological) carried out using Mössbauer spectroscopy techniques and magnetic resonance imaging. Mössbauer spectroscopy showed a higher concentration of iron in atypical parkinsonism (called progressive supranuclear palsy) in areas of the brain such as substantia nigra and globus pallidus compared to control group samples. In other neurodegenerative diseases, no increase in iron concentration in brain tissues was recorded. Due to the fact that determining the role of iron can contribute a lot to understanding the mechanisms of the formation and development of neurodegenerative diseases, Mössbauer studies of brain samples are an interesting direction of research that requires further measurements and analyses.

6

Znaczenie protonowej spektroskopii rezonansu magnetycznego (1H MRS) w wybranych chorobach neurodegeneracyjnych mózgowia

Sokół Daniel, Szmyt Katarzyna, Stopa Joanna, Truszkiewicz Adrian, Guz Wiesław

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 2

147--155

PL

Ze względu na rosnącą liczbę osób starszych i coraz częstsze występowanie, choroby neurodegeneracyjne stanowią obecnie istotny problem kliniczny. Diagnostyka różnicowa tych chorób jest trudna, dlatego stale prowadzone są badania w poszukiwaniu markerów sugerujących pewne rozpoznanie choroby. Wśród metod diagnostycznych bardzo pomocne są badania obrazowe, zwłaszcza rezonans magnetyczny, w tym zaawansowane techniki, takie jak protonowa spektroskopia rezonansu magnetycznego. Protonowa spektroskopia rezonansu magnetycznego pozwala w bezinwazyjny sposób ocenić skład neurometabolitów ośrodkowego układu nerwowego, co dostarcza kluczowych informacji, które mogą pomóc w postawieniu trafnej diagnozy. Dzięki stale prowadzonym badaniom klinicznym jej rola w diagnostyce chorób neurodegeneracyjnych rośnie. W niniejszym opracowaniu przedstawione zostaną wyniki dostępnych i aktualnych badań, dotyczących zmian w protonowej spektroskopii rezonansu magnetycznego, w najczęściej spotykanych w warunkach klinicznych chorobach neurodegeneracyjnych.

EN

Neurodegenerative diseases are currently a major diagnostic challenge due to the growing number of elderly people and more frequent occurrence of these diseases. The differential diagnosis between all these diseases is very difficult; therefore many clinical trials are conducted in searching of markers suggesting a certain diagnosis of the disease. Among the diagnostic methods, diagnostic imaging methods are very helpful, especially magnetic resonance imaging, including advanced techniques such as proton magnetic resonance spectroscopy. Proton magnetic resonance spectroscopy allows for a non-invasive assessment of neurometabolite profiles, which provides relevant information that can help in accurate diagnosis. With new clinical trials, its role in the diagnosis of neurodegenerative diseases becomes more important. This paper presents the results of available and recent clinical trials on changes in proton magnetic resonance spectroscopy in the most common clinical neurodegenerative diseases.

7

Electromagnetic fields and neurodegenerative diseases

Wyszkowska Joanna, Jankowska Milena, Gas Piotr

Przegląd Elektrotechniczny

|

2019

|

R. 95, nr 1

129--133

EN

The aim of this work is to present the current knowledge about the possible participation of electromagnetic fields in the occurrence and also in treatment of neurodegenerative diseases. The literature data indicate both the negative and positive effects of electromagnetic fields and not allow to draw unambiguous conclusions. Undoubtedly, the topic is still open and needs further intensive research to finally assess the mechanism of action of the electromagnetic field on neurodegenerative diseases.

PL

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie aktualnej wiedzy o możliwym udziale pól elektromagnetycznych w występowaniu oraz w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. Dane literaturowe wskazują zarówno na negatywny, jak i pozytywny wpływ pól elektromagnetycznych i nie pozwalają na wyciągnięcie jednoznacznych wniosków. Niewątpliwie temat jest nadal otwarty i wymaga dalszych intensywnych badań, aby ostatecznie ocenić mechanizm działania pola elektromagnetycznego na choroby neurodegeneracyjne.

8

Możliwości zastosowania komórek macierzystych w medycynie regeneracyjnej

Galiniak S., Krawczyk-Merć I., Pedrycz A.

Polish Hyperbaric Research

|

2016

|

nr 1(54)

49--64

EN

Stem cells are characterized by their ability to self-renew and differentiate into various cell types. They offer great potential for a wide range of applications, however, medical studies on the use of embryonal stem cells are largely limited to bioethical issues searching for alternative sources of stem cells, which include isolating cells from adult organisms or inducing pluripotentiality of somatic cells by administration of transcription factors. Nowadays, stem cells are used to study the mechanisms of cell differentiation and treat diseases that are commonly considered to be incurable, such as diabetes and neurodegenerative diseases, as well as enable regeneration of skin damage and myocardium. This review introduces the subject of stem cells, their sources and application in regenerative medicine.

PL

Komórki macierzyste (szczególnie embrionalne) charakteryzują się zdolnością do samopowielania i różnicowania we wszystkie typy komórek. Ta cecha daje możliwość szerokiego ich zastosowania w medycynie. Ze względów etycznych w znacznym stopniu ograniczone jednak zostały badana nad wykorzystaniem embrionalnych komórek macierzystych. Poszukuje się więc innych źródeł komórek macierzystych, m.in. izolując komórki z dorosłych organizmów czy indukując pluripotencjalność w komórkach somatycznych przez podanie czynników transkrypcyjnych. Komórki macierzyste wykorzystuje się do badań nad możliwościami leczenia chorób, które powszechnie uznaje się za nieuleczalne takich jak cukrzyca czy choroby neurodegeneracyjne. Badania z użyciem komórek macierzystych analizujące mechanizmy różnicowania się dają nadzieję na przyspieszenie regeneracji uszkodzeń skóry i komórek mięśnia sercowego. W niniejszej pracy autorzy przeanalizowali rodzaje komórek macierzystych, możliwości ich pozyskiwania oraz zastosowania w medycynie regeneracyjnej.