Modelos fractais na avaliação da retinopatia diabética

Resumo

Diabetes mellitus (DM) é uma das doenças crônicas mais incidentes no Brasil, e, até o ano de 2045, é provável que 23,2 milhões de brasileiros se tornem diabéticos (Sun et al., 2022). Dentre as complicações do DM está a retinopatia diabética, na qual a vasculatura da retina é comprometida, correspondendo a quinta causa mais comum de cegueira no mundo (Deepika et al., 2021). Técnicas inovadoras, como a análise fractal, têm estudado a geometria do complexo de artérias e veias da retina na avaliação de pacientes. O objetivo deste estudo foi analisar a retinopatia diabética com o uso de modelos fractais. Trata-se de uma revisão narrativa da literatura, na qual foi conduzida uma busca extensa de artigos científicos nas bases de dados Pubmed/Medline e Google Scholar, sem limitação de data da publicação, sendo usados os descritores: fractal, diabetic retinopathy e diabetes mellitus. Tem sido evidenciado que DM é uma doença de caráter metabólico, intimamente associada a fatores genéticos e ambientais, destacando-se a influência da alimentação do indivíduo. A peça-chave para entender o diabetes é o pâncreas, mais especificamente as células-beta pancreáticas, produtoras de insulina. No DM tipo 1, há um processo autoimune em que o corpo humano se torna alvo do seu sistema imune, fazendo com que seja instaurado um cenário deficitário na produção de insulina (Szablewski, 2014). Por outro lado, o DM tipo 2 é não insulino-dependente, assim, com a baixa funcionalidade das células-beta que é impulsionada pela resistência periférica à insulina, é dificultada a recepção da insulina nos receptores da membrana plasmática dos tecidos corpóreos, processo necessário para a captação da glicose do sangue para o meio intracelular. O DM tem ação prejudicial sobre o endotélio, importante estrutura vascular capaz de sintetizar substâncias que atuam na regulação do tônus vascular. Em decorrência dos danos gerados aos vasos dos pacientes com DM, instaura-se a retinopatia diabética. Alterações morfológicas nos vasos da retina predizem complicações vasculares do diabetes, incluindo a retinopatia diabética (Chen et al., 2024). Em seres humanos, imagens de fundo do olho obtidas pela oftalmoscopia, registradas através de fotografia da retina, têm sido empregadas para diagnosticar doenças como a retinopatia diabética. A dimensão fractal (DF), um número não inteiro e diferente de zero, que é resultado da análise fractal, tem possibilitado a comparação entre estruturas vasculares, quantificando a complexidade da estrutura e possibilitando a correlação com doenças retinianas, como a retinopatia diabética, e com doenças sistêmicas, como acidente vascular cerebral, doenças cardiovasculares, dentre outras (Deepika et al., 2021). A DF é um parâmetro que caracteriza tanto a rugosidade do contorno geométrico quanto a forma como o modelo fractal ocupa dimensionalmente o espaço. Na avaliação da retina em seres humanos, a DF tem sido calculada em imagens de angiografia fluoresceínica, angiografia por tomografia de coerência óptica e fotografia colorida do fundo de olho (Chen et al., 2017). Embora uma das propriedades dos fractais seja a auto-semelhança, a retina é um fractal natural, não auto-semelhante. Na análise fractal da vasculatura da retina, deve ser incluída a segmentação vascular, seguida pelo cálculo da DF. Em imagens de fundo de olho de seres humanos, geradas através de fotografia, tem sido viável o uso do método box-counting para o cálculo da DF da vasculatura da retina. Neste método é sobreposto ao fractal uma malha composta por diversos quadrados de tamanho infinitesimal, os quais são contabilizados e somados, possibilitando o cálculo da DF. Embora o método box-counting tenha sido comumente empregado, há outros métodos que têm tido bons resultados na análise fractal da vasculatura da retina, com diferenças significativas entre valores da DF em indivíduos saudáveis e indivíduos portadores de retinopatia diabética. Estudos têm demonstrado que a diminuição da DF da rede vascular é um indicativo precoce para alterações microvasculares na retina (Chen et al., 2017), tendo em vista que a DF vascular da retina tem descrito quantitativamente a complexidade do padrão de ramificação e a densidade do sistema vascular da retina. Conclui-se que as características geométricas da vasculatura da retina possibilitam uma análise robusta com os modelos fractais na diferenciação entre quadros saudáveis e patológicos, podendo vir a ser um biomarcador precoce de alterações vasculares com potencial uso para prever a incidência e progressão da retinopatia diabética.
  
Palavras-chave: diagnóstico médico; Engenharia Biomédica; fractal; imagem médica.
 
Referências
CHEN, Q. et al. Macular vascular fractal dimension in the deep capillary layer as an early indicator of microvascular loss for retinopathy in type 2 diabetic patients. Investigative Ophthalmology & Visual Science, v. 58, n. 9, p. 3785-3794, 2017.
 
CHEN, S. et al. Remnant cholesterol is correlated with retinal vascular morphology and diabetic retinopathy in type 2 diabetes mellitus: a cross-sectional study. Lipids in Health and Disease, v. 23, p. 75, 2024.
DEEPIKA, V. et al. Comparison of various fractal analysis methods for retinal images. Biomedical Signal Processing and Control, v. 63, p. 102245, 2021.
SUN, H. et al. IDF Diabetes Atlas: Global, regional and country-level diabetes prevalence estimates for 2021 and projections for 2045. Diabetes Research and Clinical Practice, v. 183, p. 109119, 2022.
SZABLEWSKI, L. Role of immune system in type 1 diabetes mellitus pathogenesis. International Immunopharmacology, v. 22, n. 1, p. 182-191, 2014.