Nanotechnology Driven Advanced Imaging and Classification of Brain Tumours

Abstract

Пухлини головного мозку є одними з найнебезпечніших медичних патологій, і раннє та точне виявлення має вирішальне значення для ефективного лікування. Традиційні методи діагностики, такі як комп’ютерна томографія (КТ) і магнітно-резонансна томографія (МРТ), часто залежать від ручної інтерпретації, що є трудомістким, суб'єктивним і може не виявляти дрібні структурні особливості пухлин. У цій роботі застосовано нанотехнології для підвищення точності виявлення пухлин. Було синтезовано та функціоналізовано золоті та оксид-залізні наночастинки з використанням лігандів, специфічних до пухлин, після чого вони були використані як контрастні агенти у флуоресцентній візуалізації та МРТ. Ці наночастинки значно покращують контрастність між здоровими та ураженими тканинами, що забезпечує більш точну локалізацію пухлини. Для обробки високоякісних зображень, отриманих за допомогою методів візуалізації з нанопідсиленням, застосовано сучасні методи комп’ютерного зору та глибокого навчання, зокрема VGG16 і VGG19. Це дозволяє автоматизувати процес виявлення пухлин, усуваючи необхідність у ручному розмічуванні. Результати дослідження демонструють синергетичний ефект поєднання нанотехнологій з передовими методами візуалізації, що забезпечує неінвазивний, високоточний та ефективний інструмент діагностики пухлин головного мозку

Brain tumours are among the most serious medical disorders, and early and correct discovery is important for successful treatment. Conventional diagnostic methods including computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) sometimes depend on manual interpretation, which is time-consuming, prone to human error, and limited in spotting minute tumour features. To ad-dress this issue, this study employs nanotechnology to improve tumour detection accuracy. Gold and iron oxide nanoparticles were synthesised, functionalized with tumourspecific ligands, and employed as contrast agents in fluorescence and magnetic resonance imaging (MRI). These nanoparticles improve tumour visualization by enhancing the contrast between healthy and tumour tissues, allowing for accurate localization. To detect and categorize tumour areas with higher sensitivity and specificity, advanced image processing techniques were used to high-resolution imaging data provided by nanoparticle-enhanced modalities. This technology overcomes previous diagnostic tools' short-comings by automating tumour detection and eliminating the requirement for manual segmentation. This work demonstrates the synergistic potential of merging nanotechnology with cutting-edge imaging technologies to provide a non-invasive, precise, and efficient diagnostic tool for brain tumour identification