Assessment of Gestational Age using Optical Methods

Abstract

Kvart år blir om lag 15 millionar nyfødde fødd for tidleg, og ein stor del av desse tilfella skjer i låg- og mellominntektsland. Komplikasjonar knytt til prematur fødsel er den viktigaste årsaka til barnedødelegheit globalt. Ei nøyaktig estimering av gestasjonsalder er viktig for å kunne skilja premature barn frå dei som er små for gestasjonsalderen, og dermed kunne gi riktig medisinsk behandling. I mange deler av verda kan det vera utfordrande å gi ei god vurdering av svangerskapslengde. Gestasjonsalderen til barnet er ofte ukjend eller unøyaktig fordi ultralyd ikkje er tilgjengeleg og informasjonen om menstruasjonar kan vera variabel. Det kliniske scoringssystemet som i dag vert nytta til å vurdere gestasjonsalder krev tekniske ferdigheiter og er sterkt subjektive.

I denne oppgåva blei to optiske metodar for gestasjonsalder utforska. Det vart planlagt ein klinisk studie basert på hudrefleksjonsmålingar og bildetaking av nyfødde, men denne kunne ikkje utførast grunna COVID-19. Derfor blei numeriske simuleringar nytta for å estimere refleksjonsspektrum med varierande optiske parametrar. Diffusjonsteori blei samanlikna med Monte Carlo-simuleringar for ei rekke typiske parametrar knytt til nyfødd hud i bølgelengdeområdet 400-700 nm. Diffusjonsteori stemte godt med både målte spektrum og spektrum simulert ved Monte Carlo-modellen, bortsett frå tilfelle med anten høg epidermal eller dermal absorpsjon. Desse simuleringane støtter hudrefleksjon som ein mogleg vurderingsmetode for gestasjonsalder.

An estimated 15 million infants are born preterm annually, and a large amount of these births occur in low- and middle-income countries. Preterm birth complications are the leading cause of mortality in children globally. Accurate estimation of the gestational age is important for identifying preterm and small-for-gestational-age babies and provide suitable postnatal treatment. In a low resource setting, pregnancy dating is challenging. The gestational age of the infant is frequently unknown or inaccurate because ultrasound is not available and the information regarding last menstrual period is often unreliable. The clinical assessments performed to estimate the gestational age today requires technical skills and are highly subjective.

In this thesis, an exploration of two optical methods for gestational age assessment were performed. A clinical study including skin reflectance measurements and image taking of newborns was planned but could not be performed due to COVID-19. Therefore, numerical simulations were used to obtain estimated reflection spectra with varying optical tissue parameters. The performance of diffusion theory was compared to Monte Carlo simulations for a range of typical newborn skin parameters in the 400-700 nm wavelenght range. Diffusion theory was found to agree well with both measured spectra and spectra simulated by the Monte Carlo model, except for cases with either high epidermal or dermal absorption. These simulations support diffuse skin reflectance as a viable assessment method for gestational age.