Диагностика
Мы делаем медицину комфортной

ЭКСПЕРТНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ГЛАЗНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ ГЛАЗНОГО ДНА.



2 3 4 5 

КСПЕРТНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ГЛАЗНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ ГЛАЗНОГО ДНА.

Н.Ю.Ильясова, А.В. Устинов, В.Г.Баранов Институт систем обработки изображений РАН, г. Самара

Аннотация

В статье представлен подход к анализу сосудистой системы сетчатки на основе построения количественных оценок элементов патоморфологической картины глазного дна, используемых в формировании экспертной оценки патологии сетчатки; решается вопрос повышения точности измерения относительных величин, которые привычны для большинства врачей и могут быть соотнесены с личным врачебным опытом и результатами из­вестных клинических исследований. В статье предлагается принципиально новая интерактивная система, по­строенная на взаимодействии врача-пользователя и программно-технического комплекса количественной оцен­ки диагностических изображений глазного дна.Диагностика В данной работе представлены следующие технические и мето­дологические решения: новый подход в формировании группы диагностических признаков, подвергаемых ко­личественной оценке; формализованные методы определения степени патологических изменений сетчатки (ко­личественные соотношения характеристик сосудов, степень их извитости, неравномерности и др.); принципи­ально новый подход к анализу сосудистой системы путем трассирующего выделения сосудов; методы и алго­ритмы количественной оценки элементов патологии микроциркуляторного русла; структуры таблиц базы дан­ных, обеспечивающей хранение и быстрый доступ к графическим изображениям глазного дна и результатам обработки; алгоритмы прогнозирования диагностического решения о степени патологии глазного дна с исполь­зованием сформированных ранее количественных оценок диагностических признаков; программные средства клинической интерпретации полученных количественных показателей.Диагностика В статье представлены отдельные ин­терфейсные формы системы оценивания диагностических параметров и получения экспертных оценок патоло­гии.

1. Введение

Глазное дно является единственным в организме участком, где сосудистая система в полном объеме доступна прямому неинвазивному наблюдению. По­этому разработка автоматизированной системы ана­лиза изображений глазного дна, основанной на ме­тодах и алгоритмах количественной оценки патоло­гических изменений сосудов сетчатки является акту­альной задачей ангиологии. Состояние сосудистой системы сетчатки является также важнейшим пока­зателем и прогностическим фактором при диабети­ческой ретинопатии. Видимые офтальмоскопиче­ские изменения сосудов сетчатки дают интеграль­ную характеристику гемодинамики сетчатки.Диагностика Систе­ма автоматизированной диагностики диабетической ретинопатии позволит в дальнейшем перейти к ав­томатизации диагностики и других заболеваний сет­чатки.

Рис.1. Изображения глазного дна:нормальное состояние (слева), патологические изменения (справа)

В настоящее время проводятся многочисленные исследования по применению компьютерных средств обработки изображений в диагностике и мониторинге глазных заболеваний. На международ­ном рынке офтальмологической техники имеется

много систем получения цифровых изображений глазного дна очень высокого качества (Саг1 2е1§§ 1епа СшЬХ, Торсоп 1шадепе1, ОрМЫтк 1тадтд 8у§1ет§ 1пс.; "САРИ" Эком, С.-Петербург), однако программное обеспечение большинства таких сис­тем содержит лишь наиболее общеупотребительные средства предобработки, повышения качества и маркировки изображений. Одновременно бурно раз­виваются программно-технические комплексы пол­ной компьютеризации офтальмологических клиник и практик, что несомненно приведет в ближайшем будущем к росту спроса на программы мониторинга и экспертные системы оперирующие цифровыми диагностическими изображениями. Представленная в данной работе автоматизированная система анали­за изображений глазного дна позволяет автоматизи­ровать отдельные этапы диагностики, обладает бо­лее широким и универсальным набором программ­ных средств и позволяет осуществить количествен­ный мониторинг патологических изменений глазно­го дна.Диагностика

2. Диагностические параметры патологической картины глазного дна

Наиболее ранними признаками поражения сосу­дов сетчатки при таких заболеваниях как диабет, артериальная гипертензия, атеросклероз являются изменение соотношение диаметра артерий и вен, локальные изменения диаметров сосудов, повышен­ная извилистость сосудов и другие. Изменение диа­метра сосудов является важной составной частью ранней диагностики и контроля за эффективностью лечения заболеваний сетчатки. Однако на практике количественная оценка состояния сосудов сетчатки встречает ряд трудностей: необходимость получения цифровых  изображений  высокого  разрешения и ошибки в измерении диаметров сосудов сетчатки. Вопрос о точности расчета диаметра в силу пробле­мы влияния дискретизации изображения на процесс измерения является очень актуальным, т.к. оценива­нию подвергаются элементы изображения достаточ­но малого размера. В силу этого многие методы оценивания диаметра с использованием процедур формирования профиля поперечного сечения [1,2] вносят большую погрешность вычислений. Кроме того, известный метод исследования поперечного сечения (сго88-8ес1юп) не позволяет отследить все колебания диаметра ссуда на протяжении глазного русла сетчатки, а неравномерное сужение диаметра сосудов (ипеуеп пеггошпд уеззеГз сИате1ег8) явля­ется очень важной характеристикой кровотока. В работе [3] нами представлено решение проблемы повышения точности измерения диаметра сосудов на основе построения различных параметрических моделей аппроксимации сосуда. Клинически важ­ными показателями, которые вносят существенный вклад в построение экспертной оценки степени па­тологии, вероятности развития глазных заболеваний являются также и другие статистические характери­стики сосудов: соотношение диаметров артерий и вен, неравномерность диаметра (локальный спазм артерий, четкообразные изменения вен), извили­стость сосудов, углы разветвления сосудов.Диагностика В меди­цине обоснована возможность анализа состояния локальной гемодинамики сетчатки по результатам измерения диаметра артерий и вен и их соотноше­ния в соответствующем сегменте. В описываемой нами системе для количественного выражения ме­дико-диагностических признаков патологии форми­руется вектор первоначальных геометрических ха­рактеристик сосуда. Он содержит его длину и набор параметров, характеризующих отдельную точку со­суда: координаты текущей точки сканирования; ло­кальная ширина вены; направление входа сосуда в рамку сканирования; направление выхода; углы раз­ветвления. На основе указанных параметров произ­водится оценка следующих медико-диагностических признаков патологических изменений сосудистой системы: 1) параметр линейной гемодинамики (ло­кальный диаметр сосуда); 2) средний диаметр сосуда на выделенном сегменте; 3) параметр неравномер­ности калибра сосуда или его четкообразность; 4) извилистость сосуда; 5) кривизна стенки; 6) изви­тость стенки; 7) кривизна трассы; 8) извитость трас­сы.Диагностика

3. Математическая модель фрагмента сосуда

Математическая модель фрагмента сосуда опре­деляется    следующими    функциями:     х = х(1)

у = у(1), г = г(1)0 < I < Ьу, где х(0, у(1) - диффе­ренцируемые функции, описывающие линию цен­тров, которую будем называть трассой; г (I) - функ­ция толщины сосуда (расстояние от трассы до гра­ницы сосуда, отсчитываемое по перпендикуляру к трассе); I - расстояние от начала трассы, измеренное по трассе; Ьу - длина трассы (рис.2).

Данные характеристики однозначно определяют функцию направления трассы в каждой точке: (р(1);Диагностика

функцию локальной высоты /(I), определяемую рас­стоянием от текущей точки трассы до ее проекции на отрезок Ь, соединяющий начальную и конечные точки трассы (рис.2); конфигурацию границ сосуда,которую   будем   называть   стенками   х[1]^ = х[2]^ (I),

У1в = ув (0, х2 = х2 (О, у2 = у2(О, 0 < I < Ьч.

Данные признаки являются локальными характе­ристиками, рассчитываемыми непосредственно по изображению сосудистой системы в процессе трас­сировки сосуда, алгоритм которого представлен ни­же. Глобальные характеристики сосуда, формируе­мые на основе локальных и используемые в даль­нейшем в качестве диагностических признаков яв­ляются: угол ветвления, определяемый в узлах; па­раметр   динамики   изменения   ширины сечения:

- г  / г ;

параметр

прямолинейности:

Ьу /Ь ; параметр кривизны: Кг = - ^Кг (1)с11

где Кк (I):

2 2

+ (йу( / йх( )2 ]] . Экспери-

вания данного параметра вследствие сильного влия­ния шумов и отсутствия нормировки. Был разрабо­тан другой подход к оцениванию параметра кривиз­ны, который базируется на анализе колебательного характера трассы сосуда и конфигурации её границы (стенки сосуда).

4. Оценивание параметров извитости и кривизны сосудов

 

В медицинской диагностике используются сле­дующие параметры сосудистой системы: параметры кривизны и извитости трассы (на основе частотных и амплитудных свойств её движения). Определим параметр извитости как характеристику количества изменений направлений за единицу длины сосуда, а параметр кривизны как степень отклонения хода трассы от прямолинейного. Для иллюстрации пред­ложенного подхода на рис.3 приведены образцы элементов трасс и их параметры, оцененные в отно­сительных единицах. Аналогично введем характери­стику четкообразности, используя частотные и ам­плитудные характеристики функции диаметра трас­сы вдоль трассы. Параметр четкообразности объе­диняет в себе параметр извитости и кривизны, но по отношению не к форме трассы, а к форме контура границы сосуда (стенки). Поэтому оценивать ее не­обходимо и по отношению к диаметру сосуда - па­раметр кривизны ("амплитуда"), и по отношению к длине участка ("частота") (рис.3)Диагностика

Рис

2 3 4 5 


Консультации по вопросам диагностики +7 (499) 519-32-51