КОМПЬЮТЕРНАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ПОЗВОНОЧНИКА

КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ СРЕЗОВ СЕТЧАТКИ
ГЛАЗА
Потёмкин С.А.*, научн. рук. Дауров С.К 1
*Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Россия, Саратов, (Тел. 8-937-961-66-23 e-mail: [email protected])
По данным Федерального агентства по здравоохранению и
социальному развитию каждый второй россиянин страдает тем или иным
расстройством зрения. В России ежегодно регистрируется 500 тысяч
инвалидов по зрению.
По результатам эпидемиологического мониторинга "показатели
заболеваемости глаз в России неуклонно возрастают, и в большинстве
регионов превышают среднеевропейские показатели в 1,5-2 раза".
Самая распространенная причина нарушения зрения у людей старше
40 лет – возрастная дегенерация макулы. Из 7,3 миллионов россиян,
находящихся в группе риска, более чем 2,3 миллиона страдают возрастной
дегенерацией макулы.
В основе всех перечисленных заболеваний лежат дегенеративнодистрофические изменения сетчатки и глазного дна, которые визуально
проявляются на снимках оптической когерентной томографии ОКТ в виде
изменения яркостных или структурных изменений.
Анализ морфологических изменений позволяет выделить до 30
различных вариантов [1] аномалий структур глазного дна (см: таблица 1).
1. нормальный профиль;
2. конкав-деформация всех
структур глазного дна;
10.ретинальные складки
вследствие тракции;
22. друзы;
3. конвекс-деформация
сетчатки по всей ее
толщине;
28. выраженный
макулярный кистовидный
отек;
Таблица 1. Аномалии структур глазного дна
Поэтому разработка компьютерных программ анализа состояния
сетчатки и диагностики является востребованной и актуальной задачей.
Научная новизна работы заключается в разработке целого ряда
оригинальных алгоритмов поиска, выделения структурных изменений и
вычисления количественных параметров на базе методов цифровой
обработки изображений и теории распознавания образов.
Предлагаемая работа направлена на разработку программы
компьютерной диагностики состояния сетчатки и глазного дна по
результатам обработки цифровых изображений, полученных в результате
оптической когерентной томографии.
Так как все морфологические изменения структур глазного дна
достаточно хорошо отображаются визуально на томограммах(рис.1), то
задача компьютерного анализа представляется достаточно реальной.
Норма
Начальная эпиретинальная мембрана,
небольшие складки мембраны и сетчатки
OS плотная эпиретинальная мембрана,
выраженные складки поверхностных
слоев сетчатки под ней
Рис. 1 Примеры срезов для определения центральной ямки и складчатости
мембраны.
OS - складки сетчатки, деформация и
сглаженность центральной ямки
Учитывая, что количество структур глазного дна достаточно велико,
необходимо провести некоторую классификацию, которая позволила бы
представить исходное множество в виде групп, объединяющих
родственные аномалии. Для каждой группы предполагается разработать
свой набор программных процедур, позволяющих идентифицировать
отдельные структуры.
В первую группу включаем все структуры, связанные со
складчатостью, степенью огрубления и увеличением толщины сетчатки,
положением и формой центральной ямки, наличием тракций сетчатки и
отеков.
Начнем с определения положения центральной ямки и ее
геометрических параметров:
1) Формирование линии отсчета (для этого путем бинаризации с
соответствующим порогом выделяется светлая полоса на срезе, которая
после усреднения используется в качестве линии отсчета);
2) Определение координат верхней границы среза (см: графики рис.2)
относительно линии отсчета, в результате чего получаем графики
высот;
а) H = 26
б) H = 24
в) H = 16
Рис. 2 Определение положения центральной ямки.
3) Определение параметров центральной ямки (положение L, ширина W и
высота H). Положение ямки определяется положением минимума
функции, что касается ширины, то пока будем использовать рабочий
вариант
W = (L+100) – (L-100) = 200 пикселей. Высота ямки определяется
из рис. 2а.
4) Оценка симметричности центральной ямки. Построим параболу с
параметрами, соответствующими параметрам центральной ямки и
сравним ее с графиком профиля ямки. Сравнение осуществляем путем
вычисления абсолютной разности между левыми и правыми частями
параболы и профиля. Можно также оценить направление деформации
ямки.
Следующая задача: оценка степени складчатости мембраны
сетчатки, которая является первым признаком начинающегося
заболевания.
Итак, на первом этапе определены параметры центральной ямки,
что позволяет установить зоны, в которых следует определять степень
складчатости (рис. 4).
а)
б)
в)
Рис. 4 Определение складчатости мембраны.
Определение степени складчатости мембраны предполагается
выполнять в следующем порядке:
1) Выполнить бинаризацию среза;
2) Сформировать контур и выделить его верхнюю часть;
3) Описать контур с использованием цепного кода Фримена, который для
описания
контура
используются
8
элементарных
векторов,
соответствующих 8-ми направлениям.
Для определения складчатости можно использовать несколько
методов:
а) определить соседнюю абсолютную разность между элементами
последовательности цепного кода и просуммировать их;
б) анализируя свойства цепного кода было обнаружено, что
обрабатывая определенным образом элементы последовательности между
двумя точками можно с некоторой погрешностью определить угловое
положение отрезка соединяющего эти точки относительно вертикали.
В целом, процедура определения угла наклона складывается из 2-х
шагов: выбирается длина N анализируемого отрезка цепного кода и
определяются угол наклона. В результате мы получим последовательность
углов наклона N-размерных отрезков, из которых состоит контур.
Если теперь для этой последовательности определить соседнюю
разность элементов и просуммировать ее, то можно судить насколько
часто отрезки в контуре меняют свое направление, следовательно, можно
оценить степень складчатости контура.
Эффективность предложенных методов можно оценить в результате
экспериментов.
Библиографический список
1. Ламброзо Б., Рисполи М. ОКТ сетчатки. Метод анализа и интерпретации/ Под ред.
В.В. Нероева, О.В. Зайцевой. – М.: Апрель, 2012. – стр.83
Сведения об авторах
Потёмкин Сергей Александрович – студент, дата рождения: 16.04.1994г.
Дауров Станислав Константинович – к.т.н., доцент, дата рождения:
10.12.1945г.
Вид доклада: устный (/ стендовый)