RU2343823C1 - Способ диагностики патологии диска зрительного нерва при сахарном диабете - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно офтальмологии. Получают цифровое изображение глазного дна пациента. На полученном изображении глазного дна выделяют область ДЗН в виде эллипса. Производят сканирование по области ДЗН в назальном и темпоральном секторах, определяя величины яркости синей компоненты по модели RGB и значения компонент цветовой системы Hue-Saturation-Brightness (HSB) по 360 градациям цветового тона, насыщенности и яркости. Производят обработку изображения области ДЗН для получения бинарного изображения и параметров контура, имитирующего край ДЗН. Производят поиск сосудов по краю ДЗН, определяют их направление, рассчитывают толщину сосудов на уровне края ДЗН; рассчитывают суммарный диаметр сосудов и его отношение к диаметру ДЗН. Если среднее квадратичное отклонение (СКО) синей компоненты находится в диапазоне от 16 до 32, размах вариации синей компоненты - от 62 до 123, СКО насыщенности - от 22 до 84, размах вариации насыщенности - от 89 до 146, отношение суммарного диаметра магистральных сосудов к диаметру ДЗН - от 0,8 до 1,3, отношение суммарного диаметра всех вен, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН - от 0,2 до 0,6, отношение суммарного диаметра всех артерий, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН - от 0,35 до 0,7, то диагностируют патологию ДЗН у пациентов с сахарным диабетом. Способ позволяет повысить точность диагностики и выявить патологию диска зрительного нерва (ДЗН) у пациентов с сахарным диабетом (СД) в максимально ранние сроки.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно офтальмологии. В современной офтальмологии лидирующее место занимают болезни, связанные с патологией зрительного нерва.

Патологии зрительного нерва являются причиной слепоты и слабовидения, поэтому изучение этой проблемы в настоящее время является одной из важнейших медико-социальных проблем. Подчас специалисты, которые занимаются изучением глазного дна при сахарном диабете (СД), основное внимание уделяют состоянию сетчатки и второстепенное - патологии зрительного нерва, в то время как изменения диска зрительного нерва (ДЗН) обнаружены у 0.6-24.3% больных СД [Комаров Ф.И., Нестеров А.П., Марголис М.Г., Бровкина А.Ф. Патология органа зрения при общих заболеваниях. - М.: Медицина, 1982. - 284 с.].

Фактически частота патологии ДЗН у пациентов с СД оказывается гораздо выше при использовании целенаправленных методик выявления.

Поздняя диагностика патологии ДЗН связана с тем, что морфологические изменения зрительного нерва предшествуют нарушениям зрительных функций. Поэтому своевременная высокоинформативная диагностика и мониторинг являются актуальной задачей современной офтальмологии.

В настоящее время диагностика заболеваний ДЗН улучшилась благодаря появлению новых методов визуализации (нейросонографии, компьютерной, магнитно-резонансной и другим видам томографии), однако данные виды диагностики доступны не всем медицинским учреждениям.

На помощь приходят сравнительно недорогие персональные компьютеры и специальные компьютерные программы, которые для описания патологии ДЗН используют математические критерии, поскольку оценка состояния ДЗН врачом осуществляется визуально и субъективно.

Классификация и распознавание объектов биомедицинских изображений - одно из приоритетных направлений в развитии цифровой обработки изображений. В частности, актуальной задачей является автоматизация обработки структур глазного дна, а именно ДЗН.

Известен способ диагностики патологии зрительного нерва, включающий подбор изображений глазного дна с установленным диагнозом, формирование эталонов и сравнение изображений глазного дна пациента с эталоном по полученным диаграммам распределения трех основных цветов (Иойлева Е.Э. Компьютеризированная система диагностики патологии зрительного нерва. Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук, стр.64-74).

Способ предназначен для работы с полутоновыми изображениями и использует только яркостную составляющую цветовой модели Red-Green-Blue (RGB), не учитывая при этом такие характеристики исходного изображения, как цветовой тон, насыщенность и яркость, теряя таким образом значительную часть информации об объектах.

RGB - искусственная модель, которая возникла с появлением компьютеров и не соответствует реальности.

Недостатками цветовой модели RGB являются ее аппаратная зависимость и небольшой цветовой охват, то есть с помощью этой модели невозможно получить все цвета из видимого диапазона электромагнитного излучения. Используя только лишь RGB составляющие, невозможно определить сосуды ДЗН.

Задачей изобретения является разработка автоматического способа ранней и точной диагностики патологии ДЗН у пациентов с СД на основании выбора такой цветовой модели, в которой признаки будут наиболее эффективными и информативными для распознавания.

Техническим результатом изобретения является повышение точности диагностики и максимально раннее выявление патологии ДЗН у пациентов с СД за счет объективности и достоверности достаточного количества информативных признаков, что достигается использованием цветовых моделей, позволяющих избежать зависимости от условий съемки и типа ретинальной камеры.

Технический результат достигается тем, что в способе диагностики патологии ДЗН у пациентов с СД согласно изобретению по цифровым изображениям глазного дна производят оценку среднего квадратичного отклонения (СКО) синей компоненты, размаха вариации (разница между максимальным и минимальным значением яркости) синей компоненты, СКО насыщенности, размаха вариации насыщенности по цветовым моделям RGB и HSB; отношения суммарного диаметра крупных (магистральных) сосудов к диаметру ДЗН; отношения суммарного диаметра всех вен, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН; отношения суммарного диаметра всех артерий, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН и по полученным соотношениям признаков диагностируют патологию ДЗН у пациентов с СД.

В предлагаемом способе помимо цветовой модели RGB, определяющей величины яркости по 256 градациям составляющих ее основных цветов (красного, синего и зеленого), используется цветовая модель Hue-Saturation-Brightness (HSB), которая дополнительно позволяет произвести оценку по 360 градациям цветового тона, который является эквивалентом длины волны света, насыщенности - интенсивности волны, яркости - количества света, и осуществить поиск сосудов, пересекающих край ДЗН.

Признаки модели HSB хорошо согласуются с восприятием цвета человеком, инвариантны к цветовым искажениям, и поэтому при использовании этой модели признаки не будут зависеть от способа получения изображения и типа камеры.

Способ цифрового анализа патологии ДЗН и сосудов, пересекающих край ДЗН, у пациентов с СД осуществляется следующим образом. Производят съемку глазного дна пациента с помощью цифровой фундус-камеры. Пациент с предварительным медикаментозным мидриазом сидит, подбородком и лбом опираясь на подголовник. Взгляд пациента фиксируется на мигающую установочную метку, позиция которой контролируется врачом для получения четкого изображения глазного дна. Полученное цифровое изображение глазного дна вводят в компьютерную систему, анализируют изображения глазного дна и рассчитывают диагностические признаки при помощи специально разработанной компьютерной программы следующим образом: на изображении глазного дна в интерактивном режиме выделяют область диска зрительного нерва в виде эллипса. Устанавливают положение назального сектора с разделением исследуемой области на четыре сектора: назальный, темпоральный, верхний и нижний. Производят сканирование по области ДЗН в назальном и темпоральном секторах с определением цветовой статистики по 256 градациям величин яркости составляющих его основных цветов - красного, зеленого и синего - модели RGB и значений компонент цветовой системы HSB по 360 градациям цветового тона, насыщенности и яркости, производят предварительную обработку области ДЗН, необходимую для получения бинарного изображения и получения параметров контура, имитирующего край ДЗН, строят профиль вдоль его края и осуществляют обработку сглаживающим фильтром, далее производят поиск сосудов по краю ДЗН, их направление, рассчитывают толщину сосудов на уровне края ДЗН. Также производят расчет суммарного диаметра сосудов и его отношение к диаметру ДЗН. Результаты обработки наиболее информативных диагностических цветояркостных параметров выводятся на экран в виде таблиц, обрабатываются статистической программой. По результатам анализа и статистической обработки всех признаков были отобраны семь наиболее информативных и достоверных, характеризующих наличие патологии ДЗН у пациентов с СД, и если СКО синей компоненты находится в диапазоне от 16 до 32; размах вариации синей компоненты - от 62 до 123; СКО насыщенности - от 22 до 84; размах вариации насыщенности - от 89 до 146; отношение суммарного диаметра толстых сосудов к диаметру диска зрительного нерва - от 0,8 до 1,3; отношение суммарного диаметра всех вен, пересекающих край ДЗН к диаметру ДЗН, - от 0,2 до 0,6; отношение суммарного диаметра всех артерий, пересекающих край ДЗН к диаметру ДЗН, - от 0,35 до 0,7, то диагностируют патологию ДЗН у пациентов с СД.

Предложенный метод, основанный на использовании информационных технологий, позволяет сформировать диагностические признаки области ДЗН, определить количество сосудов, пересекающих край ДЗН, и с высокой степенью достоверности диагностировать патологию ДЗН при СД.

Для подтверждения диагностической ценности указанного способа проведен анализ цифровых изображений глазного дна 32 пациентов с СД.

Обрабатываемые изображения глазного дна пациентов с СД были разделены по двум нозологическим группам: без признаков патологии ДЗН (16 человек, 32 глаза) и с патологией ДЗН (16 человек, 32 глаза), предварительно подтвержденные другими методами исследования. Подбирали изображения глазного дна с установленным диагнозом, подтвержденным другими методами диагностики (анализ крови на сахар, визометрия, компьютерная периметрия, электрофизиология и др.), обследовали предложенным способом диагностики. В первой группе обследуемых пациентов без признаков патологии ДЗН цифровые значения признаков не соответствовали заявленному диапазону, а во второй группе, с патологией ДЗН у пациентов с СД, числовые значения признаков полностью соответствовали заявленному диапазону.

Пример 1. Пациентка Ф., 56 лет.

Инсулинзависимый сахарный диабет, 7 лет.

Vis OU 0.8; офтальмоскопически глазное дно без признаков патологии.

Пациентке был произведен цифровой анализ области ДЗН предложенным способом диагностики.

Получены следующие результаты - СКО синей компоненты - 19, размах вариации синей компоненты - 64, СКО насыщенности - 24, размах вариации насыщенности - 91, отношение суммарного диаметра крупных сосудов к диаметру диска зрительного нерва - 0,9, отношение суммарного диаметра всех вен, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН - 0,3, отношение суммарного диаметра всех артерий, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН - 0,35. Полученные результаты соответствовали заявленным в диапазоне значениям.

На основании полученных данных была диагностирована патология ДЗН у пациентки с СД.

Для подтверждения диагноза была проведена электроретинография: порог электрической чувствительности - 72 мкА, порог лабильности - 80 Гц, что свидетельствовало о наличии незначительных нарушений функциональной активности внутренних слоев сетчатки и волокон ДЗН у пациентки. На компьютерной периметрии выявлено небольшое количество относительных скотом в назальном и нижнем секторе.

Пример 2. Пациент Л., 64 лет.

Инсулиннезависимый сахарный диабет, 12 лет.

Vis OD 0.7; OS 0.6; офтальмоскопически глазное дно без признаков патологии.

Пациенту был произведен цифровой анализ области ДЗН предложенным способом диагностики.

Получены следующие результаты - СКО синей компоненты - 30, размах вариации синей компоненты - 118, СКО насыщенности - 79, размах вариации насыщенности - 141, отношение суммарного диаметра крупных сосудов к диаметру диска зрительного нерва - 1,3, отношение суммарного диаметра всех вен, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН - 0,5, отношение суммарного диаметра всех артерий, пересекающих край ДЗН, к диаметру ДЗН - 0,65. Полученные результаты соответствовали заявленным в диапазоне значениям.

На основании полученных данных была диагностирована патология ДЗН.

Для подтверждения диагноза была проведена электроретинография: порог электрической чувствительности - 76 мкА, порог лабильности - 87 Гц, что свидетельствовало о наличии незначительных нарушений функциональной активности внутренних слоев сетчатки и волокон ДЗН у пациента. На компьютерной периметрии выявлено небольшое количество относительных скотом в назальном и нижнем секторе.

Claims (1)

1. Способ диагностики патологии диска зрительного нерва, включающий получение цифрового изображения глазного дна пациента, выделение области диска зрительного нерва (ДЗН), разделение исследуемой области на назальный, темпоральный, верхний и нижний сектора, и оценку по секторам синей компоненты по 256 градациям величин яркости модели Red-Green-Blue (RGB), отличающийся тем, что на полученном изображении глазного дна выделяют область ДЗН в виде эллипса, производят сканирование по области ДЗН в назальном и темпоральном секторах, определяя величины яркости синей компоненты по модели RGB и значения компонент цветовой системы Hue-Saturation-Brightness (HSB) по 360 градациям цветового тона, насыщенности и яркости, производят обработку изображения области ДЗН для получения бинарного изображения и параметров контура, имитирующего край ДЗН; производят поиск сосудов по краю ДЗН, определяют их направление, рассчитывают толщину сосудов на уровне края ДЗН; рассчитывают суммарный диаметр сосудов и его отношение к диаметру ДЗН, и если среднее квадратичное отклонение (СКО) синей компоненты находится в диапазоне от 16 до 32, размах вариации синей компоненты - от 62 до 123, СКО насыщенности - от 22 до 84, размах вариации насыщенности - от 89 до 146, отношение суммарного диаметра магистральных сосудов к диаметру ДЗН - от 0,8 до 1,3, отношение суммарного диаметра всех вен, пересекающих край ДЗН к диаметру ДЗН - от 0,2 до 0,6, отношение суммарного диаметра всех артерий, пересекающих край ДЗН к диаметру ДЗН - от 0,35 до 0,7, то диагностируют патологию ДЗН у пациентов с сахарным диабетом.