Способ диагностики ранних стадий диабетической ретинопатии

 

Изобретение относится к медицине и предназначено для диагностики ранних стадий диабетической ретинопатии. По цифровым изображениям глазного дна производят расчет среднего диаметра в пикселях; отклонения от прямолинейности, характеризующего отклонение трассы сосуда от прямолинейного направления и являющегося безразмерной величиной. Четкообразности, определяемой, как неравномерность толщины сосуда на измеряемом участке, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, характеризующей степень отклонения хода стенок сосуда от прямой линии, измеряемой в пикселях. Частоты колебаний толщины, характеризующей количество изменений направлений стенки сосуда за единицу его длины, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы, определяющей степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний трассы, определяющей количество изменений направлений трассы за единицу длины сосуда, измеряемой в обратных пикселях. Если вены 1 порядка имеют средний диаметр > 19,4; отклонение от прямолинейности > 1,09; четкообразность > 9,6; амплитуда колебаний толщины > 3,0; частота колебаний толщины > 0,08; амплитуда колебаний трассы > 24,1; частота колебаний трассы > 0,04. Вены 2 порядка имеют: средний диаметр > 17,2; отклонение от прямолинейности > 1,05; четкообразность > 8,3; амплитуда колебаний толщины > 2,1; частота колебаний толщины > 0,08; амплитуда колебаний трассы > 19,5; частота колебаний трассы > 0,03. Вены 3 порядка имеют: средний диаметр > 13,8; отклонение от прямолинейности > 1,03; четкообразность > 7,6; амплитуда колебаний толщины > 1,95; частота колебаний толщины > 0,08; амплитуда колебаний трассы > 13,6; частота колебаний трассы > 0,016, то диагностируют ранние стадии диабетической ретинопатии. Способ позволяет повысить эффективность диагностики ранних стадий диабетической ретинопатии. 1 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики ранних стадий диабетической ретинопатии.

Одним из наиболее частых и прогностически неблагоприятных проявлений сахарного диабета является диабетическая ретинопатия, на долю которой приходится 36% слепоты и слабовидения среди населения возрастной группы 20-74 года. Используемые на сегодняшний день традиционные методы диагностики и лечения позволяют лишь частично решить проблему лечения этой тяжелой патологии. Проблема поиска новых эффективных диагностических и лечебно-профилактических методов для больных с данной патологией остается актуальной и социально-значимой.

Наиболее эффективным способом ранней доклинической диагностики диабетической ретинопатии в настоящее время является способ, основанный на определении наличия в слезной жидкости больных сахарным диабетом антител к S-антигену сетчатки (Дудникова Л.К., Зайцева Н.С., Смиронова И.Б., Слепова О.С., Зуева М.В.) Критерий диагностики диабетической ретинопатии - Офтальмохирургия. - №2. - 1994. - С. 25-28.

Однако данный способ не получил широкого распространения, не позволяет выявить наличие патологических изменений сосудов глазного дна, характерных для сахарного диабета, и проблема своевременной диагностики диабетической ретинопатии остается нерешенной.

Задачей изобретения является создание цифрового метода диагностики диабетической ретинопатии с целью повышения точности диагностики данной патологии на ранних стадиях.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение точности обследования сосудов глазного дна за счет цифрового, объективного анализа.

Диагностические сосудистые параметры разработаны на основе математической модели фрагмента сосуда (фиг.1), которая определяется следующими функциями: x(t), y(t) - дифференцируемые функции, описывающие линию центров - трасса; r(t) - функция толщины ветви - расстояние от трассы до границы ветви, отсчитываемое по перпендикуляру к трассе; t - расстояние от начала трассы, измеренное по трассе; L_v - длина трассы. Данные характеристики определяют функцию направления трассы в каждой точке ϕ(t); функцию локальной высоты f(t), определяемую расстоянием от текущей точки трассы до ее проекции на отрезок L, и конфигурацию стенок сосуда. Данные признаки являются локальными характеристиками, рассчитываемыми непосредственно по изображению сосудистой системы в процессе трассировки (алгоритм отслеживания движения русла). На основе дальнейшего анализа полученной последовательности локальных параметров, накапливаемых на каждом шаге трассировки сосуда, производится оценка глобальных характеристик, используемых как диагностические:

1. Средний диаметр сосуда на выделенном фрагменте измеряется в пикселях, вычисляется по формуле:

где t_n=nΔ, N - число отсчетов локального радиуса в достоверных точках, r - средний радиус сосуда. Достоверными точками считаются точки, где можно провести оценивание толщины сосуда, т.е. отсутствуют какие-либо разветвления.

2. Отклонение от прямолинейности Р сосуда, характеризует отклонение сосуда от прямолинейного и определяется как отношение длины L_v средней линии сосуда к длине L прямой, соединяющей начальную и конечные точки сосуда, безразмерная величина, определяется по формуле:

В расчете используются все точки трассы.

3. Четкообразность сосуда S характеризует неравномерность толщины сосуда и определяется как отношение среднеквадратичного отклонения радиуса сосуда к его среднему значению, измеряется в процентах, определяется по формуле:

где - средний радиус сосуда, - средний квадрат радиуса

4. Амплитуда колебаний толщины сосуда А₀ характеризует отклонения стенок сосуда от прямой линии, измеряется в пикселях и определяется по формуле:

где - средний радиус сосуда, - средний квадрат радиуса.

5. Частота колебаний толщины сосуда ω₀ характеризует изменение направления стенок сосуда на единицу его длины, измеряется в обратных пикселях и определяется по формуле:

m₁=min(m₀, m'), m₂=m₁+1=max(m₀, m'),

где m' - номер наибольшего из двух значений Фурье спектра, соседних с максимальным отсчетом, arg - аргумент вещественной функции f(x): argf(x)=x, r(t) - функция толщины сосуда, R(m) - модуль спектральной дискретной последовательности локальных радиусов сосуда, N - количество отсчетов исходной последовательности.

6. Амплитуда колебаний трассы А₁ характеризует степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряется в пикселях и определяется по формуле:

,

где - средняя высота сосуда:

где f(t) - функция высоты сосуда, I_l - извилистость трассы.

7. Частота колебаний трассы ω₁ характеризует число изменений направления трассы на единицу длины сосуда, измеряется в обратных пикселях и определяется по формуле:

Указанные диагностические критерии отмечены в диссертации к.т.н. Ильясовой Н.Ю. “Методы и алгоритмы оценивания геометрических параметров диагностических изображений” 1997. - Самара. - С.65-92.

Способ осуществляется методом цифровой обработки изображений глазного дна, полученных с помощью ретинофота и адаптированной к нему цифровой фотокамеры.

Методика проведения обследования

С помощью ретинофота и адаптированной к нему цифровой фотокамеры получается цифровое изображение глазного дна, производится его ввод в компьютерную систему, предварительная обработка и расчет диагностических признаков с помощью специальной компьютерной программы следующим образом: сосуды разбиваются на группы, на увеличенном фрагменте изображения глазного дна с исследуемым сосудом производится трассировка сосуда - отмечаются начальная, конечная и промежуточные (при необходимости) точки измеряемого участка в порядке их прохождения. Степень достоверности трассировки должна приближаться к 100%. В процессе трассировки формируется совокупность локальных характеристик сосуда. На основе дальнейшего анализа полученной последовательности локальных параметров, накапливаемых на каждом шаге трассировки, производится оценка диагностических параметров сосудистой системы: средний диаметр, отклонение от прямолинейности, четкообразность, амплитуда колебаний толщины, частота колебаний толщины, амплитуда колебаний трассы и частота колебаний трассы. При обследовании 60 глаз пациентов с ранними стадиями диабетической ретинопатии выявлено, что артерии 1, 2 и 3 порядков не изменены, а

- вены 1 порядка имеют: средний диаметр > 19,4 пикселей; отклонение от прямолинейности >1,09; четкообразность > 9,6%; амплитуда колебаний толщины > 3,0 пикселей; частота колебаний толщины > 0,08 обратных пикселей; амплитуда колебаний трассы > 24,1 пикселей; частота колебаний трассы > 0,04 обратных пикселей;

- вены 2 порядка имеют: средний диаметр > 17,2 пикселей; отклонение от прямолинейности > 1,05; четкообразность > 8,3%; амплитуда колебаний толщины > 2,1 пикселей; частота колебаний толщины > 0,08 обратных пикселей; амплитуда колебаний трассы > 19,5 пикселей; частота колебаний трассы > 0,03 обратных пикселей;

- вены 3 порядка имеют: средний диаметр > 13,8 пикселей; отклонение от прямолинейности > 1,03; четкообразность > 7,6%; амплитуда колебаний толщины > 1,95 пикселей; частота колебаний толщины > 0,08 обратных пикселей; амплитуда колебаний трассы > 13,6 пикселей; частота колебаний трассы > 0,016 обратных пикселей.

Таким образом, диагностические параметры вен глазного дна позволяют проводить диагностику ранних стадий диабетической ретинопатии.

Клинический пример: Пациент К. Инсулинзависимый сахарный диабет 3 года. Острота зрения на оба глаза 1,0. Офтальмоскопически глазное дно без видимых изменений.

Проведено обследование по предложенной методике: при цифровой обработке сосудов глазного дна выявлено, что:

- вены 1 порядка имеют: средний диаметр 23,5 пикселей; отклонение от прямолинейности 1,2; четкообразность 18%; амплитуда колебаний толщины 5,8 пикселей; частота колебаний толщины 0,1 обратных пикселей; амплитуда колебаний трассы 34 пикселей; частота колебаний трассы 0,047 обратных пикселей;

- вены 2 порядка имеют: средний диаметр 19 пикселей; отклонение от прямолинейности 1,08; четкообразность 10%; амплитуда колебаний толщины 3,1 пикселей; частота колебаний толщины 0,09 обратных пикселей; амплитуда колебаний трассы 21 пиксель; частота колебаний трассы 0,09 обратных пикселей;

- вены 3 порядка имеют: средний диаметр 14 пикселей; отклонение от прямолинейности 1,06; четкообразность 8%; амплитуда колебаний толщины 2,1 пикселей; частота колебаний толщины 0,1 обратных пикселей; амплитуда колебаний трассы 14 пикселей; частота колебаний трассы 0,02 обратных пикселей.

При сравнении полученных данных по цифровой обработке изображений глазного дна пациента с заявленными было установлено наличие у данного пациента ранней стадии диабетической ретинопатии.

Полученные результаты были подтверждены данными флюоресцентной ангиографии, на которой было выявлено удлинение венозной фазы и наличие участков облитерации капилляров.

Таким образом, данный способ позволяет диагностировать ранние стадии диабетической ретинопатии.

Формула изобретения

Способ диагностики ранних стадий диабетической ретинопатии, отличающийся тем, что по цифровым изображениям глазного дна производят расчет среднего диаметра в пикселях; отклонения от прямолинейности, характеризующего отклонение трассы сосуда от прямолинейного направления и являющегося безразмерной величиной; четкообразности, определяемой, как неравномерность толщины сосуда на измеряемом участке, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, характеризующей степень отклонения хода стенок сосуда от прямой линии, измеряемой в пикселях; частоты колебаний толщины, характеризующей количество изменений направлений стенки сосуда за единицу его длины, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы, определяющей степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний трассы, определяющей количество изменений направлений трассы за единицу длины сосуда, измеряемой в обратных пикселях и если: вены 1 порядка имеют средний диаметр > 19,4; отклонение от прямолинейности > 1,09; четкообразность > 9,6; амплитуда колебаний толщины > 3,0; частота колебаний толщины > 0,08; амплитуда колебаний трассы > 24,1; частота колебаний трассы > 0,04; вены 2 порядка имеют средний диаметр > 17,2; отклонение от прямолинейности > 1,05; четкообразность > 8,3; амплитуда колебаний толщины > 2,1; частота колебаний толщины > 0,08; амплитуда колебаний трассы > 19,5; частота колебаний трассы > 0,03; вены 3 порядка имеют средний диаметр > 13,8; отклонение от прямолинейности > 1,03; четкообразность > 7,6; амплитуда колебаний толщины > 1,95; частота колебаний толщины > 0,08; амплитуда колебаний трассы > 13,6; частота колебаний трассы > 0,016, то диагностируют ранние стадии диабетической ретинопатии.

РИСУНКИРисунок 1