Анализ аномалий, визуализируемых на глазном дне - задача, актуальность и важность решения которой обусловлены не только научным интересом, но и высокой практической значимостью, поскольку на основе результатов данных исследований делают заключения о причинах патологического процесса, обусловливающего эти аномалии, а также выбирают тот или иной протокол лечения и оценивают его адекватность. Однако не смотря на подробные описания признаков морфологических изменений различных структур глазного дна без автоматизированных методов достаточно точно оценить положительную или отрицательную динамику процесса иногда весьма непросто. Прежде всего, это связано с многообразием и сложностью их оптико-геометрических проявлений. Эта сложность одинаково характерна для анализа изображений, получаемых офтальмоскопически (ОФТ) или флуоресцентно-ангиографически (ФАГ), так и с применением оптической когерентной томографии (ОКТ).

Между тем, возможности компьютерной математики в сочетании с алгоритмическими методами обработки слабоконтрастных изображений позволяют на основе систематизации большого набора информативных признаков выделять значимые для анализа объекты на изображениях глазного дна, а затем с помощью количественных параметров описывать их индивидуальные особенности.

Особенностями описываемой компьютерной системы являются:

- наличие расширенного набора стандартных (площадь, относительная площадь, средняя, относительная, максимальная и минимальная яркость, длина, периметр, углы) и нестандартных (компактность сосудистой сети, извилистость сосудистой сети, компактность очага, дисперсия яркости очага) параметров, позволяющих выявлять даже самые неочевидные изменения в форме, расположении, топологии или интенсивности свечения исследуемых объектов;

- применение специализированных алгоритмов, ориентированных на выделение определенного, конкретного типа объектов (сосудистых сетей, крупных очагов поражений, сконцентрированных в одной области, например, в зоне макулы, или наоборот, мелких очагов, разбросанных по всему полю зрения), образующихся при различной патологии. На рисунках 1-3 демонстрируются результаты работы алгоритмов по автоматизированному выделению информативных участков на ОКТ, ФАГ и ОФТ-изображениях.

Рисунок 1 — Выделение информативного участка на ОКТ-изображении
Рисунок 2 — Выделение информативных участков на ФАГ-изображении
Рисунок 3 — Выделение информативных участков на ОФТ-изображении

В качестве примера практической работы «АРМ офтальмолога» представлен анализ эффективности интравитреальной антиФРЭС (фактор роста эндотелия сосудов) терапии бевацизумабом (Avastin, La Roche) 65-летнего пациента, страдающего сахарным диабетом II типа с выраженными признаками пролиферативной диабетической ретинопатии обоих глаз.

Задача исследования заключалась в количественном сравнении состояний сосудистой сети заднего полюса глаза, включая поверхность зрительного нерва до и после лечения. Выполнена фоторегистрация глазного дна в формате tiff. С помощью полуавтоматической сегментации и морфологической идентификации выделен «скелет» сосудистой сети заднего полюса глаза, автоматически отмечены точки ветвления сосудов. С использованием встроенных в «АРМ офтальмолога» функций произведен расчет следующих параметров: длина сосудистой сети, ее ветвистость, компактность и извилистость. Сравнив данные, полученные до и после лечения, клиницист получает объективную информацию о запустевании новообразованных сосудов.

На рисунках 4 и 5 представлены результаты автоматизированной обработки.

Рисунок 4 — Изображение, полученное до лечения. Количество точек ветвления — 53, общая длина сосудистой сети — 3532 пикселя
Рисунок 5 — Изображение, полученное после лечения. Количество точек ветвления — 19, общая длина сосудистой сети — 2132 пикселя

Как видно, число точек ветвления и длина сосудистой сети после лечения уменьшились. Таким образом, положительные результаты антиФРЭС-терапии подтверждены объективными количественными показателями.

В качестве еще одного примера рассмотрим параметр, количественно характеризующий извилистость сосудистой сети. Известно, что при некоторых патологических состояниях нарастает извилистость хода ретинальных сосудов. В частности, высокое артериальное давление и большая пульсовая амплитуда становятся причиной не только бокового, но и продольного растяжения сосудистой стенки. Для расчета данного показателя в «АРМ офтальмолога» используется следующая методика:

1. Вводится параметр Компактность сосудистой сети l_S. Он определяется отношением общей длины сосудистой сети на участке, выделенном исследователем в качестве зоны интереса, к площади этого участка. По сути, это длина сосудов в единице площади:

2. Затем рассчитывается параметр Ветвистость сосудистой сети - B (от англ. branchy). Представляет собой отношение суммарного количества точек разделения сосудов на ветви к общей длине сосудистой сети:

Ветвистость показывает среднее число разветвлений сосудистой сети на единицу ее длины. В представленном примере ветвистость до лечения имела значение 0,015, а после интравитреальной инъекции бевацизумаба она стала равной 0,009, уменьшившись в 1,7 раза.

3. Заключительный шаг - определение значения параметра Извилистость сосудов Si (от английского sinuosity). Данный параметр показывает в нормализованном виде среднюю длину сосуда между ветвлениями, приходящуюся на единицу площади. Чем больше длина сосуда на выбранном участке площадью S, тем выше извилистость. Вычисляется данный параметр путём деления компактности на ветвистость:

При оценке степени изменения данного показателя берется отношение его значений в разные периоды наблюдения за пациентом. Параметр S сокращается, поскольку в рассматриваемом нами случае его значение должно быть неизменным:

Теперь для рассмотренного выше примера определим, как изменилась извилистость сосудистой сети после проведенной терапии:

На первый взгляд, результат кажется неожиданным, ведь извилистость практически не изменилась, однако, если сравнить рисунки 4 и 5, зрительно представляется, что сосудистая сеть до инъекции гораздо более сложной формы, чем после вмешательства. На самом деле, в первом случае, до лечения, общая длина сосудов и витиеватость (сложность формы) сети определяется не столько их извилистостью, сколько большим количеством достаточно коротких новообразованных сосудов. После их запустевания сократилось количество точек ветвления и уменьшилась суммарная длина сосудистой сети, однако извилистость входящих в нее сосудов не изменилась, так как осталась прежней средняя длина сосуда между ветвлениями, приходящаяся на единицу площади. Таким образом, построение заключения исключительно на визуальном восприятии чревато ошибками, и для повышения его достоверности необходимы объективные параметры.