ophthalmologyОфтальмологияOphthalmology in Russia1816-50952500-0845Ophthalmology10.18008/1816-5095-2018-3-325-329ophthalmology-696Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯCLINICAL & EXPERIMENTAL RESEARCHАвтоматизация морфологического описания границы диска зрительного нерва на цифровых изображениях глазного днаThe Morphological Description Automation of the Optic Nerve Head Boundary in Digital Fundus ImagesТанаеваЕ. Г.TanaevaE. G.

Танаева Елена Геннадьевна аспирант, врач-офтальмолог

Участие автора — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала

пл. Ленина, 3, Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, 424000

ул. Пролетарская, 68а, Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, 424000

Tanaeva Elena G. postgraduate, ophthalmologist

Lenin sq., 3, Yoshkar-Ola, 424000

Proletarskaya str., 68А, Yoshkar-Ola, 424000

ХафизовР. Г.KhafizovR. G.

Хафизов Ринат Гафиятуллович профессор, доктор технических наук 

Участие автора — концепция и дизайн исследования, обработка материала, подготовка иллюстраций

пл. Ленина, 3, Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, 424000

Khafizov Rinat G. MD, professor 

Lenin sq., 3, Yoshkar-Ola, 424000

ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет»; ГБУ РМЭ «Республиканская офтальмологическая больница им. Г.И. Григорьева»РоссияVolga State University of Technology; Republican G.I. Grigoriev Ophthalmologic HospitalRussian FederationФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет»РоссияVolga State University of TechnologyRussian Federation201805102018153325329Copyright © Танаева Е.Г., Хафизов Р.Г., 20182018Танаева Е.Г., Хафизов Р.Г.Tanaeva E.G., Khafizov R.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.ophthalmojournal.com/opht/article/view/696

Цель: разработка метода автоматизации описания диска зрительного нерва, что позволяет дифференцировать диск зрительного нерва с четкими границами, характерными для нормальной картины глазного дна, и диск зрительного нерва с размытыми границами, характерными для различных видов офтальмопатологии. Методы. В основе предложенного метода лежит алгоритм накопления отсчетов яркости по диагонали, который показывает, что изображения диска зрительного нерва с размытыми границами характеризуются более линейным нарастанием (спадом) яркости в области фронтов по сравнению с результатом накопления для диска зрительного нерва с нормальными границами. Для выявления данного признака может быть использована первая производная. Для уменьшения влияния кровеносных сосудов на результаты обработки накопление отсчетов яркости по диагонали проводится в красном цветовом канале, так как в красной цветовой компоненте минимизируется влияние кровеносных сосудов на границы диска зрительного нерва. Результаты. Применение данного метода для изображений диска зрительного нерва с размытыми границами показывает, что результат накопления характеризуется более медленным изменением яркости. По результатам анализа 20 изображений глазного дна получено, что в среднем значение первой производной результата накопления отсчетов яркости по диагонали для изображений диска зрительного нерва с размытыми границами в 2 раза меньше, чем для изображений диска зрительного нерва с четкими границами. Заключение. Предложенный метод позволяет автоматизировать процесс морфологического описания границы диска зрительного нерва по изображениям глазного дна и частично решить задачу дифференциальной диагностики. Так как исчезновение четкости границ диска зрительного нерва и появление их размытости является основным диагностическим критерием при различных видах патологии, данный метод может быть использован при создании медицинских экспертных систем и программного обеспечения по обработке изображений глазного дна.

диск зрительного нервацифровые изображения глазного днапервая производнаяoptic nerve headdigital fundus imagesfirst-order derivativeРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства и образования и науки РФ, проект RFMEFI577170254 «Система интраоперационной навигации с поддержкой технологии дополненной реальности на базе виртуальных 3D-моделей органов, полученных по результатам КТ-диагностики, для малоинвазивных операций».The work is executed at financial support of the Ministry of education and science of Russian Federation, project RFMEFI577170254 “System intraoperative navigation technology to support augmented reality-based virtual 3D models of organs obtained from the results of CT diagnostics, minimally invasive surgeries”.ReferencesКацнельсон Л.А., Лысенко В.С., Балишанская Т.И. Клинический атлас патологии глазного дна. М., 1997. 152 с. [Katsnelson L.A., Lysenko V.S., Balishanskaya T.I. Clinical Atlas of Eye Fundus Pathology. Moscow, 1997. 152 p. (In Russ.)]Кацнельсон Л.А., Лысенко В.С., Балишанская Т.И. Клинический атлас патологии глазного дна. М., 1997. 152 с. [Katsnelson L.A., Lysenko V.S., Balishanskaya T.I. Clinical Atlas of Eye Fundus Pathology. Moscow, 1997. 152 p. (In Russ.)]Хафизов Р.Г., Хафизов Д.Г., Танаева Е.Г. Алгоритм оценки параметров и про слеживания сосудов на изображениях глазного дна. Информационно-управляющие системы. 2017; 1:102–105. [Khafizov R.G., Khafizov D.G., Tanaeva E.G. Algorithm of parameters estimate and of fundus images vessels tracking. Informatsionno upravliaiushchie sistemy. 2017;1:102–105 (In Russ.)]. DOI:10.15217/ issn1684-8853.2017.1.102Хафизов Р.Г., Хафизов Д.Г., Танаева Е.Г. Алгоритм оценки параметров и про слеживания сосудов на изображениях глазного дна. Информационно-управляющие системы. 2017; 1:102–105. [Khafizov R.G., Khafizov D.G., Tanaeva E.G. Algorithm of parameters estimate and of fundus images vessels tracking. Informatsionno upravliaiushchie sistemy. 2017;1:102–105 (In Russ.)]. DOI:10.15217/ issn1684-8853.2017.1.102Косарев С.Н., Бражалович Е.Е. Исследование глазного дна в диагностической практике врача-офтальмолога: учебное пособие для врачей. Пенза, 2011. 63 с. [Kosarev S.N., Brazhalovich E.E. Ocular fundus Investigation in the diagnostic practice of an ophthalmologist (manual for physicians). Penza, 2011. 63 p. (In Russ.)]Косарев С.Н., Бражалович Е.Е. Исследование глазного дна в диагностической практике врача-офтальмолога: учебное пособие для врачей. Пенза, 2011. 63 с. [Kosarev S.N., Brazhalovich E.E. Ocular fundus Investigation in the diagnostic practice of an ophthalmologist (manual for physicians). Penza, 2011. 63 p. (In Russ.)]Лебедев О.И., Калижникова Е.А., Яровский А.Е. Топ-лист ведения пациентов с глаукомой: офтальмоскопия. Национальный журнал Глаукома. 2014;1:35–44. [Lebedev O.I., Kalizhnikova E.A., Yarovskiy A.E. Top-list of management of patients with glaucoma: ophthalmoscopy. Natsional’nyi zhurnal glaucoma. 2014;1:35–44 (In Russ.)]Лебедев О.И., Калижникова Е.А., Яровский А.Е. Топ-лист ведения пациентов с глаукомой: офтальмоскопия. Национальный журнал Глаукома. 2014;1:35–44. [Lebedev O.I., Kalizhnikova E.A., Yarovskiy A.E. Top-list of management of patients with glaucoma: ophthalmoscopy. Natsional’nyi zhurnal glaucoma. 2014;1:35–44 (In Russ.)]Theleophthalmology. (Eds) K. Yogesan, S. Kumar, L. Goldschmidt, J. Cuadros. Springer, 2006. 306 p.Theleophthalmology. (Eds) K. Yogesan, S. Kumar, L. Goldschmidt, J. Cuadros. Springer, 2006. 306 p.Родин А.С., Акопян В.С., Семенова Н.С., Крылов А.С. Автоматизированный дистанционный скрининг заболеваний глазного дна. Офтальмология. 2013;10(1):4–7. [Rodin A.S., Akopyan V.S., Semenova N.S., Krylov A.S. Automated screening for retinopathy. Ophthalmology. 2013;10(1):4–7 (In Russ.)]. DOI: 10.18008/1816-5095-2013-1-4-7Родин А.С., Акопян В.С., Семенова Н.С., Крылов А.С. Автоматизированный дистанционный скрининг заболеваний глазного дна. Офтальмология. 2013;10(1):4–7. [Rodin A.S., Akopyan V.S., Semenova N.S., Krylov A.S. Automated screening for retinopathy. Ophthalmology. 2013;10(1):4–7 (In Russ.)]. DOI: 10.18008/1816-5095-2013-1-4-7Куроедов А.В. Офтальмоскопическая характеристика изменений диска зрительного нерва и слоя нервных волокон при глаукоме (пособие для врачей). Москва: Столичный бизнес; 2011, 48 с. [Kuroedov A.V. Ophthalmoscopic characteristics of the changes in the optic nerve and retinal nerve fiber layer in patients with glaucoma (manual for physicians). Moscow: Capital Business; 2011; 48 p. (In Russ.)]Куроедов А.В. Офтальмоскопическая характеристика изменений диска зрительного нерва и слоя нервных волокон при глаукоме (пособие для врачей). Москва: Столичный бизнес; 2011, 48 с. [Kuroedov A.V. Ophthalmoscopic characteristics of the changes in the optic nerve and retinal nerve fiber layer in patients with glaucoma (manual for physicians). Moscow: Capital Business; 2011; 48 p. (In Russ.)]Lowell J., Hunter A., Steel D., Basu A., Ryder R., Fletcher E., Kennedy L. Optic nerve head segmentation. IEEE Trans Medical Imaging. 2004;23(2):256–264. DOI: 10.1109/TMI.2003.823261Lowell J., Hunter A., Steel D., Basu A., Ryder R., Fletcher E., Kennedy L. Optic nerve head segmentation. IEEE Trans Medical Imaging. 2004;23(2):256–264. DOI: 10.1109/TMI.2003.823261Li H.Q., Chutatape O. Automated feature extraction in color retinal images by a model based approach. IEEE Trans Biomed Eng. 2004;51(2):246–254. DOI: 10.1109/TBME.2003.820400Li H.Q., Chutatape O. Automated feature extraction in color retinal images by a model based approach. IEEE Trans Biomed Eng. 2004;51(2):246–254. DOI: 10.1109/TBME.2003.820400Rangayyan M., Zhu X., Ayres F.J., Ells A.L. Detection of the Optic Nerve Head in Fundus Images of the Retina with Gabor Filters and Phase Portrait Analysis Rangaraj. Journal of Digital Imaging, 2010;23(4):438–453.Rangayyan M., Zhu X., Ayres F.J., Ells A.L. Detection of the Optic Nerve Head in Fundus Images of the Retina with Gabor Filters and Phase Portrait Analysis Rangaraj. Journal of Digital Imaging, 2010;23(4):438–453.Sinthanayothin C., Boyce J.F., Cook H.L., Williamson, T.H. Automated localisation of the optic disc, fovea, and retinal blood vessels from digital colour fundus images. Br J Ophthalmol. 1999;83:902–910.Sinthanayothin C., Boyce J.F., Cook H.L., Williamson, T.H. Automated localisation of the optic disc, fovea, and retinal blood vessels from digital colour fundus images. Br J Ophthalmol. 1999;83:902–910.Yu H., Barriga E.S., Agurto C., Echegaray S., Pattichis M.S., Bauman W., Soliz P. Fast localization and segmentation of optic disk in retinal images using directional matched filtering and level sets. IEEE Trans Inf Technol Biomed. 2012;16(4):644– 657. DOI: 10.1109/TITB.2012.2198668Yu H., Barriga E.S., Agurto C., Echegaray S., Pattichis M.S., Bauman W., Soliz P. Fast localization and segmentation of optic disk in retinal images using directional matched filtering and level sets. IEEE Trans Inf Technol Biomed. 2012;16(4):644– 657. DOI: 10.1109/TITB.2012.2198668Aquino M.E. Gegundez-Arias. D. Marin. Detecting the optic disc boundary in digital fundus images using morphological edge detection and feature extraction techniques. IEEE Trans Med Imag. 2010;29(11):1860–1869. DOI: 10.1109/ TMI.2010.2053042Aquino M.E. Gegundez-Arias. D. Marin. Detecting the optic disc boundary in digital fundus images using morphological edge detection and feature extraction techniques. IEEE Trans Med Imag. 2010;29(11):1860–1869. DOI: 10.1109/ TMI.2010.2053042Hoover A., Goldbaum M. Locating the optic nerve in a retinal image using the fuzzy convergence of the blood vessels. IEEE Trans Med Imag. 2003;22(8):951–958. DOI: 10.1109/TMI.2003.815900Hoover A., Goldbaum M. Locating the optic nerve in a retinal image using the fuzzy convergence of the blood vessels. IEEE Trans Med Imag. 2003;22(8):951–958. DOI: 10.1109/TMI.2003.815900Фурман Я.А., Кравецкий А.В., Передреев А.К., Роженцов А.А., Хафизов Р.Г., Егошина И.Л., Леухин А.Н. Введение в контурный анализ: приложение к обработке изображений и сигналов. М.: Физматлит, 2003. 592 с. [Furman Ya.A., Kravetskii A.V., Peredreev A.K., Rozhentsov A.A., Khafizov R.G., Egoshina I.L., Leukhin A.N. Introduction to the contour analysis: application to image and signal processing. Moscow: Fizmatlit, 2003. 592 p. (In Russ.)]Фурман Я.А., Кравецкий А.В., Передреев А.К., Роженцов А.А., Хафизов Р.Г., Егошина И.Л., Леухин А.Н. Введение в контурный анализ: приложение к обработке изображений и сигналов. М.: Физматлит, 2003. 592 с. [Furman Ya.A., Kravetskii A.V., Peredreev A.K., Rozhentsov A.A., Khafizov R.G., Egoshina I.L., Leukhin A.N. Introduction to the contour analysis: application to image and signal processing. Moscow: Fizmatlit, 2003. 592 p. (In Russ.)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.