УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРНОЙ МОРФОМЕТРИИ ПРИ ПСОРИАЗЕ

Полезная модель относится к медицине, а именно к использованию лучевой терапии при лечении псориаза, нейродермитов, профессиональных дерматозов, микозов, а также к диагностике. В частности к приборам и инструментам для медицинского обследования путем осмотра и фотографирования.
В настоящее время в дерматологии для лечения таких заболеваний как псориаз, витилиго и др. дерматозов широко применяют способ ПУВА - терапии (Псорален + UVA-излучение с длиной волны λ≥320 нм).
Parrish I.A., Fitzpatrick T.B., Shea С., Pathak A., 1976. Photo chemotherapy of vitiligo. Use of Orally Administered Psoralens and High-Intensity Long-Wave Ultraviolet Light System. Arch. Dermatol., 112, №111531-1534.
Epstein J.H., 1977. Photomedicine. In: "The Science of Photobiology" Ed. Smith K.C., A Plenum Rosetta Edition, №4, 175-207.
Псоралены - это группа веществ растительного происхождения, способных сенсибилизировать кожу к длинноволновому УФ-излучению. Результат ПУВА - воздействия на кожу - лечебный эффект при заболеваниях кожи и ПУВА - индуцированная эритема.
Клиническая эффективность проводимой ПУВА-терапии достигает 70-95% при лечении псориаза. Бабаянц Р.С., Владимиров В.В., Куликова Е.П., Паничкина Г.С., 1980. Лечение псориаза методом фотохимиотерапии (ПУВА). Вестник Дерматологии, Венерологии, №10, №1, стр.4-7.
Известно устройство компьютерной морфометрии, содержащее осветитель, видеокамеру (цифровую или аналоговую), IBM PC-совместимый компьютер, морфометрический плоский маркер.
Видиоэндоскопическая компьютерная морфометрия. Программа для ЭВМ рег. №2003610161, Официальный бюллетень ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2003 г. №2.
Наличие плоского маркера приводит к искажениям измерений геометрических размеров.
Известно устройство компьютерной морфометрии, содержащее осветитель, видеокамеру (цифровую или аналоговую), IBM PC-совместимый компьютер, морфометрический сферический маркер.
Патент Российской Федерации №2256395, МПК: А 61 N 1/04, 2005 г. Прототип.
2
Недостатком прототипа, также как и аналога является измерение площади малых размеров около 5-15 мм.
Задачей полезной модели является разработка устройства для автоматического определения площади пораженной псориазом кожи, путем распознавания цвета на изображении.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности определения геометрических размеров площади кожи, пораженной псориазом, динамическое наблюдение результата лечения, формирование истории болезни пациента.
Технический результат достигается тем, что в устройстве компьютерной морфометрии, содержащем осветитель, фотокамеру, IBM PC-совместимый компьютер и морфометрический маркер, осветитель выполнен бестеневым, фотокамера выполнена в виде цифрового фотоаппарата, а маркер выполнен в виде сравнительной модели цвета, устройство снабжено носителем с программным обеспечением морфометрии псориаза. Маркер выполнен в виде набора светофильтров.
Полезная модель поясняется на фигурах 1-15
На фиг.1 схематично представлена структурная схема полезной модели, где:
1 - бестеневой осветитель, в частности, кабина устройства фотохимиотерапии, которая снабжена крышей шатрового типа, на внутренней поверхности крыши расположены отражатели света ультрафиолетового диапазона, на внутренней стороне крыши равномерно расположены ультрафиолетовые излучатели, подставка камеры выполнена в виде отражателя света ультрафиолетового диапазона (патент Российской Федерации на полезную модель №46670, 2005 г); 2 - светофильтр;
3 - цифровой фотоаппарат, в частности, Konica Minolta, 4 - IBM. PC-совместимый компьютер, в частности, процессор Pentium II 333 MHz и выше, операционная среда Windows 95 и старше; 5 - пациент.
Цвета нами пронумерованы из-за требований черно-белого изображения фигур в заявках на изобретения. В реальных условиях все изображения исполнены в цвете.
На фиг.2 схематично представлена цветная структура для оценки цветности пятен на коже пациента, где: 6 - розовый цвет, 7 - темно-розовый цвет, 8 - красный цвет, 9 - коричневый цвет, 10 - фиолетовый цвет, 11 - зеленый цвет, 12 - черный цвет, 13 - серый цвет, 14 - желтый, 15 - темно-зеленый цвет, 16 - синий цвет, 17 - светло-зеленый цвет, 18 - светло-желтый.
На фиг.3 схематично представлено использование принципа бинаризации. Программа создавалась в модели цвета HLS (Hue Lightness Saturation - Цвет Оперативность Насыщенность).
На фиг.4 представлены основные два поля: Левое поле - обрабатываемая фотография. Правое поле - панель инструментов программы. На фиг.5 представлено окно выбора изображения.
На фиг.6 представлено окно выбора изображения. На фиг.7 представлено окно выбора цвета. На фиг.8 представлено окно захвата изображения. На фиг.9 представлено окно расчета площадей.
На фиг.10 представлено окно расчета площадей тестового объекта.
На фиг.11 представлен результат оценки тестового объекта. На фиг.12 представлен фрагмент изображения реального объекта.
На фиг.13 представлен фрагмент захвата изображения реального объекта. На фиг.14 представлен захват полного изображения реального объекта (по пятну на спине). На фиг.15 представлен захват полного изображения реального объекта по руке.
Устройство работает следующим образом.
С помощью цифрового фотоаппарата 3 и какого-либо светофильтра 2 при использовании бестеневого осветителя 1 получаем фотографию пациента 5.
Бестеневой осветитель 1, в частности, кабина устройства фотохимиотерапии, с крышей шатрового типа, на внутренней поверхности которой расположены отражатели света ультрафиолетового диапазона и ультрафиолетовые излучатели. Подставка камеры выполнена в виде отражателя света ультрафиолетового диапазона (патент Российской Федерации на полезную модель №46670, 2005 г); Бестеневой осветитель 1 может быть выполнен и в виде набора сферических отражателей. При ярко выраженных пятнах псориаза можно обходиться и без светофильтра 2.
Фотографию или фрагмент полученного изображения (объекта) выводят на экран IBM PC-совместимого компьютера 4 и проводят измерение площади с использованием бинарного изображения.
++
Программная часть написана в среде программы Borland CBuilder 5.0 и выше.
Программа выполняет ряд функций:
- загружает фотографию больного псориазом,
- на фотографии выделяет красноватые пятна на коже пациента,
- подсчитывает площадь выделенных объектов (площадь пораженной кожи),
- подсчитывает площадь одиночных объектов (для отслеживания изменения конкретного участка кожи).
Фотосъемку, в частности, проводят цифровым фотоаппаратом Konica Minolta при освещении с расстояния 70-100 см от объекта съемки. Использовался алгоритм бинаризации* по матрице дистанций.
Бинаризация* - процесс получения бинарного изображения, в котором расстояние цвета каждого пикселя, может принимать одно из двух значений - объект или фон.
Можно представить черно-белое изображение, в котором все пиксели интересующих нас объектов имеют синий цвет (цвет объекта), а все пиксели - цвет фона. Порог бинаризации (допустимое расстояние) определяется пользователем, путем перемещения ползунка.
Исходные данные: фотографии больного псориазом, где четко видны участки пораженной кожи, набор световых фильтров, световые приборы, УФ
лампы, фотопленки с разной светочувствительностью, цифровой фотоаппарат Konica Minolta, штатив для фотосъемки.
Объект является объемным, на фотографиях отображаются тени, либо затемнения некоторых участков. На коже присутствуют: волосы, родинки, шрамы и т.д. Пятна проявления псориаза имеют разный вид. Два, рядом расположенных, пятна могут иметь разный цвет. Одно является насыщенным красным, а у другого в центре серые фрагменты. А если сравнивать их у разных людей, то можно вообще принять их за естественные покраснения кожи.
Повышение яркости достигается с помощью всевозможных светофильтров 2.
Была создана следующая модель (фиг.2). В модели присутствует несколько оттенков красного цвета (по два объекта) и остальные цвета.
Программа создавалась в модели цвета HLS (Hue Lightness Saturation).
Алгоритм работы программы:
- загрузка изображения,
- установка формата изображения 32 бита на пиксель (для простоты доступа к пикселям),
- заполнение массива указателей на стоки для доступа к пикселям,
- сглаживание изображения низкочастотным матричным фильтром с маской 3×3, состоящей из единиц,
- установка размеров матрицы дистанций равной размерам изображения,
- при нажатии правой кнопки, происходит заполнение матрицы дистанций,
- установка текущего цвета (цвет объекта),
- проводится бинаризация изображения по матрице дистанций (порог бинаризации изменяется ползунком),
- определение площади всех объектов,
- определение площади выбранного (подведен указатель мыши) объекта.
++
Как уже было сказано выше, программа написана в среде Borland СBuilder 6.0.
Программа состоит из двух основных полей.
Левое поле - обрабатываемый рисунок. Правое поле - панель инструментов программы (фиг.4). Для того, чтобы начать работу, необходимо загрузить рисунок (фотографию). Появляется окно выбора изображения (фиг.5). Выбираем желаемое изображение (изображение должно быть в форматах BMP или JPEG) и нажимаем «Открыть». Как видно из фиг.6, в правой рабочей части появляется выбранное нами изображение. Для того, чтобы начать обработку, надо задать текущий цвет.
Это тот цвет, который программа будет выделять. Для этого надо подвести мышку к нужному участку изображения и щелкнуть по правой кнопке. В левой (инструментальной) части программы появится квадратик того цвета, который был выбран (фиг.7).
Далее ползунком «Уровень захвата» регулируем необходимый захват изображения до тех пор, пока все нужные объекты не станут синими (фиг.8). Для расчета площади, надо нажать на кнопку «Расчет площадей». В правом нижнем окне «Площадь всех объектов» должна появиться расчетная площадь всех синих элементов (фиг.9). Единица измерения площади - пиксель. Для подсчета площади одного из выделенных объектов, достаточно просто подвести к нему мышь и его площадь появиться в окне «Площадь выбранного объекта».
Для выхода из программы, надо нажать «крестик» в правом верхнем углу.
Пример 1. Оценим работу программы на созданной ранее модели. Загрузим нашу модель (фиг.10). попробуем выделить и подсчитать площадь розового цвета.
В розовый цвет покрашены 3 объекта: (смотри фиг.2) большой квадрат в правом верхнем углу и два маленьких прямоугольника под ним.
Подбираем ползунком на экране IBM PC-совместимого компьютера 4 необходимый уровень захвата. Выделяем все объекты. Производим расчет всех площадей, а так же, большого квадрата. Площадь всех объектов равна 19098 пикселей, площадь квадрата равна 18095 пикселей (фиг.11).
С тестовой моделью программа работает абсолютно корректно.
Пример 2. Теперь применим программу к реальным условиям. С помощью цифрового фотоаппарата 3 при использовании бестеневого осветителя 1 получаем фотографию пациента (объекта) 5. Возьмем фрагмент фотоснимка. Формат фотографии jpeg 768×576, размер 372 Кб. На фото присутствуют посторонние объекты: волосы (фиг.12).
Как видно из примера (фиг.13), программа способна определить все объекты и выделить их. Не случайно для первого примера «реальных условий», был взят небольшой фрагмент фотографии. Этот фрагмент был подобран таким образом, чтобы яркость всех участков была равномерной.
Пример 3. Ниже представлена полная фотография, к нашему фрагменту добавляется «сложный объект» - рука и бок (фиг.14). Формат фотографии тот же: jpeg 768[576, размер 373 Кб.
На фиг.14 захват производится по пятну на спине (светлый фон), как видно руку и бок (темный фон) захватить не удалось.
На фиг.15 захват производится по руке (темный фон), видно, что программа захватила пятна на руке и боку.
Исследования применимости устройства компьютерной морфометрии и распознавательной программы к реальным больным производились. сотрудниками клиники «Псориаз-Центр».
Так как эффект от лечения является «наплывающим», и после каждой процедуры трудно определить результат, то начиная с первой процедуры, и через каждые пять процедур, пациента 5 помещали на заранее подготовленный стенд, где и производили фотосъемку.
Снимали пациента 5 при максимально возможной освещенности, для того, чтобы технически сгладить и убрать эффект стереометрии.
Кроме наблюдения за результатами лечения устройство позволяет повысить точность определения геометрических размеров площади кожи, пораженной псориазом, формировать историю болезни пациента, что при рецидивах позволяет формировать более короткий режим восстановления пациента, регулировать прием лекарств и дозы облучения.