СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАДИИ РЕТИНОПАТИИ НЕДОНОШЕННЫХ
METHOD FOR DETERMINING STAGE OF RETINOPATHY OF PREMATURE INFANTS

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для определения стадии ретинопатии недоношенных (РН).
На данный момент в диагностике ретинопатии недоношенных широко используется телемедицинская ретинальная камера (RetCam). Это компьютеризированная широкоугольная система, позволяющая получать изображение сетчатки с использованием различных линз, в том числе 130-градусных. Все получаемые изображения могут мгновенно сохраняться на информационном носителе (Salcone Е.М. et al. Review of the use of digital imaging in retinopathy of prematurity screening. Seminars in ophthalmology. Taylor & Francis, 2010. T. 25. №5-6. C. 214-217). При оценке эффективности отображения сетчатки при скрининге РН, RetCam показала 100% чувствительности 97,9%-99,5% специфичность (Dai S. et al. Efficacy of widefield digital retinal imaging for retinopathy of prematurity screening // Clinical & experimental ophthalmology. - 2011. - T. 39. - №. 1. - C. 23-29; Silva R. A. et al. Stanford University network for diagnosis of retinopathy of prematurity (SUNDROP): 36-month experience with telemedicine screening // Ophthalmic Surgery, Lasers and Imaging Retina. - 2011. - T. 42. - №. 1. - C. 12-19 {прототип)).
Исследования показали, что телемедицинская диагностика позволяет обнаруживать РН на 1-2 недели раньше, чем непрямая офтальмоскопия. Ранее выявление заболевания приводит к более раннему лечению тяжелой РН и улучшению отдаленных результатов (QuinnG. Е., FielderA. R. (ed.). Retinopathy of prematurity. - Saunders, 2013).
Однако существует проблема субъективности оценки изображений, полученных с помощью RetCam врачом-офтальмологом.
Решаемой нами задачей являлось разработка метода, исключающего риск субъективности при определении стадии ретинопатии недоношенных.
Достигаемым техническим результатом является повышение точности определения стадии ретинопатии недоношенных по данным анализа изображений, полученных с помощью телемедицинской ретинальной камеры.
Данный результат обусловлен использованием при анализе изображений смоделированного широкопольного изображения сетчатки и определением фрактальной размерности сосудов сетчатки методом box-counting.
Фрактальный анализ сетчатки - математический метод, позволяющий оценить степень сложности геометрии сосудистых сетей. Получены многочисленные свидетельства, что разветвленная сосудистая сеть нормальной сетчатки статистически самоподобна и проявляет свойства фрактала, а фрактальный анализ можно применять для автоматизированной диагностики сосудистых заболеваний сетчатки (Avakian A. et al. Fractal analysis of region based vascular change in the normal and non-proliferative diabetic retina. Curr Eye Res 2002; 24 (4): 274-280.).
Фрактальная размерность кровеносных сосудов в обычной человеческой сетчатке составляет около 1,7 (Masters B.R. Fractal analysis of the vascular tree in the human retina. Annu Rev Biomed Eng. 2004; 6: 427-452.). Существуют попытки применения фрактального анализа в диагностике ретинопатии недоношенных, однако, они ограничиваются результатами только для задней агрессивной ретинопатии недоношенных. Было доказано, что кровеносные сосуды в сетчатке при задней агрессивной ретинопатии более сложны, имеют неправильную форму и более высокую степень аберрации сосудов, чем сосуды с «типичной» ретинопатией недоношенных  N.Т. et al. Retinopathy of prematurity: fractal analysis of images in different stages of the disease // Advances in Intelligent Control Systems and Computer Science. - Springer Berlin Heidelberg, 2013. - C. 91-101.) Однако в исследовании отсутствует этап формирования широкопольного изображения, а значит, оценивается фрактальная размерность только ограниченного участка (заднего поля) сетчатки недоношенного и полученные данные являются неверными. Необходимость моделирования широкопольного изображения подтверждает исследование фрактальной организации сосудов сетчатки без патологии (Masters В. R. Fractal analysis of the vascular tree in the human retina // Annu. Rev. Biomed. Eng. - 2004. - T. 6. - C. 427-452.) Этим объясняется и то, что авторы определили изменение сложности сети только при задней агрессивной ретинопатии недоношенных, так как при «типичных» формах сосуды заднего поля сетчатки могут быть не изменены.
Разработанный нами способ определения стадии ретинопатии недоношенных заключается в следующем.
Из 9 снимков (центральная зона, верхняя зона, верхне-назальная зона, верхне-височная зона, нижняя зона, нижне-назальная зона, нижне-височная зона, височная зона, назальная зона) сетчатки одного глаза одного пациента моделируется широкопольное изображение. При этом именно при моделировании широкопольного изображения из всех указанных зон возможен анализ всей сосудистой сети.
Выделяется сосудистая сеть, и из широкопольного изображения удаляется часть изображения, не содержащая изображение сосудов.
Далее определяется фрактальная размерность контура сосудистой сети с помощью фрактального анализа методом box-counting.
Разработанное изобретение поясняется рядом иллюстраций:
1. Выбираются снимки (фиг. 1) для моделирования широкопольного изображения (центральная зона, верхняя зона, верхне-назальная зона, верхне-височная зона, нижняя зона, нижне-назальная зона, нижне-височная зона, височная зона, назальная зона) (Фиг. 1-1)
2. Моделируется широкопольное изображение (Фиг. 1-2)
3. Выделяется сосудистая сеть (Фиг. 1-3)
4. Изображение сосудистой сети выделяется на отдельное изображение (Фиг. 1-4)
5. Проводится фрактальный анализ полученного широкопольного изображения с сосудистой сетью методом box-counting. Данный метод отражает сложность контура изображения сосудистой сети. Именно анализ контура изображения сосудистой сети является диагностически значимым для определения стадии РН.
6. На основании полученного значения фрактальной размерности (градации, соответствующие известным стадиям РН, выделены нами) устанавливается стадия ретинопатии недоношенных:
1,2-1,3 - 1 стадия
1,31-1,4 - 2 стадия
1,41-1,5 - 3 стадия
1,51-1,7 - задняя агрессивная ретинопатия недоношенных (ЗАРН)
Стоит отметить, что согласно нашим данным, анализа результатов обследований, в различных меридианах поверхности сетчатки могут образовываться патологические изменения, характерные для нескольких стадий одновременно, фрактальная размерность отражает преобладающую стадию. При этом сосудистые изменения при ретинопатии недоношенных предшествуют морфологическим изменениям сетчатки. Если по результатам фрактального анализа стадия выше, чем стадия по результатам офтальмоскопии, то это указывает на прогрессирование ретинопатии недоношенных.
Клинический пример №1.
Пациент К., гестационный возраст 29 недель, постконцептуальный возраст 39 неделя, масса тела при рождении 1650 г.
Клинический диагноз: II-III стадия ретинопатии недоношенных (по данным офтальмоскопии).
Фрактальная размерность сосудистой сети 1.4293, что указывает на наличие 3 стадии РН (согласно разработанному нами способу), фиг 2.
1 - выбор снимков из видеоряда (Фиг. 2-1)
2 - моделирование широкопольного изображения (Фиг. 2-2)
3 - выделение сосудистой сети (Фиг. 2-3)
4 - фрактальный анализ (Фиг. 2-4)
Клинический пример №2.
Пациент М. гестационный возраст 28 неделя, постконцептуальный возраст 34 неделя, масса тела при рождении 1500 г.
Клинический диагноз: III стадия ретинопатии недоношенных.
Фрактальная размерность сосудистой сети 1.493, что соответствует III стадии РН (фиг. 3).
Наличие «плюс»-болезни не влияет на показатель фрактальной размерности.
1 - выбор снимков из видеоряда (Фиг. 3-1)
2 - моделирование широкопольного изображения (Фиг. 3-2)
3 - выделение сосудистой сети (Фиг. 3-3)
4 - фрактальный анализ (Фиг. 3-4)
Клинический пример №3
Пациент В., гестационный возраст 27 недель, масса тела при рождении 950 г. Постконцептуальный возраст 33 недели.
Клинический диагноз: I-II стадия ретинопатии недоношенных.
Фрактальная размерности сосудистой сети 1.3172, что соответствует 2 стадии РН (фиг. 4).
1 - выбор снимков из видеоряда (Фиг. 4-1). У пациентов на I стадии или с незрелостью сетчатки возможен выбор меньшего числа кадров, так как площадь васкуляризации мала.
2 - моделирование широкопольного изображения (Фиг. 4-2)
3 - выделение сосудистой сети (Фиг. 4-3)
4 - фрактальный анализ (Фиг. 4-4)
Клинический пример №4
Пациент В., гестационный возраст 28 недель, масса тела при рождении 1250 г. Постконцептуальный возраст 34 недели.
Клинический диагноз: I стадия ретинопатии недоношенных.
Фрактальная размерности сосудистой сети 1.2863, что соответствует 1 стадии РН.
Клинический пример №5
Пациент В., гестационный возраст 25 недель, масса тела при рождении 850 г. Постконцептуальный возраст 32 недели.
Клинический диагноз: Задняя агрессивная ретинопатия недоношенных.
Фрактальная размерности сосудистой сети 1.6624, что соответствует ЗАРН.