Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску
Запропоновано концепцію телемедичної системи експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного тиску, заснованої на аналізі параметрів інтерференційних картин, які спостерігаються на рогівці живого ока в поляризованому світлі. Надано результати розроблення методу визначення параметрів інтерференційних карти...
Saved in:
| Published in: | Кибернетика и вычислительная техника |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131939 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску / І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г. Фірсов // Кибернетика и вычисл. техника. — 2018. — № 1 (191). — С. 76-94. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131939 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Каплін, І.В. Кочина, М.Л. Фірсов, А.Г. 2018-04-06T20:35:38Z 2018-04-06T20:35:38Z 2018 Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску / І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г. Фірсов // Кибернетика и вычисл. техника. — 2018. — № 1 (191). — С. 76-94. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0454-9910 617.7-073.178:004 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131939 DOI: doi.org/10.15407/kvt191.01.076 Запропоновано концепцію телемедичної системи експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного тиску, заснованої на аналізі параметрів інтерференційних картин, які спостерігаються на рогівці живого ока в поляризованому світлі. Надано результати розроблення методу визначення параметрів інтерференційних картин в автоматизованому режимі з використанням розробленого програмного забезпечення, двохрежимного (лінійного та кільцевого) покажчика точок ізохром. Периметр ізохроми автоматично визначають шляхом підрахунку кількості пікселів на її замкнутому контурі, площу — шляхом підрахунку кількості пікселів, які заповнюють її внутрішню область. Предложена концепция телемедицинской системы экспресс-оценки уровня внутриглазного давления, основанной на анализе параметров интерференционных картин, наблюдаемых на роговице живого глаза в поляризованном свете. Представлены результаты разработки метода определения параметров интерференционных картин в автоматизированном режиме с использованием разработанного программного обеспечения, двухрежимного (линейного и кольцевого) указателей точек изохром. Периметр изохромы автоматически определяется путем подсчета количества пикселей на ее замкнутом контуре, площадь — путем подсчета количества пикселей, заполняющих ее внутреннюю область. The purpose of the article is to develop the telemedicine system’s conception for express estimation of intraocular pressure level with the use of interference pictures that are observed on glaucoma patients’ cornea in polarized light. Results. The method for determining the interference parameters is performed in several stages in accordance with the developed algorithm. First, after receiving a color picture of interference pattern, its brightness is normalized and converted to monochrome. At the second stage, the cornea borders are fixed by means of two mode indicators, after which the contour is automatically applied to the image. At the third stage, the isochromatic contour is labeled using an adjustable ring pointer, which allows defining the isochrome width middle and standardizing the studies. After marking out the contour of the isochrome using splines, the isochrome itself is modeled. At the fourth stage, there is an automated calculation of the pixels forming the isochrome and filling the inner part. uk Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України Кибернетика и вычислительная техника Медицинская и биологическая кибернетика Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску Концепция телемедицинской системы для экспресс-оценки уровня внутриглазного давления The Conception of Telemedicine System for Express Estimation of Intraocular Pressure’s Level Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску |
| spellingShingle |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску Каплін, І.В. Кочина, М.Л. Фірсов, А.Г. Медицинская и биологическая кибернетика |
| title_short |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску |
| title_full |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску |
| title_fullStr |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску |
| title_full_unstemmed |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску |
| title_sort |
концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску |
| author |
Каплін, І.В. Кочина, М.Л. Фірсов, А.Г. |
| author_facet |
Каплін, І.В. Кочина, М.Л. Фірсов, А.Г. |
| topic |
Медицинская и биологическая кибернетика |
| topic_facet |
Медицинская и биологическая кибернетика |
| publishDate |
2018 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Кибернетика и вычислительная техника |
| publisher |
Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Концепция телемедицинской системы для экспресс-оценки уровня внутриглазного давления The Conception of Telemedicine System for Express Estimation of Intraocular Pressure’s Level |
| description |
Запропоновано концепцію телемедичної системи експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного тиску, заснованої на аналізі параметрів інтерференційних картин, які спостерігаються на рогівці живого ока в поляризованому світлі. Надано результати розроблення методу визначення параметрів інтерференційних картин в автоматизованому режимі з використанням розробленого програмного забезпечення, двохрежимного (лінійного та кільцевого) покажчика точок ізохром. Периметр ізохроми автоматично визначають шляхом підрахунку кількості пікселів на її замкнутому контурі, площу — шляхом підрахунку кількості пікселів, які заповнюють її внутрішню область.
Предложена концепция телемедицинской системы экспресс-оценки уровня внутриглазного давления, основанной на анализе параметров интерференционных картин, наблюдаемых на роговице живого глаза в поляризованном свете. Представлены результаты разработки метода определения параметров интерференционных картин в автоматизированном режиме с использованием разработанного программного обеспечения, двухрежимного (линейного и кольцевого) указателей точек изохром. Периметр изохромы автоматически определяется путем подсчета количества пикселей на ее замкнутом контуре, площадь — путем подсчета количества пикселей, заполняющих ее внутреннюю область.
The purpose of the article is to develop the telemedicine system’s conception for express estimation of intraocular pressure level with the use of interference pictures that are observed on glaucoma patients’ cornea in polarized light. Results. The method for determining the interference parameters is performed in several stages in accordance with the developed algorithm. First, after receiving a color picture of interference pattern, its brightness is normalized and converted to monochrome. At the second stage, the cornea borders are fixed by means of two mode indicators, after which the contour is automatically applied to the image. At the third stage, the isochromatic contour is labeled using an adjustable ring pointer, which allows defining the isochrome width middle and standardizing the studies. After marking out the contour of the isochrome using splines, the isochrome itself is modeled. At the fourth stage, there is an automated calculation of the pixels forming the isochrome and filling the inner part.
|
| issn |
0454-9910 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131939 |
| citation_txt |
Концепцiя телемедичної системи для експрес-оцiнювання рiвня внутрiшньоочного тиску / І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г. Фірсов // Кибернетика и вычисл. техника. — 2018. — № 1 (191). — С. 76-94. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT kaplínív koncepciâtelemedičnoísistemidlâekspresocinûvannârivnâvnutrišnʹoočnogotisku AT kočinaml koncepciâtelemedičnoísistemidlâekspresocinûvannârivnâvnutrišnʹoočnogotisku AT fírsovag koncepciâtelemedičnoísistemidlâekspresocinûvannârivnâvnutrišnʹoočnogotisku AT kaplínív koncepciâtelemedicinskoisistemydlâékspressocenkiurovnâvnutriglaznogodavleniâ AT kočinaml koncepciâtelemedicinskoisistemydlâékspressocenkiurovnâvnutriglaznogodavleniâ AT fírsovag koncepciâtelemedicinskoisistemydlâékspressocenkiurovnâvnutriglaznogodavleniâ AT kaplínív theconceptionoftelemedicinesystemforexpressestimationofintraocularpressureslevel AT kočinaml theconceptionoftelemedicinesystemforexpressestimationofintraocularpressureslevel AT fírsovag theconceptionoftelemedicinesystemforexpressestimationofintraocularpressureslevel |
| first_indexed |
2025-11-25T21:21:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:21:43Z |
| _version_ |
1850557364039581696 |
| fulltext |
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191)
DOI: https://doi.org/10.15407/kvt191.01.076
УДК 617.7-073.178:004
І.В. КАПЛІН1, лікар-офтальмолог Київського центру терапії
та мікрохірургії ока, аспірант кафедри офтальмології
e-mail: smashdown@mail.ru
М.Л. КОЧИНА2, д-р. біол. наук, проф.,
зав. кафедри медико-біологічних основ спорту та фізичної реабілітації
e-mail: kochinaml@gmail.com
А.Г. ФІРСОВ3, канд. техн. наук, головний конструктор
e-mail: shagrath.hire@gmail.com
1 Харківська медична академія післядипломної освіти,
вул. Амосова, 58, 61000, м. Харків, Україна
2 Чорноморський національний університет ім. Петра Могили,
вул. 68 Десантників, 10, 54000, м. Миколаїв, Україна
3 ТОВ «АСТЕР-АЙТИ», вул. Авіаційна 1, к. 7, 61166, м. Харків, Україна
КОНЦЕПЦIЯ ТЕЛЕМЕДИЧНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ
ЕКСПРЕС-ОЦIНЮВАННЯ РIВНЯ ВНУТРIШНЬООЧНОГО ТИСКУ
Запропоновано концепцію телемедичної системи експрес-оцінювання рівня
внутрішньоочного тиску, заснованої на аналізі параметрів інтерференційних картин,
які спостерігаються на рогівці живого ока в поляризованому світлі. Надано результати
розроблення методу визначення параметрів інтерференційних картин в автоматизова-
ному режимі з використанням розробленого програмного забезпечення, двохрежимного
(лінійного та кільцевого) покажчика точок ізохром. Периметр ізохроми автоматично
визначають шляхом підрахунку кількості пікселів на її замкнутому контурі, площу —
шляхом підрахунку кількості пікселів, які заповнюють її внутрішню область.
Ключові слова: телемедична система, поляризоване світло, інтерференційні картини,
ізохроми, параметризація.
ВСТУП
На сьогодні в світі налічують понад 60-ят мільйонів хворих на глаукому,
десята частина яких повністю втратила зір. Проблема глаукоми займає
одне з ключових місць у сучасній офтальмології. В Україні за період з 1996
по 2007 рр. захворюваність на глаукому перемістилась з четвертого на дру-
ге місце (15–20% від усіх захворювань) серед причин інвалідності доросло-
го населення внаслідок захворювань ока та його придаткового апарату [1].
Високий відсоток несприятливих результатів захворювання зумовлено
КАПЛІН І.В., КОЧИНА М.Л., ФІРСОВ А.Г., 2018
76
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 77
низкою причин, серед яких найбільш значущими є пізня діагностика і не-
коректна оцінка даних гідродинаміки ока, отриманих шляхом вимірювання
внутрішньоочного тиску (ВОТ).
Розроблення нових неінвазивних методів дослідження і діагностики
патології ока, а також удосконалення наявних є актуальним завданням.
Тому великий теоретичний і практичний інтерес мають методи, засновані
на дослідженні тканин ока в поляризованому світлі [1, 5–9, 10]. У разі
освітлення рогівки живого ока поляризованим білим світлом на ній
спостерігається специфічна інтерференційна картина (ІК). ІК є набором
забарвлених смуг (ізохром), розташованих у периферії рогівки.
Смуги утворюють фігуру, схожу з ромбом, кути якого спираються на
горизонтальний і вертикальний меридіани ока. Картину перетинають темні
смуги, що утворюють фігуру рогівкового хреста (ізокліни) [10, 14, 17, 19].
Живе око постійно знаходиться в напружено-деформованому стані
(НДС), оскільки на його оболонку зсередини діє внутрішньоочний тиск
(ВОТ), а зовні — екстраокулярні м'язи (ЕОМ). Дія прямих ЕОМ розтягує
рогівку і стискає склеру, а косих — тільки стискає склеру, оскільки вони
прикріплені за екватором і спрямування їх зусиль таке, що вони не
змінюють внутрішніх напружень в рогівці ока [1, 7, 9, 15].
Використання поляризованого світла дозволяє візуалізувати розподіл
внутрішніх напружень в рогівці живого ока і досліджувати вплив різних
чинників на форму ІК, яка спостерігається. Появу ІК на рогівці зумовлено
ефектом фотопружності, який виникає за умови механічного напруження в
ній [10, 12, 14, 17, 18, 20]. Крім того, сама речовина рогівки також має
властивість оптичної анізотропії, що зумовлено анізотропією рогівкового ко-
лагену, а також взаємним розташуванням його волокон в рогівці [14, 13, 16,
18]. Рогівка має різну товщину в різних точках (найбільш тонка в центрі і по-
товщена на периферії), що також впливає на розподіл напруження в ній.
Таким чином, оптична анізотропія рогівки ока має складну природу,
оскільки пов'язана зі структурою рогівкового колагену і взаємним розта-
шуванням його волокон в тканині рогівки, формою самої рогівки, механіч-
ними зусиллями з боку ВОТ і ЕОМ. Було запропоновано умовно розділити
оптичну анізотропію рогівки на статичну і динамічну [3–5].
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМИ
Детальне вивчення поляризаційно-оптичних властивостей рогівки було про-
ведено багатьма авторами, однак до теперішнього часу результати цих
досліджень не набули широкого поширення в клінічній практиці [2, 7–10, 12,
16, 18]. Дослідження впливу різних рівнів ВОТ на форму і геометричні пара-
метри інтерференційних картин очей [3, 15] дозволили встановити, що у разі
підвищення ВОТ відбувається перерозподіл внутрішніх напружень в рогівці,
що призводить до зміни форми ІК. Цю властивість ІК може бути використано
для оцінювання рівня ВОТ без контакту з оком пацієнта.
Для практичного застосування ІК під час дослідження рівня ВОТ у
хворих на глаукому необхідно було розробити метод параметризації зоб-
ражень цих картин, оскільки було встановлено, що параметри ізохром ко-
релюють зі значеннями ВОТ [3]. Параметризація зображень ІК особливо
актуальна у зв'язку з розробленням телемедичної системи оцінювання
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 78
рівня ВОТ у хворих на глаукому, в якій передбачено самостійне (хворим
або його близькими) отримання зображення ІК рогівки ока за допомоги
смартфона, оснащеного поляроїдною приставкою, і передача цього зобра-
ження з використанням мобільних мереж в центр оброблення і
діагностики. Розроблення такої системи дозволить пацієнтам самостійно
контролювати рівень ВОТ, що особливо актуально для осіб, які прожива-
ють далеко від профільних лікувальних закладів.
Мета роботи — розроблення концепції телемедичної системи експрес-
оцінювання рівня внутрішньоочного тиску з використанням параметрів
інтерференційних картин, які спостерігаються на рогівці ока хворих на
глаукому в поляризованому світлі.
ОБСЯГ I МЕТОДИ ДОСЛIДЖЕННЯ
Для розроблення та апробації методу параметризації використано 50-ят ІК
очей хворих на глаукому з різними рівнями ВОТ і 20-ять ІК здорових людей.
При розробленні методу параметризації ІК проведено аналіз сучасних систем
керування базами даних (СКБД) з метою вибору її оптимальної конфігурації.
Наявні в даний час СКБД розрізняються за способом:
— організації зберігання інформації (реляційні, об'єктно-орієнтовані,
ієрархічні, документ-орієнтовані, сховища типу «Ключ-Значення»);
— доступу до даних (клієнт-серверні, файл-серверні і вбудовані тощо).
Стандартом, де-факто, в сучасних інформаційних системах є реляційні
СКБД, в яких дані зберігаються в табличному вигляді. У нашому випадку,
оскільки обсяг даних не великий і реалізація методу параметризації
передбачається в середовищі операційної системи Microsoft Windows, викори-
стання файл-серверної СКБД Microsoft Access є найкращим. Різнорідне про-
грамне забезпечення (ПЗ) має однорідний загальний доступ до бази даних (що
зберігається у вигляді файлу на фізичному носії) і обробляє дані.
Для розроблення ПЗ вибрано програмну платформу Microsoft
.NETFramework і прикладний програмний інтерфейс Windows Forms для реа-
лізації доступу до стандартних елементів графічного інтерфейсу Microsoft
Windows (вікна, кнопки, меню тощо) в керованому коді середовища виконан-
ня .NET. Використання Windows Forms значно спростило розроблення ПЗ
функціонального користувацького інтерфейсу в стилі Microsoft Windows.
РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРIВ IНТЕРФЕРЕНЦIЙНИХ КАРТИН
Для параметризації ІК (рис 1, а) необхідно на площині знімка рогівки ока
визначити координати точок, які досить точно описують ізохроми і ізоклі-
ни (рис 1, б). Попередні дослідження показали, що для параметризації ізо-
клін досить двох точок, а для ізохром — трьох. Оскільки розмір рогівки
може відрізнятися у різних людей, а також для виключення впливу масш-
табу зображення, тобто для приведення результатів до єдиного масштабу,
додатково необхідно визначати горизонтальний і вертикальний діаметри
рогівки (Dx, Dy), обчислювати їх середні значення і нормувати всі визна-
чені параметри за середнім діаметром.
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 79
а) б)
Рис. 1. Знімок рогівки живого ока в поляризованому світлі (а) і схема інтерферен-
ційної картини (б)
Зображення ІК для розпізнавання досить складне, оскільки містить багато
елементів, які не мають чітких контурів, а також елементів, які не несуть діагно-
стичної інформації, а тільки «зашумовують» зображення. Навіть в разі повної
автоматизації процесу параметризації зображень ІК виключати візуальну
перевірку її якості експертом-людиною не можна. У розробленому нами способі
оброблення ІК проводиться автоматизовано в інтерактивному режимі з викори-
станням розробленого спеціалізованого програмного забезпечення (ПЗ).
Попередні дослідження показали, що потік надходження знімків ІК па-
цієнтів наразі невеликий і нерівномірний у часі, тому запропонований підхід
буде мати достатню швидкість параметризації.
Також, підвищення ВОТ у пацієнта не вимагає надання екстреної допо-
моги, крім випадків гострого нападу глаукоми, який неможливо не помітити
і без вимірювань. Отримання відповіді експерта протягом 20–30 хвилин піс-
ля відправлення знімка дозволяє вжити необхідних заходів у разі виявлення
підвищеного рівня ВОТ.
Як показала практика, час, витрачений на контроль якості, і обсяг
візуального навантаження на експерта збігаються з часом і навантаженням
у разі автоматизованої параметризації ІК з використанням ПЗ.
Алгоритм параметризації ІК надано на рис. 2. Оскільки очі обстежува-
них пацієнтів іноді істотно відрізняються, то вбудований в камеру приладу
процесор не досить якісно встановлює значення експозиції. Це призводило
до того, що на деяких знімках лінії ізохром були тьмяними, а ізокліни сла-
бо помітні через надлишкову загальну яскравість зображень.
Знімки в базі даних (БД) зберігаютья в стислому вигляді, що забезпечує
максимальний динамічний діапазон рівнів яскравості, тому з метою поліп-
шення якості знімків в алгоритм було введено блок нормалізації яскравості.
Оскільки в [6–10, 12] показано, що інформативність знімків ІК підви-
щується за умови монохромної зйомки, то далі зображення перетворюється
з повнокольорового RGB оригіналу в копію, подану у відтінках сірого ко-
льору. Для цього застосовано формулу, яку використовують для подання
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 80
Рис. 2. Алгоритм параметризації інтерференційних картин
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 81
яскравості компоненти (Y`) в колірному просторі YUV в системі PAL ана-
логового кольорового телебачення:
B,G,R,Y 114058702990 ++=′ ,
де Y ′ — значення яскравості компоненти зображення; BGR ,, — значення
червоного, зеленого і синього компонент відповідно.
Після фіксації всіх меж рогівки на зображення автоматично наноситься
контур цих меж і додаткова розмітка у вигляді вертикальної і
горизонтальної осей (що перетинаються в центрі рогівки), а так само
діагональних осей під кутом 45-ть градусів. Аналогічно здійснюється
розмітка контурів ІК. Якщо в процесі параметризації стало помітно
розбіжність розміченого контуру і реальної картини, експерт вибирає точку
невідповідності і повторно її відзначає.
Метод визначення параметрів ІК виконують в кілька етапів
відповідно до розробленого алгоритму (рис. 2). На першому етапі, після
отримання кольорового зображення ІК, проводять нормалізацію його
яскравості і перетворення в монохромне зображення.
На другому етапі проводять фіксацію меж рогівки за допомоги дворе-
жимного покажчика, після чого на зображення автоматично наносять кон-
тур рогівки, а також додаткову розмітку у вигляді вертикальної і
горизонтальної осей. Точний розмір рогівки є необхідним для визначення
довжини її вертикального і горизонтального діаметрів, а також для обчис-
лення середнього діаметра, за яким в подальшому нормують параметри
інтерференційної картини.
На третьому етапі виконують розмітку контуру ізохроми першого по-
рядку на ІК з використанням регульованого кільцевого покажчика, який
дозволяє в кожному конкретному випадку визначити середину ширини
ізохроми і стандартизувати дослідження. Після розмітки контуру ізохроми
за допомоги сплайнів моделюють саму ізохрому. Якщо під час проведення
візуального контролю виявлено розбіжність розміченого контуру і реальної
картини, то коригують точки невідповідності і автоматично налаштовують
контур ізохроми.
На четвертому етапі здійснюють автоматизований підрахунок пікселів, що
утворюють ізохрому і заповнюють її внутрішню частину, отримані значення
нормують за середнім діаметром рогівки, що дозволяє виключити вплив масш-
табу зображення ІК і варіабельність розміру рогівки у різних пацієнтів.
КОНЦЕПЦIЯ IНТЕРФЕЙСУ КОРИСТУВАЧА
ПРОГРАМИ ДЛЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ
ПАРАМЕТРИЗАЦIЇ IНТЕРФЕРЕНЦIЙНИХ КАРТИН
Графічний інтерфейс користувча став стандартом для взаємодії між люди-
ною і комп'ютерними системами. Введення текстових даних і команд по-
ступилося місцем безпосередньому маніпулюванню візуалізованими дани-
ми і елементами інтерфейсу із застосуванням спеціалізованих об'єктів-
покажчиків (курсорів). Для цього використовують різні координатні
пристрої — комп'ютерні миші, тачпади, сенсорні екрани.
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 82
Рис. 3. Послідовність дій під час оброблення зображень ІК вручну
Спираючись на схему ІК (рис 1, б), етапи оброблення зображень мо-
жуть бути описані за такою послідовністю дій (рис. 3).
Для оброблення зображень ІК експерту-людині необхідно знайти і
відмітити точки, що описують елементи ізоклін і ізохром. Якщо дотриму-
ватися запропонованої послідовності дій, можна мінімізувати кількість
переміщень покажчика (курсора) для переходу від однієї точки до іншої.
Для досягнення максимальної швидкості автоматизованого оброблення
зображень до алгоритму слід додати елементи інтерактивності, наприклад,
автоматичні змінення поточної точки після натискання кнопки миші і на-
несення допоміжної розмітки на зображення.
Як показали попередні дослідження, інформативними параметрами ІК
є показники довжини відрізків діагоналей інтерференційного ромба, кути
між ними, площа під ізохромою першого порядку і її довжина.
СТРУКТУРА БАЗИ ДАНИХ
База даних (БД) ІК пацієнтів і результатів їх обстежень складається з трьох
пов'язаних таблиць: tbl_folders, tbl_patients, tbl_records. Структуру зв'язків
між таблицями в базі даних надано на рис. 4.
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 83
Рис. 4. Структура бази даних ІК і результатів обстежень пацієнтів
Таблиця tbl_patients містить базову інформацію про обстежуваних
пацієнтів, розташовану в таких стовпцях:
patient_id — зберігає унікальний ідентифікатор обстежуваного, тип поля
Лічильник, є первинним ключем;patient_name — зберігає ПІБ обстежувано-
го, тип Текстовий;
patient_birthday — зберігає дату народження обстежуваного, тип Дата / Час;
patient_sex — зберігає найменування статі обстежуваного, тип Текстовий;
patient_diseases — зберігає перелік основних захворювань обстежуваного,
тип Текстовий;
patient_comments — зберігає додаткову інформацію про обстежуваного,
тип Текстовий.
Таблиця tbl_folders — містить інформацію про умовні групи обстежень.
Ця таблиця містить такі стовпці:
folder_id — зберігає унікальний ідентифікатор умовної групи обсте-
ження, тип поля Лічильник, є первинним ключем;
folder_description — зберігає найменування умовної групи обстеження,
тип Текстовий.
Таблиця tbl_records містить дані, отримані під час обстеження
пацієнтів. Ця таблиця містить такі стовпці:
record_id — зберігає унікальний ідентифікатор обстеження, тип поля
Лічильник, є первинним ключем;
folder_id — зберігає ідентифікатор умовної групової приналежності з
таблиці tbl_folders, тип поля Числовий, є зовнішнім ключем;
patient_id — зберігає унікальний ідентифікатор обстежуваного з
таблиці tbl_patients, тип поля Числовий, є зовнішнім ключем;
record_date — зберігає дату обстеження, тип Дата / Час;
left_eye_data — зберігає зображення інтерференційної картини лівого
ока в форматі bmp (Bitmap Picture), тип поля «Поле об'єкта OLE»;
right_eye_data — зберігає зображення інтерференційної картини право-
го ока у форматі bmp (Bitmap Picture), тип поля «Поле об'єкта OLE»;
params_ data — зберігає результати параметризації інтерференційної
картини для лівого і правого очей в форматі Xml, тип поля Текстовий;
record_comments — зберігає додаткову інформацію про обстеження,
тип Текстовий.
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 84
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ПАРАМЕТРИЗАЦIЇ
ЗОБРАЖЕНЬ IНТЕРФЕРЕНЦIЙНИХ КАРТИН В АВТОМАТИЗОВАНОМУ
IНТЕРАКТИВНОМУ РЕЖИМI
Програмне забезпечення параметризації ІК є класичним віконним засто-
сунком операційної системи Microsoft Windows. Після запуску програми на
екрані монітора буде відображено головне вікно програми (рис.5).
У верхній частині вікна програми знаходиться головне меню, а нижче
розташовано область перегляду знімків і таблицю зі списком збережених в
БД результатів обстежень.
Для вибору результатів обстеження конкретного пацієнта користувач
повинен вибрати рядок з шуканим прізвищем, після чого з БД автоматично
витягуються зображення лівого і правого очей і відображаються в області
перегляду. Якщо знімки інтерференційних картин вже було параметризо-
вано, то на них буде нанесено червоні маркери у відповідних точках.
Для доступу в БД використано технологію MicrosoftADO.NET, яка органі-
зовує роботу з табличними даними у застосунках, основаних на Microsoft
.NETFramework. Ця технологія підтримує автономну роботу за допомоги
спеціальних об'єктів DataSet, що є локальними копіями будь-якої кількості
взаємопов'язаних таблиць даних, кожна з яких містить набір рядків і стовпців.
Об'єкти DataSet підтримують роботу зі своїм наповненням за допомоги
відповідного адаптера даних, не вимагаючи підключення до джерела даних.
Технологія ADO.NET подано у вигляді керованої кодової бібліотеки, що
дозволяє мати доступ до даних за допомоги будь-якої мови .NET. Від інших
API, ADO.NET відрізняє те, що вона не взаємодіє з системами керування ба-
зами даних безпосередньо. Замість цього використовують постачальники да-
них (dataprovider), які інкапсулюють механізм роботи з конкретною СКБД.
Такий підхід є дуже гнучким, дозволяє створювати адаптери для будь-якої
СКБД і повністю використовувати її особливості. Для роботи з БД Microsoft
Access використовують вбудований провайдер .NET Framework Data Provider
for OLEDB.
Рис. 5. Головне вікно ПЗ для параметризації інтерференційних картин
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 85
Для зберігання в БД знімків ІК, отриманих за допомоги камери і
поляризаційної приставки, використано формат растрових зображень BMP.
Такий формат використовують в операційних системах Microsoft Windows і
його підтримує велика кількість програм. Він дає змогу зберігати
одношарові растри, де кожен піксель зберігається у вигляді двовимірного
масиву, відповідного безпосередньо значенням глибини кольору моделі
RGB з підтримкою різної кількості біт (1–64 біт), таблиць кольорів (палітри).
У бібліотеках класів .NET Framework для зберігання растрових зображень
призначено клас Bitmap. Він реалізує методи читання даних від будь-якого
джерела, який підтримує інтерфейс IStream (бази даних, структуровані схо-
вища, блоки пам'яті тощо). У цьому разі аналізується формат даних і для
розпакування використовують потрібний кодек. Пряму роботу з растровими
даними здійснюють за допомоги додаткових класів:
— структура Color (для маніпулювання кольором окремих пікселів);
— BitmapData (для швидкого доступу до виділеної прямокутної
області растра);
— клас ImageAttributes (для перетворення колірних просторів з ви-
користанням матричної алгебри).
Робота зі знімками ІК ведеться за допомоги контекстного меню (рис. 6),
що відкривається після натискання правої кнопки миші на зображення в зоні
перегляду.
Вибір відповідних пунктів контекстного меню «Розмаїття» дозволяє
відкрити вікно розмітки знімка (рис. 7), повернути зображення на 180° за
годинниковою стрілкою (якщо неправильно налаштували камеру
поляризаційного приладу) і зберегти координати маркерів в БД.
Оскільки лінії інтерференційних картин на знімках мають різну товщину і
розмиту межу, для підвищення точності і зручності їх параметризації викори-
стовують двохрежимний покажчик. Вертикальна і горизонтальна лінія курсо-
ру дозволяє точно відзначати межу рогівки, а кільцевий покажчик зі змінним
діаметром — точно вказувати на середину ізохроми та ізокліни.
Для роботи з зображеннями використовують бібліотеку класів GDI+,
доступну в середовищі розроблення і виконання .NET Framework.
Підсистема GDI+ реалізує можливості роботи з векторними, растровими
зображеннями і шрифтами в операційних системах Windows і, починаючи
з версії Windows XP, є їхніми складниками. Інтерфейс бібліотеки
підтримує роботу з більшістю популярних форматів графічних файлів
(bmp, gif, jpeg, png тощо). Контури допоміжної розмітки показано на рис. 8.
Для подання гладких контурів інтерференційних картин використовують
сплайни (англ. Spline — лекало, дерев'яне або металеве пристосування для крес-
лення кривих ліній), які широко застосовують в інженерних розрахунках для
апроксимації результатів експериментів. Крива сплайна гладко (не утворюючи
зламів і розривів) проходить через кожну точку з набору і може бути отримана за
допомоги складних формул, заснованих на математичному описі поведінки гнуч-
ких стрижнів. У бібліотеці класів GDI+ є методи для побудови окремих сплайнів і
згладжених замкнутих контурів (з можливістю заливки внутрішніх зон). Контури
утворюються фундаментальним сплайном (англ. Cardinalspline) — послідовністю
окремих кривих, об'єднаних в одну велику криву.
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 86
Рис. 6. Контекстне меню параметризації знімків ІК
а) б) в)
Рис. 7. Режими покажчика (курсора) для оцінювання лівої та правої (а), нижньої
та верхньої (б) меж рогівки і точок ізохром та ізоклін (в).
а) б)
Рис. 8. Допоміжна розмітка інтерференційної картини по точкам ізоклін (а)
і по контуру ізохром (б).
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 87
Для обчислення параметрів ІК (периметра і площі) використовують ме-
тод аналізу їх контурів. Підрахунок кількості пікселів, які становлять замк-
нутий контур обвідної ізохроми, дозволяє визначити її периметр (довжину),
а кількість пікселів, які заповнюють внутрішню зону, — площу. Оскільки
кількість пікселів зображення не є системною величиною, то для подальшо-
го оброблення результатів отримані величини нормують за середнім
діаметром рогівки. Для експортування отриманих даних в зовнішні програ-
ми використовують експорт в універсальний файл формату csv. Для цього в
головному меню «Файл» вибирають пункт «Експортувати».
ОЦIНЮВАННЯ ТОЧНОСТI I ЧАСУ ПАРАМЕТРИЗАЦIЇ
IНТЕРФЕРЕНЦIЙНИХ КАРТИН В АВТОМАТИЗОВАНОМУ РЕЖИМI
За використання розробленого ПО роздільна здатність візуальної розмітки
становить 1 піксель, середній діаметр виміряних рогівок — 182 пікселя, а
діаметр кільцевого покажчика знаходиться у діапазоні від 7 до 11 пікселів.
Якщо для переведення цих величин в системні одиниці прийняти за
діаметр рогівки дорослої людини величину (10 ± 0,56) мм, то роздільна
здатність становить 0,055 мм/піксель (10 мм / 182 пікселів).
Альтернативним способом параметризації ІК є ручний вимір
параметрів за роздрукованими на папері фотографіями з використанням
різних механічних лічильників довжини звивистих ліній, наприклад
курвіметр. Цей пристрій використовують для визначення відстаней на
топографічних картах, планах і кресленнях. Принцип його дії засновано на
використанні спеціального тарованого (зубчастого) колеса, який
прокочується по вимірюваній поверхні і є сполученим з лічильником
оборотів. За відомого діаметру колеса прилад відображає на циферблаті
(або електронному табло) пройдену відстань. Такий прилад, наприклад,
курвіметр КУ-А, має межу вимірювання 100 см з роздільною здатністю
1 см і похибкою 0,25 см на 50 см шляху. Складністю використання
курвіметра є ще й те, що ізохрома має товщину, тому необхідно дуже точ-
но виміряти її внутрішній периметр, потім зовнішній і порахувати
середній, а потім розрахувати площу під кривою з використанням різних
математичних прийомів. Таке оброблення ІК є трудомістким, займає бага-
то часу, має досить велику похибку.
Найдавніший спосіб параметризації інтерференційних картин засновано
на проекції за допомоги фотозбільшувача зображення рогівки, отриманого в
результаті фотозйомки, на поверхню масштабно-координатного паперу,
розміченого на клітини (міліметрівка, розмір клітини 1х1 мм) [7, 8, 10, 11]. На
спроектованому зображенні вручну відзначають опорні точки або олівцем
повністю обводять ізохрому, а потім по клітках підраховують її площу і пери-
метр. Під час проведення параметризації діаметр зображення рогівки був
постійним і дорівнював 55 мм. Це забезпечувало граничну роздільну здатність
0,18 мм/клітина (10 мм/клітин, так як 1 клітина відповідає 1 мм) на зображенні
діаметром 240 мм. Середній час оброблення одного зображення з визначенням
площі і периметра ізохроми за описаним способом становив 15–20 хвилин.
Такий підхід до параметризації ІК є недоцільним з практичної точки зору че-
рез свою крайню трудомісткість і тривалість.
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 88
В процесі оброблення знімків інтерференційних картин, збережених в
БД, було проведено оцінювання часу, який витрачає експерт на автомати-
зовану параметризацію в інтерактивному режимі з використанням розроб-
леного програмного забезпечення. Для цього один з експертів проводив
параметризацію ІК, а його асистент з використанням секундоміра визначав
час з моменту вибору одного запису (натискання лівої кнопки миші на ря-
док списку) до переходу до нового запису. Для вибірки з десяти записів
середній час параметризації однієї ІК склав (77,3 ± 25,5) с. Після ознайом-
лення з принципом розмітки і установкою яскравості, а також отримання
певних навичок, проведення параметризації двох знімків одного пацієнта
за часом не перевищело 80 с.
СТРУКТУРА ТЕЛЕМЕДИЧНОЇ СИСТЕМИ
ЕКСПРЕС-ОЦIНЮВАННЯ РIВНЯ ВНУТРIШНЬООЧНОГО ТИСКУ
Основним чинником, який стримує широке впровадження методів дослі-
дження напружено-деформованого стану очей в поляризованому світлі, є
складність отримання якісних зображень ІК, оскільки для цього необхідні
спеціальні оптичні пристрої і особлива система освітлення.
Для отримання знімків ІК в побутових умовах може бути використано
спеціальний поляризаційний освітлювач (рис. 9), що поєднує необхідне
джерело світла (1) і комплект поляризаційних фільтрів плівкового типу (2).
Як джерело світла пропонується використовувати сучасні освітлювальні
світлодіоди.
Для реєстрації знімків ІК рогівки ока пропонується використовувати тилову
камеру смартфонів, або, за необхідності, камери класичних телефонів, фото і
веб камери. Конструкція освітлювача не вимагає складної оптичної системи,
оскільки використовувані камери короткофокусні, а вбудоване джерело жив-
лення (5) робить освітлювальний пристрій автономним.
Запропонований освітлювач спільно зі смартфоном і спеціальним
мобільним застосунком за допомоги голосових інструкцій і підказок доз-
волить пацієнту самостійно отримати якісний знімок.
Оброблення отриманих знімків доцільно винести в хмарний центр об-
роблення даних (ЦОД), так як завдання повністю автоматизованого
розпізнавання і параметризації ІК зображень досить ресурсномісткі, до
того ж виникає необхідність надійного зберігання результатів, статистич-
ного оброблення та адміністрування.
На рис. 10 зображено структуру телемедичної системи оцінювання та
моніторингу рівня ВОТ з використанням технології аналізу ІК, які
спостерігаються на рогівці ока в поляризованому світлі. Технічна
реалізація системи передбачає два режими роботи — автоматизований і з
залученням оператора для визначення параметрів ІК.
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 89
Рис. 9. Конструкція поляризаційного освітлювача (1 — світлодіоди,
2 — поляризаційні фільтри, 3 — плата керування, 4 — кнопки керування,
5 — акумуляторна батарея)
Рис. 10. Структура телемедичної системи моніторингу рівня ВОТ з викорис-
танням технології аналізу ІК
При роботі в автоматизованому режимі пацієнт отримує зображення ІК
за допомоги смартфона, оснащеного поляризаційно-освітлювальним бло-
ком, і з каналів мобільного зв'язку направляє це зображення в ЦОД. У ЦОД
відбувається параметризація зображення і визначення рівня ВОТ, або
оцінювання попадання ВОТ в один з двох можливих інтервалів значень —
норма (10–20 мм.рт. ст), вище норми (понад 20 мм.рт.ст) [18]. Якщо
отримані внаслідок оброблення ІК значення ВОТ не потрапляють в
інтервал норми, пацієнт повинен звернутися до лікаря для отримання
консультації та відповідного лікування.
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 90
Інформація про рівень ВОТ у такому режимі роботи системи буде над-
ходити до лікаря і реєструватися у відповідній БД.
За другим режимом визначати параметри ІК і рівень ВОТ буде опера-
тор, він передає інформацію лікарю, який на основі отриманої інформації
формує відповідні рекомендації пацієнтові. Таким чином, в цьому режимі
передбачається особиста участь фахівців в параметризації ІК, оцінювання
рівня ВОТ і виробленні відповідних рекомендацій.
Слід зауважити, що подібні телемедичні системи, спрямовані на доклініч-
не тестування певних функцій організму, не можуть і не повинні замінювати
візит до лікарів, тому галузь їх застосування повинна бути обмежена вироб-
ленням рекомендацій пацієнтові з приводу строків звернення до лікаря.
ВИСНОВКИ
Дослідження рогівки ока в поляризованому світлі дозволяє візуалізувати
внутрішні напруження в ній, що виникають через механічні впливи з боку
екстраокулярних м'язів і внутрішньоочного тиску. Форма інтерференційної
картини, яка спостерігається на рогівці ока, залежить від стану екстраоку-
лярних м'язів і рівня внутрішньоочного тиску, що може бути використано
для діагностики їх патології.
Для оцінювання рівня внутрішньоочного тиску хворих глаукомою з
використанням інтерференційних картин необхідно визначати їх парамет-
ри, що може бути виконано в автоматизованому режимі з використанням
розробленого методу та програмного забезпечення.
Для реалізації методу параметризації зображення інтерференційних
картин знімок перетворюють з повнокольорового RGB оригіналу в копію,
подану у відтінках сірого кольору. На зображення наносяться контрольні
точки, які відмічають контури рогівки і ізохроми, з використанням дворе-
жимного (лінійного і кільцевого) покажчика, ізохрома моделюється за точ-
ками контуру відповідними сплайнами, проводять візуальний контроль
отриманого зображення і, за необхідністю, його корекцію, після чого авто-
матично підраховується кількість пікселів, що утворюють ізодрому (пери-
метр), а також заповнюють її внутрішню площу.
Показано, що запропонований метод забезпечує роздільну здатність не
гірше 0,55 мм/піксель (в три рази краще за відомі) і в 11–15 разів скорочує
час параметризації інтерференційних картин, не є трудомістким і може
бути реалізовано в умовах центральної районної лікарні.
Телемедичну систему експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
тиску може бути реалізовано на базі смартфона, оснащеного
поляризаційно-освітлювальним блоком і спеціальним мобільним
застосунком, з використанням мобільних мереж або Інтернет.
Передбачається два режими роботи системи — автоматизований, на базі
хмарних обчислень, і за участю медичних працівників.
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 91
ЛІТЕРАТУРА
1. Рыков С.А., Витовская О.П., Степанюк Г.И.Заболеваемость, распространенность
офтальмопатологии и инвалидность вследствие нее в Украине. Новости глаукомы.
2009. № 1. 34–35.
2. Водовозов A.M., Ковылин В.В.Использование поляризационно-оптического метода
для діагностики состояния глазодвигательных мышц при вертикальной девиа-
ции. Офтальмологический журнал. 1990. № 4. С. 201−204.
3. Спосіб виміру внутрішньоочного тиску: пат. 33640 Україна: МПК А 61 В 3/16,
А 61 В 8/10. №u 2007 11716; заявл. 23.10.2008; опубл. 10.07.2008, Бюл. № 13. 4 с.
4. Кочина М.Л., Калиманов В.Г.Методы обработки изображений для автоматизации
диагностики патологии экстраокулярных мышц. Прикладная радиоэлектроника.
2008. Т. 7, № 1. С. 93−96.
5. Кочина М.Л., Каплин И.В., Ковтун Н.М. Результаты использования поляризовано-
го света для исследования глаза. Вест. проблем биологии и медицины. 2014.
Вып. 4, Т. 1 (113). С. 139–145.
6. Пеньков М.А., Кочина М.Л. Интерференционный метод в диагностике косогла-
зия. Офтальмологический журнал. 1979. № 8. С. 497−498.
7. Пеньков М.А., Кочина М.Л. Интерференционный метод в диагностике косоглазия.
Вест. офтальмологии. 1981. № 1. С. 39−41.
8. Пеньков М. А., Кочина М.Л.Применение поляризованого света в офтальмо-
логии (обзор). Офтальмологический журнал. 1981. № 6. С. 368−372.
9. Пеньков М.А., Тамарова Р.М., Кочина М.Л.Поляризационный метод исследования рого-
вицы глаза. Новости мед.техн.: сборник статей. Москва, 1982. Вып. 1. С. 27−30.
10. Zandman F. The photoelastic effect of the living eye. Experim. Mechanics. 1966. Vol. 6,
№ 5. P. 19–25.
11. Bour L.J., Lopez Cardozo N.J. On the birefringence of the living human eye. Vision Res.
1981. Vol. 21, № 9. P. 1413–1421.
12. Komai Y., Ushiki T. The three dimensional organization of collagen fibrils in the human
cornea and sclera. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1991. Vol. 32, № 8, P. 2244–2257.
13. Stanworth A., Naylor E.J. Polarized light studies of the cornea I. The isolated cornea.
J. Exp. Biol. 1953. Vol. 30. P. 160–163.
14. Пеньков М.А., Кочина М.Л. Способ діагностики патологи внутриглазного давле-
ния. Офтальмологический журнал. 1981. №8. С. 476–479.
15. Cogan D. C. Some ocular phenomena produced with polarized light. Arch. Ophthalmol.
1941. Vol. 25, № 3. P. 391–400.
16. Cope W.T., Wolbarsht M.L., Yamanashi B.S. The corneal polarization cross. J. Opt. Soc.
Am. 1978. Vol. 68, № 8. P. 1139–1141.
17. Anderson K., El-Sheikh A., Newson T. Application of structural analysis to the mechanical
behavior of the cornea. J. R. Soc. Interface. 2004. Vol. 1. P. 1–15.
18. Кочина М.Л., Калиманов В.Г. Исследование и моделирование поляризационно-
оптических свойств роговицы глаза при различных состояниях экстраокулярных
мышц. Бионика интеллекта. 2008. № 2 (69). С. 132−137.
19. Shaffer R.N., Lieberman M.F., Drake M.V. Becker-Shaffer's Diagnosis and Therapy of
the Glaucomas. Mosby, 1999. 716 p.
20. Rao H.L., Senthil S., Garudadri C.S. Contralateral intraocular pressure lowering effect of
prostaglandin analogues. Indian J Ophthalmol, 2014. Vol. 62. P. 575–579.
Отримано 30.11.2017
REFERENCES
1. Rykov S.A., Vitovskaya O.P., Stepaniuk G.I. Morbidity, prevalence of ophthalmopathology and
disability due to it in Ukraine. News of Glaucoma. 2009. № 1. P.34–35 (in Russian).
2. Vodovozov A.M., Kovylin V.V. Use of the polarization-optical method for diagnosing
the state of oculomotor muscles with vertical deviation. Ophthalmological Journal.
1990. № 4. P. 201–204 (in Russian).
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 92
3. Method of intraocular pressure measurement: pat. 33640, Ukraine: IPC A 61 V 3/16,
A 61 V 8/10. №u 2007 11716; claimed 23.10.2008; published 10.07.2008 Bull. № 13. 4 p.
4. Kochina M.L., Kalimanov V.G. Methods of image processing for automation of pathology
diagnosis of extraocular muscles. Applied Radioelectronics. 2008. Vol. 7, № 1. P. 93–96
(in Russian).
5. Kochina M.L., Kaplin I.V., Kovtun N.M. Results of polarized light using in the eye studying.
Bulletinon the Problems of Biology and Medicine-2014 . Iss. 4, vol. 1 (113). P. 139–145 (in
Russian).
6. Penkov M.A., Kochina M.L. Interference method in the diagnosis of strabismus.
Ophthalmological Journal . 1979. № 8. P. 497–498 (in Russian).
7. Penkov M.A., Kochina M.L Interference method in the diagnosis of strabismus. Bulletin
of Ophthalmology. 1981. № 1. P. 39–41 (in Russian).
8. Penkov M.A., Kochina M.L. Application of polarized light in ophthalmology (review).
Ophthalmological Journal . 1981. № 6. P. 368–372 (in Russian).
9. Penkov M.A., Tamarova R.M., Kochina M.L. Polarization method of studying the eye
cornea. News of Medical Technology: a collection of articles . Moscow, 1982. Iss. 1.
P. 27–30 (in Russian).
10. Zandman F. The photoelastic effect of the living eye. Experim. Mechanics. 1966.
Vol. 6, № 5. P. 19–25.
11. Bour L.J. Lopez Cardozo N.J. On the birefringence of the living human eye. Vision Res.
1981. Vol. 21, № 9. P. 1413–1421.
12. Komai Y., Ushiki T. The three dimensional organization of collagen fibrils in the human
cornea and sclera. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1991. Vol. 32, № 8. P. 2244–2257.
13. Stanworth A., Naylor E.J.Polarized light studies of the cornea. The isolated cornea. J.
Exp. Biol. 1953.Vol. 30. P. 160–163.
14. Penkov M.A., Kochina M.L. Method of diagnosing the pathology of intraocular pressure.
Ophthalmological Journal. 1981. № 8. P. 476–479 (in Russian).
15. Cogan D.C. Some ocular phenomena produced with polarized light. Arch. Ophthalmol.
1941. Vol. 25, № 3. P. 391–400.
16. Cope W.T., Wolbarsht M.L., Yamanashi B.S. The corneal polarization cross. J. Opt.
Soc. Am. 1978. Vol. 68, № 8. P. 1139–1141.
17. Anderson K., El-Sheikh A., Newson T. Application of structural analysis to the mechani-
cal behavior of the cornea. J.R. Soc. Interface. 2004. Vol. 1. P. 1–15.
18. Kochina M.L., Kalimanov V.G. Investigation and modeling of the polarization-optical
properties of the eye cornea in various states of extraocular muscles. Bionics of the intel-
ligence. 2008. № 2 (69). P. 132–137 (in Russian).
19. Shaffer R.N., Lieberman M. F., Drake M.V. Becker-Shaffer's Diagnosis and Therapy of
the Glaucomas. Mosby, 1999. 716 p. № 1. P. 34–35.
20. Rao H.L., Senthil S., Garudadri C.S. Contralateral intraocular pressure lowering effect of
prostaglandin analogues. Indian J Ophthalmol, 2014. Vol. 62. P. 575–579.
Received 30.11.2017
Концепція телемедичної системи для експрес-оцінювання рівня внутрішньоочного
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 93
И.В. Каплин1, врач-офтальмолог Киевского центра терапии
и микрохирургии глаза, аспирант кафедры офтальмологии
e-mail: smashdown@mail.ru
М.Л. Кочина2, д-р. биол. наук, проф., зав. кафедрой
медико-биологических основ спорта и физической реабилитации
e-mail: kochinaml@gmail.com
А.Г.Фирсов3, канд. техн. наук, главный конструктор
e-mail: shagrath.hire@gmail.com
1 Харьковская медицинская академия последипломного образования,
ул. Амосова, 58, 61000, г. Харьков, Украина
2 Черноморский национальный университет им. Петра Могилы,
ул. 68 Десантников,10, 54000, г. Николаев, Украина
3 ООО «АСТЕР-АЙТИ»,
ул. Авиационная, 1, к.7, 61166, г. Харьков, Украина
КОНЦЕПЦИЯ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКОЙ СИСТЕМЫ
ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ УРОВНЯ
ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ
Предложена концепция телемедицинской системы экспресс-оценки уровня внутриглазного
давления, основанной на анализе параметров интерференционных картин, наблюдаемых на
роговице живого глаза в поляризованном свете. Представлены результаты разработки
метода определения параметров интерференционных картин в автоматизированном режи-
ме с использованием разработанного программного обеспечения, двухрежимного (линей-
ного и кольцевого) указателей точек изохром. Периметр изохромы автоматически опреде-
ляется путем подсчета количества пикселей на ее замкнутом контуре, площадь — путем
подсчета количества пикселей, заполняющих ее внутреннюю область.
Ключевые слова: телемедицинская система, поляризованный свет, интерференцион-
ные картины, изохромы, параметризация.
I.V. Kaplin1, Ophthalmologist of the Kyiv Center of Therapy
and Microsurgery of Eye,
Postgraduate Student of Ophthalmology Department
e-mail: smashdown@mail.ru
M.L. Kochina 2, Dr (Biology), Professor,
Head of Department of Medical and Biological Bases of Sport
and Physical Rehabilitation
e-mail: kochinaml@gmail.com
A.G. Firsov3, PhD (Engineering),
Main Designer of LLC "ASTER-IT"
e-mail: shagrath.hire@gmail.com
1 Kharkov Medical Academy of Postgraduate Education,
Аmosov st, 58, Kharkiv, 61000, Ukraine
2 Petro Mohyla Black Sea National University,
68 Marines st., 10, Mykolay, 54003, Ukraine
3 Limit Liability Company "ASTER-IT",
Aviation st., 1, ap. 7, Kharkov, 61166, Ukraine
THE CONCEPTION OF TELEMEDICINE SYSTEM FOR EXPRESS
ESTIMATION OF INTRAOCULAR PRESSURE’S LEVEL
Introduction. One of the reasons for the unfavorable outcome of glaucoma is an incorrect evaluation
of the eye hydrodynamics data obtained by measuring intraocular pressure. That is why the develop-
ment of new non-invasive methods of intraocular pressure studying is an urgent task.
І.В. Каплін, М.Л. Кочина, А.Г.Фірсов
ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 1 (191) 94
The cornea is optically anisotropic due to the effects of direct extraocular muscles and
intraocular pressure on it, as well as the structure and properties of corneal collagen. When an
eye cornea is illuminated by polarized light, we can observe an interference pattern which
reflects the distribution of internal stresses in it. The parameters of interference patterns de-
pend on the level of intraocular pressure.
The purpose of the article is to develop the telemedicine system’s conception for ex-
press estimation of intraocular pressure level with the use of interference pictures that are
observed on glaucoma patients’ cornea in polarized light.
Results. The method for determining the interference parameters is performed in several
stages in accordance with the developed algorithm. First, after receiving a color picture of
interference pattern, its brightness is normalized and converted to monochrome.
At the second stage, the cornea borders are fixed by means of two mode indicators, after
which the contour is automatically applied to the image.
At the third stage, the isochromatic contour is labeled using an adjustable ring pointer,
which allows defining the isochrome width middle and standardizing the studies. After mark-
ing out the contour of the isochrome using splines, the isochrome itself is modeled.
At the fourth stage, there is an automated calculation of the pixels forming the
isochrome and filling the inner part.
Conclusions. To assess the level of intraocular pressure using interference patterns, it is
necessary to determine their parameters, which can be performed in a semi-automated mode.
The developed method provides a resolving power of at least 0.55 mm/pixel (3 times
better than the known one) and reduces the research time by 11–15 times. It is not labor-
intensive and can be implemented in the central regional hospital.
Keywords: telemedical system, polarized light, interference patterns, isochromes, parametrization.
|