A METHOD FOR MORPHOMETRIC ASSESSMENT OF PATHOLOGICAL CONDITIONS OF THE RETINA AND CHOROID BASED ON SCANS OF OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY OF THE EYE

Full Text

Рис. Медианы длительности волн зВП на вспышку под влиянием спелеотерапии Анализ динамики медиан длительности зВП показал, что медианы всех волн зВП на вспышку увеличиваются на 3-й день спелеотерапии, как слева, так и справа, причем увеличение медианы волны N3 слева значимо на принятом уровне р < 0,05 (рис.). На 10-й день спелеотерапии медианы всех волн зВП на вспышку уменьшаются, причем и относительно 3-го дня терапии, и относительно фона до спелео. Временные характеристики ЗВП на вспышку достаточно устойчивы и позволяют оценивать изменения как на уровне проведения зрительного сигнала (латентность компонента N2), так и особенности его обработки (компоненты P2, N3) [6]. Следовательно, на третий день спелеотерапии скорость проведения зрительного сигнала и время его обработки увеличиваются, а на 10-й день спелеотерапии - снижаются. Причем длительность N3 (результат активности ассоциативной части коры - полей 18 и 19, отражает этап анализа зрительной информации) изменяется значимо. Динамика медиан амплитуды волн зВП была более неоднозначной (табл. 2). Известно, что медианы амплитуды ответов имеет более высокую межиндивидуальную вариабельность, чем, вероятно, и можно объяснить полученные данные. Несмотря на это, медианы амплитуд ответов зВП имеют тенденцию к изменению под влиянием спелео, сходную с динамикой медиан длительностей зВП: увеличение на 3-й день спелеотерапии и снижение к 10-му дню. Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) -одно из самых распространенных глазных заболеваний, являющееся основной причиной потери зрения у людей старше 40 лет. Статистически доказано, что частота встречаемости ВМД у лиц в возрасте 45-85 лет составляет 9 % с преобладанием ранней стадии (8 %), поздняя стадия ВМД встречается в 0,4 % случаев. Это заболевание более распространено среди лиц европейской расы, чем у лиц азиатской расы (12 и 7,5 % соответственно) и значительно реже наблюдается у лиц африканской расы. Прогнозируемое количество людей в мире с данным заболеванием составит около 196 млн в 2020 г. с увеличением до 288 млн к 2040 г. Частота ВМД растет с увеличением возраста больных [1, 2, 3]. В структуре первичной инвалидности по ВМД больные в трудоспособном возрасте составляют 21 %, а в пенсионном возрасте - 32 % [4]. Если обобщить патогенез ВМД, то начальные патологические изменения начинаются на уровне хориокапилляров, мемраны Бруха и пигментного эпителия сетчатки (ПЭС). При нарушении проницаемости хориокапилляров, как следствие, нарушается снабжение питательными веществами наружных слоев сетчатки, что приводит к нарушению выведения продуктов метаболизма, которые постепенно накапливаются, появляются друзы. По мере их накопления запускается патологический процесс, который ведет к выработке эндотелиального фактора роста сосудов (VEGF - Vascular Endothelial Grows Factor), что провоцирует рост новообразованных сосудов. Данный процесс сопровождается грубыми, необратимыми морфологическими нарушениями структуры всех слоев сетчатки, расстройством функции макулы и резким снижением центрального зрения. Исходом данного процесса является либо формирование участка географической атрофии, либо образование обширного фиброзного рубца под сетчаткой [5]. Основными методами диагностики ВМД являются офтальмоскопия, флюоресцентная ангиография, оптическая когерентная томография (ОКТ) и оптическая когерентная томография с ангиографией (ОКТ-ангиография, ангио-ОКТ, ОКТ-А). ЦЕЛЬ РАБОТЫ Повышение качества диагностики патологических изменений сетчатки глаза на основе морфометрической дифференциации патологического очага. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Основным прибором для оценки морфологи-чес-ких изменений является оптический когерентный томограф. Клинический опыт и технические усовершенствования последнего поколения оптического когерентного томографа привели к еще большему ра спространению данного метода, в том числе и среди офтальмологов поликлинического звена. ОКТ помогает детально визуализировать и изучить все ретинальные слои, как по отдельности, так и в совокупности, выявить морфологические, структурные особенности и изменения оптической плотности сетчатки. Однако правильно интерпретировать полученные данные, качественно провести анализ изображений ОКТ и морфологических изменений у многих офтальмологов вызывает проблему. Принцип работы ОКТ основан на регистрации степени рассеяния зондирующего излучения назад на оптических неоднородностях, измерении соответствующей задержки и построении на этих данных объемного изображения [6]. Создаваемые прижизненно томографом поперечные оптические срезы сетчатки максимально приближены к ее постмортальным гистологическим срезам и позволяют аналогично различать отдельные слои, производить их измерение по площади и толщине, но, кроме того, позволяют определять их положение относительно друг друга и определенных зон сетчатки, а также периодически отслеживать динамику изменений. Слои сетчатки дифференцируются соответственно их светоотражающей способности и отображаются на мониторе и принтере в виде черно-белой (серая шкала) или мнимой цветной (стандартная цветовая шкала) картинки, при этом, чем выше плотность ткани, тем сильнее отражение и стремление изображения к белому или яркому одного цвета, или смещение к одной части спектра, обычно к красной, а чем ниже плотность ткани, тем слабее отражение и стремление изображения к черному или тусклому одного цвета, или смещение к противоположной части спектра, обычно к синей. Итоговая картина сетчатки (ретинальная карта) формируется из отдельных сканов, проведенных через исследуемую область, количество которых варьирует в различных типах устройств - оптических когерентных томографах: SpectraLis OCT (Heidelberg Engineering, Германия, business-lounge.heidelbergengineering.com), Cirrus HD-OCT (Carl Zeiss Meditec Inc., Германия, zeiss-solutions.ru), RTVue XR Avanti (Optovue Inc., США, optovue.com), Topcon 3D OCT 1000 (Topcon Corporation, Япония, topcon-medical.ru) и другие. Существуют способы оценки патологических состояний сетчатки по данным ОКТ, заключающиеся в том, что вычисление объема тканей проводится на основании данных ретинальной карты и показателей толщины сетчатки [7]. Преимуществом их является автоматическая сегментация границ патологического очага макулярной области сетчатки глаза с расчетом его площади в фас и общего объема в профиль сканирования с анализом по секторам, выделение зон отслоек пигментного эпителия, сетчатки и стекловидного тела, измерение их высот и площадей. Недостатком является отсутствие геометрической дифференциации патологических составляющих очага, то есть выделение внутри объема очага оптически неплотных или прозрачных зон, клинически - зон отека, атрофии («минус ткань»), и оптически плотных зон, клинически - зон пролиферации ткани («плюс ткань»), с определением на каждой сканограмме их площадей и суммацией по всем сканограммам в объемы, что не позволяет полноценно оценить вид, степень и стадию поражения сетчатки глаза. Наиболее близким по сути является способ комплексного анализа сканограмм, при котором производится визуальное выделение патологических участков [8]. Несмотря на относительное повышение качества диагностики, описанный качественный способ также не позволяет получить полную информацию о соотношении в патологическом очаге объемов его составляющих частей и определить преобладающую форму процесса. Авторами ранее проводились исследования, в результате которых были получены новые критерии качественной оценки поражения сетчатки по данным ОКТ [9]. Но в процессе исследования пришли к выводу, что программное обеспечение (ПО), разработанное для взаимодействия с оптическим когерентным томографом, содержит довольно объемный, но неудовлетворяющий нас полностью функционал, с помощью которого можно было бы анализировать сканограммы более информативно, согласно разработанным новым критериям оценки. В связи с этим возникли новые цели и задачи, заключающиеся в разработке инструментов, не только повышающих качество анализа морфометрических параметров сканограмм, а также поиск новых способов сокращающих время его проведения. Для устранения вышеперечисленных недостатков предложен способ морфометрической оценки патологических состояний сетчатки и хориоидеи по сканограммам оптической когерентной томографии глаза (положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение по заявке № 2021124660 от 19.08.2021 г.) Способ осуществляют следующим образом. Производят оптическим когерентным томографом прижизненное сканирование сетчатки и хориоидеи, на полученных фасных и профильных сканограммах производят маркерную разметку границ очага и его составляющих элементов относительно неизмененных участков. Далее на фасных сканограммах определяют величины - общей площади патологического очага; площадей его отечной, пролиферативной, атрофичных частей; зон отслоек пигментного эпителия и сетчатки; выводят линейные и процентные соотношений полученных значений площадей между собой и к нормальной площади макулы. Затем на каждой профильной сканограмме производят последовательно: - автоматическую идентификацию и сегментацию границ патологического очага; - разметку уровней нормального положения мембраны Бруха, пигментного слоя и внутреннего слоя нервных волокон сетчатки путем соединения линиями на сканограмме их неизмененных участков, расположенных с обеих сторон от патологи -ческого очага; - визуальную обводку/разметку разным для каждого элемента цветом: а) внешнего контура всего патологического очага; б) контура патологического положения внутреннего слоя нервных волокон; в) контура патологического положения пигментного слоя; г) контура патологического положения мембраны Бруха; - доскональную обводку/разметку разным для каждого элемента цветом внутри патологического очага: а) контуров визуально более тёмных пустотных участков «минус ткань» - зон отека; б) визуально более светлых плотных участков «плюс ткань» -зон пролиферации; - измерение высоты по положению разметок: а) общего стояния очага - от уровня нормального положения пигментного слоя или мембраны Бруха до наивысшего уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон; б) стояния пигментного эпителия - от уровня нормального положения пигментного слоя или мембраны Бруха до наивысшего уровня их патологического положения, и от нижнего уровня патологического положения пигментного слоя до его наивысшего уровня патологического положения; в) стояния хориоидальной части патологического очага - от уровня нормального положения пигментного слоя или мембраны Бруха до вершины их патологического положения при условии прилегания к хориоидеи; г) стояния ретинальной части патологического очага - от уровня патологического положения пигментного слоя до уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон сетчатки; - измерение на каждой профильной сканограмме площадей: а) всего очага; б) хориоидальной его части; в) ретинальной его части; г) зон отека и их суммацию; д) зон пролиферации и их суммацию; е) зон атрофии и их суммацию; - умножение суммарного значения площади на величину расстояния между сканами и суммацию полученных значений для выведения в патологическом очаге общего объема: а) всего очага; б) хориоидальной его части; в) ретинальной его части; г) зон отека; д) зон пролиферации; е) зон атрофии; - выведение линейных и процентных соотношений полученных объемов между собой и к нормальному объему макулы; - транскрипцию полученных значений площадей и объемов фасных и профильных сканограмм в клиническое заключение: а) преобладающий вид поражения по соотношению объемов внутренних составляющих очага - отслоечный, отечный, пролиферативный, атрофический, смешанный при относительном соответствии их значений друг другу; б) сте-пень/стадия поражения по общей площади и общему объему патологического очага. Далее при необходимости выполняют последующие во времени сканирования с аналогичным их анализом и сравнение вновь полученных результатов с предыдущими для оценки направления распространения, скорости процесса и характере изменений в патологическом очаге - стабилизация, прогрессирование, регрессирование, как в целом, так и отдельных его составляющих. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Для осуществления этой задачи авторами раз-р а ботан и протестированы алгоритмы идентификации и сегментация границ всего паталогического очага и его составляющих - кист, отеков, субретинальных жидкостей, неоваскуляризации макулярной области сетчатки глаза для программного обеспечения, обеспе-ч и в ающего повышение качества анализа сканограмм [10, 11] (рис. 1-4). Рис. 1. Ориентация границ очага Рис. 2. Сегментация кист/отеков внутри очага Рис. 3. Измерение площадей, маркерная разноцветная разметка границ патологического очага и его составляющих Рис. 4. Измерение площадей, маркерная разноцветная разметку границ патологического очага Пример обработки сканограмм пациента Д., женщина 1938 г.р., с ВМД влажной формы, Vis = 0,02 н/к. На сканограмме визуализируется характерный гиперрефлективный субретинальный рубец с неоднородной структурой с интраретинальными кистами. Высота всего очага на 1-й сканограмме по положению разметок от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон 5 252 572 мкм, ширина 6 000 мкм, площадь 1 360 мкм2, площадь кистозных изменений 627 мкм2. Высота аномальной неоваскулярной ткани от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня его патологического положения, представленный на сканограмме в виде дисциформного гиперрефлективного конгломерата, составила 3 417 271 мкм, ширина 6 000 мкм, площадь 1 065 мкм2 (78 % от площади всего очага). При сравнении площади отека и площади мембраны выявлено преобладание площади мембраны (рис. 5). Рис. 5. Исходное состояние макулы Через 3 мес. после ИВВ ИАГ (3 загрузочных доз), Vis = 0,02 н/к. На сканограмме визуализируетсяся характерный гиперрефлективный субретинальный рубец с неоднородной структурой с интраретинальной кистой. Высота всего очага на 2-й сканограмме по положению разметок от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон - 5 451 436 мкм, ширина 6 000 мкм, площадь 1 351 мкм2, площадь кистозных изменений 120 мкм2. Высота аномальной неоваскулярной ткани от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня его патологического положения, представленный на сканограмме в виде дисциформного гиперрефлективного конгломерата, составила 3 712 009 мкм, ширина 6 000 мкм, площадь 1 081 мкм2 (80 % от площади всего очага). При сравнении площади отека и площади мембраны было выявлено преобладание площади мембраны. Площадь очага незначительно уменьшилась на 9 мкм от исходных данных (рис. 6). Рис. 6. Состояние макулы через 3 мес. после ИВВ ИАГ (3 загрузочных доз) Через 6 мес. после ИВВ ИАГ (3 загрузочных доз), Vis = 0,01 н/к. На сканограмме визуализируется характерный гиперрефлективный субретинальный рубец с неоднородной структурой с интраретинальными кистами. Высота всего очага на 3-й сканограмме по положению разметок от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон - 6 112 466 мкм, ширина - 6 000 мкм, площадь - 1 510 мкм2, площадь кистозных изменений - 385 мкм2. Высота аномальной неоваскулярной ткани от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня его патологического положения, представленного на сканограмме в виде дисциформного гиперрефлективного конгломерата составила 4 052 243 мкм, ширина - 6 000 мкм, площадь - 1 146 мкм2 (75,8 % от площади всего очага). При сравнении площади отека и площади мембраны было выявлено преобладание площади мембраны. Площадь очага незначительно увеличилась на 150 мкм от исходных данных (рис. 7). Рис. 7. Состояние макулы через 6 мес. после ИВВ ИАГ (3 загрузочных доз) Через 9 мес. после ИВВ ИАГ (3 загрузочных доз), Vis = 0,01 н/к. На сканограмме визуализируется характерный гиперрефлективный субретинальный рубец с неоднородной структурой с интраретинальными кистами. Высота всего очага на 4-й сканограмме по положению разметок от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон - 5 875 253 мкм, ширина - 6 000 мкм, площадь - 1 292 мкм2, площадь кистозных изменений - 391 мкм2. Высота аномальной неоваскулярной ткани от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня его патологического положения, представленного на сканограмме в виде дисциформного гиперрефлективного конгломерата, составила 3 872 196 мкм, ширина - 6 000 мкм, площадь 1 032 мкм2 (79,9 % от площади всего очага). При сравнении площади отека и площади мембраны было выявлено преобладание площади мембраны. Площадь очага незначительно уменьшилась на 68 мкм от исходных данных (рис. 8). Рис. 8. Состояние макулы через 9 мес. после ИВВ ИАГ (3 загрузочных доз) Вывод: проведенный анализ состояния патологического макулярного очага в соответствии по положению разметок от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня патологического положения внутреннего слоя нервных волокон и от уровня нормального положения ПЭ до наивысшего уровня его патологического положения показал, что у пациента Д., 1938 г.р., наблюдается преобладание фиброзной формы ВМД с неблагоприятным прогнозом. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Разработаны алгоритмы идентификации и сегментации кист, отеков, субретинальных жидкостей макулярной области сетчатки глаза, маркерная разноцветная для каждого элемента разметка границ патологического очага и его составляющих относительно неизмененных участков. Они измеряют общую площадь патологического очага; площади его отечной, пролиферативной, атрофичной частей; площади зон отслоек пигментного эпителия и сетчатки; выводят линейные и процентные соотношения полученных значений площадей между собой и к нормальной площади макулы. 2. Использование этого способа позволяет не только сократить время обработки изображения и не потерять при этом качество, а обеспечить еще более высокое качество анализа сканограмм сетчатки пациентов с влажной формой ВМД. 3. Техническим результатом проведенной работы является достоверная дифференцированная диагностика патологических изменений в макулярной области, что позволяет обоснованно назначить соответствующий вид и объём консервативного и лазерного лечения для стабилизации и улучшения центральных зрительных функций пациентов.

About the authors

Yu. F Bondarenko

Rostov State Medical University

Email: stydentka161@mail.ru
ophthalmologist, having the second qualification category Rostov-on-Don, Russia

A. N Epikhin

Rostov State Medical University

Email: gb1rostgmu@yandex.ru
Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Ophthalmology Rostov-on-Don, Russia

Yu. N Epikhina

Rostov State Medical University

Email: kgb1rostgmu@yandex.ru
Candidate of Medical Sciences, Associate Professor of the Department of Ophthalmology Rostov-on-Don, Russia

V. A Filippenko

Don State Technical University

Email: philippenko@inbox.ru
full-time student of the Master's Degree Department of the Department of Computer Engineering and Automated Systems Software, 2nd year Rostov-on-Don, Russia

V. V Dolgov

Don State Technical University

Email: vasily.v.dolgov@mail.ru
Candidate of TechnicaL Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Computer Engineering and Automated Systems Software Rostov-on-Don, Russia

References

Supplementary files