Роль макулярного интерфейса в диагностике ретинопатии недоношенных и диабетической ангиоретинопатии

    

    Актуальность

     В России к 2025 году планируется формирование экосистемы цифрового здравоохранения, предусматривающая поддержку отечественных стартапов и трансфер инновационных решений в медицинскую сферу. Ретинопатия недоношенных (РН) как основная причина слепоты и слабовидения в детском возрасте, требует высокого качества диагностики. Использование общей анестезии при скрининге часто осложняется кардиореспираторной нестабильностью, а при съемке под местной анестезией могут быть пропущены изменения в "немых" зонах сетчатки, что радикально влияет на выбор правильной тактики лечения [6]. Эта проблема требует создания инновационных диагностических скрининговых систем, способных передавать по телекоммуникационным сетям данные диагностических исследований, производить автоматизированный анализ изображений, что позволит врачу сформировать первичный диагноз и определиться с тактикой лечения. Локализация макулы является важным фрагментом диагностики заболеваний сетчатки от ретинопатии недоношенных (РН) до заболеваний сетчатки у взрослых. На фотографиях глазного дна для анализа изображений всегда выбирают стабильные структуры, отличающиеся от другой сетчатки: диск зрительного нерва (ДЗН) и макула. Требуется разработка способа локализации макулы для определения 3 стабильных точек для последующей фотографометрии 3Д модели глаза. Данная методика успешно применяется в пластической хирургии, ортопедии и протезировании и позволяет создавать 3Д модели внутренних органов с учетом анатомических особенностей человеческого организма. [3]

    Цель

    Минимизация риска врачебной ошибки в диагностике и выборе тактики лечения РН и диабетической ангиоретинопатии (ДАРП) путем улучшения качества и анализа смоделированных широкопольных изображений на платформах "Ключ к диагнозу I" и "Ключ к диагнозу II".

    Материал и методы

    Проанализировано 1278 снимков RetCam и фундус-изображений сетчатки 402 пациентов. Сформировано 3 клинические группы: 1-РН (272 пациента, 544 глаза) с подгруппами: 3 клинические группы с подгруппами: 1 – РН 272 (544 глаза): 1A – I стадия 152 (304 глаз), 1Б – II стадия 45 (90 глаз), 1В – III стадия 8 (12 глаз), 1Г – задняя агрессивная РН 7 (14 глаз), 1Д – незрелость сетчатки 60 (120 глаз); 2 – ДАРП 120 (240 глаз): 2A – непролиферативная 13 (17глаз), 2Б – препролиферативная 47 (55 глаз), 2В – пролиферативная 27 (33 глаз), 2Г – терминальная 33 (37 глаз), 3 – контроль 10 (20 глаз). Обследования проводились на кафедре офтальмологии ФГБУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко. Для недоношенных применялся алгоритм: видеосъемка на RetCamShuttle, выбор лучших кадров из видеоряда врачом-офтальмологом, автоматическое моделирование широкопольного изображения сетчатки (ООО "Альтами") и дальнейший анализ патологических изменений: локализация макулы, расчет тракционного индекса макулярной области, определение зоны и протяженности патологических изменений, фрактальная размерность, сложность сосудистой сети сетчатки. Взрослые пациенты проходили стандартное клиническое обследование, анализ смоделированных широкопольных изображений сетчатки, в том числе локализацию макулы и расчет тракционного индекса макулярной области (Тм) [1, 7].

    Результаты и обсуждение

    При анализе снимков, полученных с помощью RetCamSuttle, выявлено, что моделирование широкопольных изображений расширяет представление о состоянии сетчатки, эффективности проведенного лечения, дает возможность оценить объем пропущенных зон при обследовании зон и сразу, во время приема пациента, повторить обследование, а также сократить время анализа протяженности и зоны патологических изменений. Расчет фрактальной размерности и сложности сосудистой сети сетчатки, которые определяют стадию и прогнозируют прогрессирование РН, невозможен на одиночных снимках [8].

    Так как ручное моделирование широкопольного изображения времязатратно и требует навыка использования графических редакторов, разработано программное обеспечение, автоматизирующее сшивку отдельных кадров, техническим исполнителем проекта выступило ООО "Альтами". Этапы работы программы:

    1. Адаптивная фильтрация и подготовка изображения (устранение черного контура, подавления высокочастотного шума, повышения локального контраста изображения);

    2. Поиск дескрипторов (локальная уникальная область на изображении). Выбор начальных взаимосоответствий (поиск пары дескрипторов);

    3. Расчет трансформации изображений. Численная оптимизация трансформации между изображениями. Расчет ошибки трансформации;

    4. Построение общей карты трансформаций. Расчет положения для каждого из изображений;

    5. Применение алгоритма блендинга (операция расчета наложения двух областей разных изображений, результатом которой является область изображения, имеющая оптимальные характеристики яркости/контраста) изображения.

    Данное программное обеспечение – часть информационной платформы "Ключ к диагнозу" скрининга РН, в которую входят моделирование и анализ изображений, определение стадии и селективный выбор адресного лечения, а в дальнейшем – создание всероссийской базы изображений, телемедицинская экспертиза высококвалифицированными специалистами.

    Форму центральной сетчатки часто описывают с помощью эллипсоидов. В глазах с дальнозоркостью и эмметропией эллипсы обычно сплюснуты по форме, а в глазах с миопией обычно вытянутые, более изогнутые на заднем полюсе. Strang et al. в статье, посвященной факторам, ограничивающим разрешающую способность при миопии, предложили три модели растяжения в миопических глазах. Экваториальное растяжение (периферическое), при котором область изменения параллельна визуальной оси, центральная, когда удлинение происходит на заднем полюсе, и общее расширение, когда удлинение происходит как в периферической, так и в центральной областях. Упрощенное понимание, то есть симметричное расположение эллипсов в строении заднего полюса глаза, недопустимо, так как глаз является ротационно ассиметричным, что связано с вхождением зрительного нерва [5].

    Нами разработан алгоритм локализации макулы при нормальном строении ДЗН, аномалиях строения ДЗН и при ЗАРН. 1-й вариант – нормальное строение ДЗН: после визуализации ДЗН и аркад височных артерий осуществляют построение эллипса, окружность которого проходит через центр физиологической экскавации ДЗН и аркады височных артерий; определяют центр эллипса; строят прямые, проходящие через верхний и нижний полюса ДЗН, параллельные длинной оси эллипса; проводят измерение окружности ДЗН; латерально от темпорального полюса ДЗН откладывают два его размера окружности; строят окружность, проходящую через центр эллипса и располагающуюся касательно к построенным прямым и второму отложенному размеру окружности ДЗН, где данная окружность является очерчивающей границы макулы (рис.1). 2-й вариант – при ЗАРН: осуществляют достраивание окружности ДЗН после частичной визуализации его границ. 3-й вариант – при аномалиях ДЗН: откладывается столько размеров диска, сколько может быть вписано в эллипс, определяют центральную из отложенных таким образом окружностей и делят ее на 4 равных квадранта; при этом темпоральные квадранты являются ориентиром для диагностического поиска патологических изменений макулы (Патент RU2017114873A, от 26.04.2017).

    В группе РН наблюдалась значимая обратная корреляция значения Tм, так, для 1А – 0,8±0,03, 1Б – 0,75±0,04, 1В – 0,74±0,13, 1Г – 0,99±0,01, 1Д – 0,91±0,09. Таким образом, значение Тм отражает выраженность тракционных процессов на периферии сетчатки и может быть использовано как маркер тяжести патологии при диагностических дефектах. Ложный нормальный Тм может наблюдаться при образовании вала пролиферации на протяжении 3600, когда тракционный компонент равномерен по всем меридианам [2]. Определение локализации макулы позволяет создать ось, проходящую через центры ДЗН и макулы, и является ориентиром для центрирования широкопольных изображений и оценки протяженности патологических изменений.

    Ранее было доказано, что патология витреомакулярного интерфейса является прогностическим признаком рефрактерности в лечении диабетического макулярного отека, а также предиктором его ранних рецидивов [4]. По данным нашего исследования, для 2А-2В стадий не было выявлено корреляции Тм с выраженностью поражения сетчатки. Деформация профиля эллипса происходит только при выраженных тракционных процессах, когда невозможно достоверно рассчитать Тм.

    Выводы

    Разработанный алгоритм позволяет локализовать макулу как при нормальном строении ДЗН, так и аномалиях, когда откладывается столько размеров диска, сколько может быть вписано в эллипс, а темпоральный квадрант центрального размера является ориентиром для диагностического поиска, а при ЗАРН осуществляют достраивание окружности ДЗН после частичной визуализации его границ.

    При РН Тм отражает выраженность тракционных процессов на периферии сетчатки и может быть использован, как маркер тяжести патологии при дефектах диагностики. Локализация макулы определяет стабильные точки: центр физиологической экскавации ДЗН, аркады височных артерий и окружность макулы для фотограмметрии 3Д модели глаза.

    У пациентов с ДАРП локализация макулы и анализ тракционных механизмов требуют дальнейшего изучения.