Анализ изображений кожи в телемедицинской диагностике профессиональных аллергодерматозов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, доктор технических наук Матвеев, Николай Валентинович

• Матвеев, Николай Валентинович
• доктор технических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор технических наук Матвеев, Николай Валентинович

Введение.

Глава 1 Возможности использования телемедицинских технологий в обшей и профессиональной дерматологии.

1.1. Телемедицина и ее развитие.

1.2. Использование телемедицинских технологий в общей дерматологии.

1.2.1. Теледерматология как одно из направлений телемедицины.

1.2.2. Актуальность проведения теледерматологических консультаций

1.2.3.Технические аспекты использования теледерматологии.

1.2.4. Цифровые изображения и различные системы представления цвета.

1.2.5.Роль адекватной цветопередачи в теледерматологии.

1.2.6.С>гсроченные теледерматологические консультации и видеоконференции.

1.2.7.Диагностическая эффективность теледерматологических консультаций.

1.2.8.0рганизация теледерматологических консультаций.

1.3. Перспективы использования теледерматологии для диагностики профессиональных заболеваний кожи.

1.3.1. Особенности использования телемедицинских технологий в профдерматологии.

1.3.2. Аллергологическое тестирование и его использование в диагностике профессиональных аллергодерматозов.

1.3.3. Возможность оценки предрасположенности к возникновению профессиональных аллергодерматозов.

1.3.4. Автоматизированная оценка дерматоглифических признаков.

Глава 2. Материалы и методы исследований.

Глава 3. Определение предрасположенности к развитию аллергодерматозов у работающих в контакте с промышленными аллергенами.

3.1. Определение дерматоглифических особенностей у лиц, предрасположенных к развитию аллергодерматозов.

3.2 Автоматизированная оценка дерматоглифических признаков.

3.2.1. Необходимость автоматизированной оценки дерматоглифических данных.

3.2.2. Алгоритм выделения изображений дистальных фаланг пальцев кисти.

3.2.3. Алгоритм определения узоров дистальных фаланг.

3.2.4. Эффективность разработанного алгоритма.

3.2.5. Дистанционная оценка дерматоглифических признаков и оценка предрасположенности к развитию аллергодерматозов.

Глава 4. Особенности получения и оценки клинической информации при теледерматологическом консультировании.

4.1. Особенности сбора данных о пациенте при отсроченном телемедицинском консультировании в дерматологии.

4.1.1. Сбор анамнестических данных при отсроченных теледерматологических консультациях.

4.1.2. Особенности передачи консультанту цифровых изображений патологически измененной кожи.

4.2. Особенности сбора данных о пациенте при теледерматологическом консультировании в режиме реального времени.

4.3. Оценка качества изображений в теледерматологии.

Глава 5 Клиническая значимость цветопередачи изображений кожи в теледерматологи и.

5.1. Проблемы цветопередачи цифровых изображений кожи.

5.2. Объективная оценка цветоискажений цифровых камер.

5.3. Оценка границы допустимых цветоискажений в теледерматологии..

5.4. Оценка значимости цветоискажений в различных участках спектра для восприятия изображений кожи дерматологами.

5.5. Сравнение двух предложенных показателей цветопередачи.

5.6. Оценка цветоискажений видеокамер.

5.7. Возможности автоматизированной цветокоррекции изображений кожи.

5.8. Клиническая значимость качества цветопередачи изображений кожи.

5.9. Значение автоматической цветокоррекции для динамического наблюдения за течением аллергодерматозов.

5.10. Оценка влияния цветопередачи цифровых камер на достоверность теледерматологической диагностики.

Глава 6 Возможности дистанционной оценки кожных аллерготестов.

Глава 7 Организация теледерматологических консультаций для лиц с предполагаемым профессиональным характером аллергодерматозов.

7.1. Организация определения риска развития аллергодерматозов у работающих на основании дерматолифических данных.

7.2. Организация телемедицинской диагностики аллергодерматозов у работающих.

Глава 8 Эффективность телемедицинских консультаций.

8.1. Оценка достоверности теледерматологической диагностики.

8.2. Социальная значимость использования дистанционной диагностики профессиональных дерматозов в регионах Российской Федерации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ изображений кожи в телемедицинской диагностике профессиональных аллергодерматозов»

В настоящее время число лиц. контактирующих с аллергенами на производстве, значительно и, по-видимому, не имеет тенденции к уменьшению, несмотря на общее снижение объемов промышленного производства в Российской Федерации. Это связано, прежде всего, с тем. что вещества, обладающие аллергенным действием, широко используются работниками предприятий самого различного профиля, причем не только на крупных химических или машиностроительных производствах, но и на строительных, ремонтных предприятиях, в медицинских учреждениях, в производстве мебели, при обработке фотоматериалов, в химчистках, на автозаправочных станциях, и т. д. [74].

Во многих случаях производственный контакт рабочих с аллергенами происходит через кожные покровы. Это приводит к тому, что во всем мире профессиональные аллергические заболевания кожи составляют значительную долю в общей структуре профессиональных заболеваний [78, 80, 96, 99. 104,141]. В настоящее время в России число специалистов, осуществляющих диагностику и лечение профессиональных заболеваний кожи, крайне недостаточно. Специалисты такого профиля сконцентрированы преимущественно в немногочисленных НИИ гигиены труда, расположенных в крупных промышленных центрах (Москва, Санкт-Петербург. Нижний Новгород, Екатеринбург и др.). Если 15-20 лет назад для работников, у которых возникало заболевание кожи предположительно профессионального характера, приезд на консультацию к специалисту в соседнюю область не представлял значительных трудностей, в том числе финансовых, то в последнее десятилетие ситуация резко изменилась. В связи с этим в последнее время в Российской Федерации все более острой становится проблема повышения доступности квалифицированной профдерматологической помощи для жителей отдаленных регионов.

Одним из решений этой проблемы может быть использование для диагностики профессиональных болезней кожи современных телемедицинских технологий.

В настоящее время телемедицина во всем мире широко используется для повышения доступности квалифицированной медицинской помощи для жителей отдаленных территорий [11, 17, 27, 65, 66. 76]. При этом врач общей практики, работающий в отдаленном регионе, использует компьютер, оборудованный средствами ввода медицинской информации (например, цифровой фотокамерой для получения изображений патологии кожи). Полученная информация передается врачу-специалисту в соответствующий медицинский центр с помощью компьютерной сети Интернет, либо с помощью специальных линий связи. Как правило, точность диагноза дерматологических заболеваний, выявляемых с помощью телемедицинских консультаций, составляет от 75% до 90% [137, 149, 150, 176]. Компьютерная связь (например, в виде электронной почты) предоставляет значительные удобства для быстрой передачи не только изображений, но и необходимой медицинской документации (данные анамнеза, профмаршрут. санитарно-гигиенические характеристики рабочих мест). Динамическое наблюдение за больными с дерматологической патологией с помощью телемедицинских консультаций позволяет вы-соковалифицированному специалисту управлять процессом лечения больных на расстоянии.

С целью диагностики и лечения профессиональных заболеваний кожи телемедицинские технологии до сих пор в мире не использовалась, что определяет приоритет российских ученых в этом направлении. При этом развитие системы телемедицинских консультаций для эффективной диагностики профессиональных дерматозов требует разрешения ряда научных проблем, в частности. объективной оценки влияния качества используемых для консультирования изображений кожи на точность телемедицинской диагностики.

В связи с вышеизложенным, предполагается научное обоснование основных принципов телемедицинской диагностики профессиональных заболеваний кожи.

В последние десятилетия в России значительную долю от общего числа профессиональных заболеваний кожи составляли профессиональные аплер-годерматозы [3, 5, 6, 7, 23. 47. 48. 59. 60]. В связи с этим особое внимание должно быть уделено использованию телемедицинских технологий для диагностики и выявления факторов риска именно этой патологии.

Поскольку диагностика профессиональных аллергодерматозов основана во многом на оценке результатов кожных аплергологических тестов с предполагаемыми промышленными аллергенами [5], значительный интерес для телемедицинской диагностики профессиональных аллергодерматозов представляет разработка метода дистанционной телемедицинской оценки резуль

Не менее важной проблемой является также оценка индивидуальной предрасположенности работающих в контакте с аллергенами к развитию аллергодерматозов. Одним из методов такой оценки может служить анализ дерматоглифических данных - изучение рисунка папиллярных линий на коже ладоней. Данный метод считается одним из наиболее доступных и при этом информативных методов определения предрасположенности к возникновению дерматологической [15. 94. 151, 170] и иной патологии [38. 83]. Анализ дерматоглифических данных также может быть использован и в дистанционном варианте, когда цифровые изображения папиллярных линий передаются по сети Интернет и затем анализируются специалистом.

Данная тема НИР выполнялась в рамках договора с Минздравом России №740/098/008 «Научное обоснование критериев оценки риска, прогнозирования и принципов профилактики развития неблагоприятных последствий в условиях воздействия на различные группы населения химического фактора производственной и окружающей среды», выполнявшегося в соответствии с заданием 2.4 отраслевой научно-технической программы на 1997-2000 гг.

Эколого-гигиенические проблемы безопасности России и пути их решения" ("Разработать критерии риска возникновения донозологических изменений и развития профпатологии среди работников горнорудной, химической, строительной и других отраслей промышленности"), а впоследствии в рамках договора с Минздравом России №006/098/001 «Мониторинг состояния здоровья различных групп населения с применением современных информационных технологий и научное обоснование мер профилактики заболеваний, вызываемых воздействием на человека факторов среды обитания и неблагоприятными производственными факторами», выполняемого в рамках отраслевой программы на 2001-2005 гг. «Системная разработка мероприятий по гигиенической безопасности России».

Цель исследования

Теоретическое обоснование и разработка методологии телемедицинской диагностики профессиональных аллергодерматозов на основе компьютерного анализа цифровых изображений кожи.

Задачи исследования

1. Разработка метода оценки риска развития аллергодерматозов у работающих в контакте с аллергенами на основе дерматоглифического анализа, а также метода оценки результатов кожных аллергологических тестов на основе дистанционной оценки изображений кожи.

2. Разработка алгоритма проведения телемедицинских консультаций для диагностики профессиональных аллергодерматозов.

3. Оценка диагностических возможностей телемедицинских консультаций в выявлении профессиональных аллергодерматозов.

4. Определение факторов, влияющих на точность телемедицинской диагностики.

5. Разработка метода оценки цветопередачи цифровых фото- и видеокамер и критериев выбора камер для применения в телемедицине.

6. Создание метода автоматической цветокоррекции изображений кожи и оценка его эффективности.

Научная новизна

Впервые разработан комплекс методов для системы дистанционной оценки риска возникновения профессиональных аллергодерматозов и их диагностики средствами телемедицины, включающий:

- метод оценки риска возникновения аллергодерматозов у работающих в контакте с химическими веществами с помощью компьютерного анализа дерматоглифических данных, позволяющий оценить индивидуальную предрасположенность работников к возникновению данной патологии.

- метод цветокоррекции цифровых изображений, оптимизирующий оценку врачами-консультантами поражений кожи, что обеспечивает повышение точности диагностики;

- метод компьютерного анализа цифровых изображений кожных аллер-гологических тестов, позволяющий осуществлять дистанционную оценку результатов проведенных тестов и основанную на этом диагностику аллергопа-тологии. в том числе профессиональных аллергодерматозов;

Впервые предложен принцип оценки характеристик цветопередачи цифровых фото(видео)камер для телемедицинских консультаций, учитывающий особенности восприятия изображений кожи экспертами-дерматологами и. в частности, преимущественную значимость для теледерматологии адекватной цветопередачи камер в красной и зеленой частях спектра. На этой основе предложен количественный критерий выбора камер для оптимизации качества изображений и разработан метод объективной оценки их цветопередачи для телемедицинской диагностики патологии кожи. Впервые создан проблемно-ориентированный алгоритм цветокоррекции цифровых изображений кожи для повышения их диагностической ценности. основой которого послужил разработанный принцип оценки цветопередачи изображений кожи. Логико-вычислительная процедура анализа изображения и нормализации цветопередачи реализована в виде компьютерной програм

Научно-практическая значимость

Разработанная система дистанционной оценки результатов кожного ал-лергологического тестирования и прогнозирования риска возникновения ал-лергодерматозов у работающих в контакте с химическими аллергенами на основе анализа дерматоглифических показателей применима в условиях практического здравоохранения.

Разработанные рекомендации по организации телемедицинских консультаций при профессиональных дерматозах могут быть использованы также и для дистанционной диагностики непрофессиональной патологии кожи.

Предложенные критерии выбора цифровых фото(видео)камер для проведения телеконсультаций значимы для организации системы телемедицинского консультирования.

Практическое применение разработанных рекомендаций позволит повысить доступность квалифицированной и специализированной помощи работникам промышленных предприятий отдаленных регионов страны при незначительных затратах.

Апробация результатов исследования

Результаты научных исследований, положенные в основу диссертационной работы, были обсуждены на 15 научных конференциях и симпозиумах (в том числе 12 международных): на международном симпозиуме «Новое в патогенезе и лечении хронических заболеваний кожи и слизистых оболочек» (Москва. 21-23 апреля 1998 г.). двух международных конференциях «Телемедицина - международное сотрудничество в области здравоохранения» (Висбю. Швеция, 26-28 июля 1998 г. и 28-29 сентября 1999 г.). конференции

Кограф-98» (Нижний Новгород, 21 октября 1998 г.). международном симпозиуме «Лазеры в медицине "99» (Санкт-Петербург. 20-22 мая 1999 г.), международной конференции «Современные аспекты телемедицины» (Москва. 18-19 мая 2000 г.), 12 ежегодной конференции Американского общества контактного дерматита (Вашингтон. США. 1 марта 2001 г.), 13 ежегодной конференции Американского общества контактного дерматита (Новый Орлеан, США. 21 февраля 2002 г.). Европейской конференции по медицинской и биологической инженерии (Вена, Австрия. 4-8 декабря 2002 г.), VIII Международной конференции по медицинским аспектам телемедицины (Тромсё, Норвегия. 15-17 сентября 2003 г.). Первой научно-практической конференции Приволжского федерального округа «Телемедицина и современные медицинские технологии» (Нижний Новгород, 20-23 апреля 2004 г.). Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в системе модернизации здравоохранения-2005» (Москва. 15-18 марта 2005 г.). Международной телемедицинской конференции «Med-e-Tel» (Люксембург, 06-08 апреля 2005 г.), VI международной конференции «Успехи и неудачи в телемедицине» (Брисбен, Австралия. 24-25 августа 2006 г.). Первого всемирного конгресса по теледерматологии (Грац. Австрия. 9-11 ноября 2006 г.).

Апробация диссертации состоялась на заседании Ученого совета Нижегородского НИИ гигиены и профессиональной патологии (2004 г).

Внедрение результатов исследования в практику

Результаты исследований используются в работе ФГУН «Нижегородский НИИ гигиены и профессиональной патологии» Роспотребнадзора, Нижегородского регионального телемедицинского центра на базе Нижегородской областной клинической больницы им. H.A. Семашко, НОУДПО «Институт информационных технологий «АйТи» (г. Москва). ФГУ «Московский НИИ педиатрии и детской хирургии» Росздрава.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработан алгоритм управления медицинской помощью на этапах выявления лиц с высоким риском развития профессиональных аллергодермато-зов и диагностики этой патологии с помощью информационных и телемедицинских технологий.

2. Дерматоглифический анализ цифровых изображений ладонной поверхности кистей позволяет оценить индивидуальную предрасположенность к развитию профессиональных аллергодерматозов, а анализ изображений кожных аллергологических тестов позволяет производить дистанционную оценку сенсибилизации к промышленным аллергенам.

3. Адекватная цветопередача красной и зеленой компонент изображений кожи является более значимой для дерматологии по сравнению с цветопередачей синей компоненты. Разработанный с учетом этих данных «индекс цветопередачи» является объективным показателем пригодности цифровых камер для использования в теледерматологии.

4. Автоматическая цветокоррекция цифровых изображений кожи с помощью предложенного алгоритма обеспечивает существенное повышение точности диагностики при теледерматологических консультациях.

5. Телемедицинские консультации являются эффективным средством диагностики профессиональных заболеваний кожи.