Введение к работе
Актуальность темы исследования
В офтальмологии, являющейся динамически развивающейся областью медицины, методики лечения разрабатываются с использованием современных медицинских теорий и практических знаний в совокупности с методами системного анализа и средствами математического моделирования.
Среди методик лечения большое значение придается антимикробной фотодинамической терапии (АФДТ).
Антимикробная фотодинамическая терапия (АФДТ) - метод лечения онкологических, опухолевых заболеваний, некоторых заболеваний кожи или инфекционных заболеваний, основанный на применении светочувствительных веществ - фотосенсибилизаторов (в том числе красителей), и, как правило, видимого света определённой длины волны.
Проведение АФДТ невозможно без расчетов дозы лазерного излучения. Необходимость точного расчета дозы лазерного облучения при АФДТ обусловлена опасностью превышения необходимой мощности облучения и количества вводимого светочувствительного вещества. Но выполнение точного расчета сопровождается определенными трудностями вследствие сложной геометрии витреальной полости и глаза в целом.
Необходимость введения в полость глаза веществ с различными физико-химическими свойствами, а также учета изменений нормальной анатомии глаза вследствие предшествующих вмешательств и травм, требует персонального расчета объема и площади витреальной полости на основе индивидуальных параметров глаза пациента. Индивидуальными параметрами глаза приняты: размеры наибольшего сечения, толщина хрусталика и расстояние от задней станки хрусталика до заднего полюса глазного яблока. Поэтому актуальной становится разработка средств для вычисления характеристик витреальной полости, которые позволят достичь максимально возможного лечебного эффекта АФДТ.
Процесс применения методики АФДТ, как и любое воздействие на человеческий организм, должен контролироваться специалистом. Для оценки результатов АФДТ в лечении различных глазных заболеваний традиционно используют метод флюоресцентной ангиографии. Данный метод позволяет получать флюоресцентные ангиограммы - цифровые фотографии глазного дна пациента, на которых можно различить области скопления светочувствительного вещества. Полученные флюоресцентные ангиограммы визуально оцениваются специалистом. Количественный показатель уровня флюоресценции областей скопления светочувствительного вещества дает возможность оценить количество фотосенсибилизатора и, соответственно, понять достигнут ли необходимый лечебный эффект, либо пациент нуждается в повторном курсе. Визуальная оценка не позволяет определить количественный показатель уровня флюоресценции, поэтому актуальной является задача разработки алгоритма, который позволит получать количественный показатель уровня флюоресценции и автоматизировать процесс анализа флюоресцентных ангиограмм.
Цель диссертационной работы
Разработка методов и алгоритмов для информационной системы поддержки принятия решений врачом-офтальмологом, обеспечивающих повышение качества диагностики результатов АФДТ при применении методов математического моделирования и компьютерного анализа данных.
В соответствии с поставленной целью задачи решались в следующей последовательности:
-
Построение математической модели витреальной полости глаза человека.
-
Разработка алгоритма расчета объема и площади поверхности витреальной полости в соответствии с индивидуальными параметрами глаза пациента.
-
Разработка алгоритма анализа фотографий глазного дна и определения уровня флюоресценции.
-
Разработка информационной системы поддержки принятия решений врачом-офтальмологом, включающей в себя алгоритм расчета параметров витреальной полости глаза и алгоритм анализа фотографий глазного дна, а также позволяющей осуществлять сохранение и накопление результатов для всестороннего анализа лечебного процесса с целью принятия решения о достигнутом лечебном эффекте.
Объектом исследования является информационная система анализа флюоресцентных ангиограмм и расчета параметров витреальной полости глаза человека.
Предметом исследования является информационное, методическое и программно-алгоритмическое обеспечение системы.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались численные методы, методы системного анализа, методы обработки изображений, методы математического моделирования.
Научная новизна
В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
-
Математическая модель, позволяющая рассчитывать объем, площадь поверхности витреальной полости глаза человека в соответствии с задаваемыми индивидуальными параметрами глаза пациента: размером наибольшего сечения, толщиной хрусталика и расстоянием от задней стенки хрусталика до заднего полюса глазного яблока.
-
Разработан метод построения математической модели витреальной полости глаза в инженерной системе автоматизированного проектирования (САПР) SolidWorks.
-
Разработан алгоритм, основанный на данных об объеме и площади витреальной полости, для вычисления плотности энергии лазерного излучения, распределения плотности энергии во времени.
-
Разработан алгоритм для анализа фотографий глазного дна пациента и определения уровня флюоресценции, который позволяет осуществлять сохранение и накопление результатов для всестороннего анализа лечебного процесса с целью принятия решения о достигнутом лечебном эффекте.
Практическая значимость
Возможность наблюдать изменения пропорций витреальной полости позволяет вести учет изменений нормальной анатомии глаза вследствие предшествующих вмешательств и травм.
Разработанный алгоритм расчета площади поверхности и объема витреальной полости глаза человека является универсальным средством расчета параметров витреальной полости, и позволяет использовать получаемые результаты при разработке новых или в уже имеющихся методиках, основанных на внутриглазном введении препаратов.
Возможность применять прикладную систему расчета объема и площади витреальной полости в лечении заболеваний, требующих многоэтапных и неоднократных вмешательств.
Использование возможности исследования флюоресцентных ангиограмм позволяет объективно оценить результаты проведения
АФДТ, и проанализировать достигнут ли нужный лечебный эффект или необходимо повторное проведение тех или иных мероприятий.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
-
Математическая модель витреальной полости глаза.
-
Алгоритм расчета объема и площади поверхности витреальной полости в соответствии с индивидуальными параметрами глаза пациента: размером наибольшего сечения, толщиной хрусталика и расстоянием от задней стенки хрусталика до заднего полюса глазного яблока.
-
Алгоритм анализа фотографий глазного дна и определения уровня флюоресценции.
-
Информационная система поддержки принятия решения врачом-офтальмологом, включающая в себя методы расчета параметров витреальной полости глаза и алгоритм анализа фотографий глазного дна, а также позволяющая осуществлять сохранение и накопление результатов для всестороннего анализа лечебного процесса с целью принятия решения о достигнутом лечебном эффекте.
Внедрение результатов работы
Результаты работы внедрены в клинической деятельности Калужского филиала ФГБУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России.
Апробация работы
Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
-
Региональной научно-технической конференции «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности» (г. Калуга, 2008);
-
Российском общенациональном офтальмологическом форуме (г. Москва, 2008);
-
III Всероссийской научной конференции молодых ученых с участием иностранных специалистов «Актуальные проблемы офтальмологии» (г. Москва, 2008);
-
Российском общенациональном офтальмологическом форуме (г. Москва, 2009);
-
«Новые технологии в офтальмологии» (г. Казань, 2009);
-
Межрегиональной научно-практической конференции «Метрология и инженерное дело в медико-биологической практике» (г. Оренбург, 2009);
- Международной конференции «Математические идеи П. Л. Чебышева и их приложения к современным проблемам естествознания» (г. Обнинск, 2011).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 3 - в научных изданиях перечня ВАК. Имеется один патент РФ на изобретение.
Личный вклад автора
Похожие диссертации на Информационная система поддержки принятия решений врачом-офтальмологом
-
-
-
