автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Анализ изображений кожи в телемедицинской диагностике профессиональных аллергодерматозов

На правах рукописи

Матвеев Николай Валентинович

АНАЛИЗ ИЗОБРАЖЕНИЙ КОЖИ В ТЕЛЕМЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ АЛЛЕРГОДЕРМАТОЗОВ

05 13 01 - Системный анализ, управление и обработка информации (медицинские науки) 14 00 11 - Кожные и венерические болезни

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Тула - 2007

003069341

Работа выполнена в ФГУН «Нижегородский НИИ гигиены и профессиональной патологии» Роспотребнадзора

Научный консультант:

Доктор медицинских наук, профессор

Кобринский Борис Аркадьевич

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор

Фадеев Юрий Александрович

Доктор медицинских наук, профессор

Доктор медицинских наук, профессор

Зарубина Татьяна Васильевна

Никулин Николай Константинович

Ведущая организация:

НИИ нормальной физиологии им П К Анохина РАМН

часов на заседании диссерта-

Защита состоится «23» мая 2007 г. в _

ционного совета Д 212 271.06 при Тульском государственном университете по адресу, г Тула, ул. Болдина, д. 128

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Тульского государственного университета по адресу г Тула, пр Ленина, д 92

Автореферат разослан «23» апреля 2007 г.

Ученый секретарь

доктор медицинских наук, профессор I 1 1 Гусейнов А 3.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Число лиц, контактирующих с аллергенами на рабочих местах, значительно и не имеет тенденции к уменьшению Часто профессиональный контакт работающих с аллергенами происходит через кожные покровы, что может вызывать профессиональные заболевания кожи аллергического характера, составляющие в индустриально развитых странах ботее 30% от общего числа профессиональных заболеваний (Halkier-Sorensen L, 1996, Diepgen Th I, Coenraads P J, 1999, Horwitz P В , 2006)

В Российской Федерации в 1980-е годы профессиональные дерматозы составляли более 20% в общей структуре профессиональных заболеваний (Бапюва М Д , 1984) Однако в дальнейшем доля зарегистрированных случаев профессиональных дерматозов резко снизилась и в последние годы не превышает 1% (Степанов С , 2007) Такое снижение может объясняться малым числом специалистов, осуществляющих диагностику и лечение профессиональных заболеваний кожи, которые сконцентрированы преимущественно в немногочисленных НИИ гашены труда (медицины труда), расположенных в крупных промышленных центрах (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, и др) Консультации у таких специалистов для больных из отдаленных регионов Российской Федерации крайне затруднительны В связи с этим проблема доступности высококвалифицированной специализированной помощи становится для ряда регионов все более острой

В России около 90% от общего числа регистрируемых профессиональных дерматозов составляют профессиональные аллергодерматозы (Измерова Н И и соавт , 1996) В связи с этим на первый план выходит задача своевременного выявления у работающих именно этой патологии

Одной из важных проблем в профилактике профессиональных аллер-годерматозов является оценка индивидуальной предрасположенности у лиц, работающих в контакте с аллергенами, к развитию этой патологии Одним из методов такой оценки служит анализ дерматоглифических данных - изучение рисунка папиллярных линий на коже ладоней Этот метод считается одним из наиболее доступных и информативных для определения предрасположенности к возникновению различной патологии, в том числе и патологии кожи (Гарина Т А и соавт , 1978, Von Wittwer В et al, 1970, Gruseck E et al, 1992, Pour-Jafari H et al, 2003), однако ранее для определения риска развития профессиональных аллергодерматозов дерматоглифический анализ не использовался При этом наряду с традиционным методом анализа дерматоглифических данных с получением отпечатков ладоней на бумаге при помощи краски (Гладкова Т Л , 1966), возможен и дистанционный вариант, когда цифровые изображения папиллярных линий ладони по телекоммуникационным сетям передаются дня анализа специалисту В связи с трудоемкостью ручного проведения дерматоглифического анализа, целесообразной является разработка программного обеспечения для его автоматизации Несмотря на го, что автоматизированный анализ оптечагков пальцев с целью идентифи-

капни личности (например, в криминалистике, для ограничения доступа к компьютерным данным, и т п ) применяется все более широко (Maltom D et al, 2003), компьютерные алгоритмы для оценки риска заболеваний кожи на основе анализа дерматоглифических признаков в литературе до настоящего времени не были описаны

Одним из перспективных способов повышения выявляемое™ профессиональных дерматозов, и, в частности, аллергодерматозов, а также групп лиц с высоким риском их возникновения, является использование современных информационных и телемедицинских технологий

В настоящее время телемедицина во всем мире широко используется для повышения доступности квалифицированной медицинской помощи жителям отдаленных территорий (Григорьев А И и соавт, 2001, Кобринский Б А, 2002, Coiera Е , 1997) При этом врач общей практики, работающий в таком регионе, использует компьютер, оборудованный средствами ввода медицинской информации и подключенный к телекоммуникационным сетям Как правило, точность диагностики заболеваний кожи, выявляемых с помощью телемедицинских консультаций, составляет от 75% до 90% (Whited J D , 2006), при этом была выявлена ее зависимость от модели камеры, регистрирующей изображения (Loane М et al, 1998)

С целью диагностики и лечения профессиональных заболеваний кожи, в том числе аллергодерматозов, телемедицинские технологии до сих пор в мире не использовались, так как это треб} ет решения целого ряда научных и организационных вопросов В частности, одним из наиболее важных вопросов, требующих решения для телемедицинской диагностики не только профессиональной, но и общей патологии кожи, является сравнение различных методов компьютерной обработки цифровых изображений кожи в клиническом контексте (Diepgen Th L , Ejsenach G , 1998) Кроме того, до настоящего времени не было опубликовано данных о влиянии характеристик цветопередачи цифровых фотокамер на диагностическую эффективность телемедицинских систем, несмотря на априорное предположение о том, что лучшие показатели их цветопередачи способны обеспечить более высокую достоверность телемедицинской диагностики

В связи с этим актуальным является научное обоснование общих принципов телемедицинской диагностики профессиональных заболеваний кожи, включая разработку способов компьютерного анализа и обработки изображений кожи, а также оценки цветопередачи камер, используемых в телемедицине

С учетом того факта, что диагностика профессиональных аллергодерматозов базируется в основном на оценке результатов кожных аллергологи-ческих тестов с предполагаемыми промышленными аллергенами, необходимым условием телемедицинской диагностики профессиональных аллергодерматозов была разработка метода объективной дистанционной телемедицинской оценки результатов таких тестов

НИР выполнялась в рамках договора Нижегородского НИИ гашены и профессиональной патологии с Минздравом России №740/098/008 «Налчпое

обоснование критериев оценки риска, прогнозирования и принципов профилактики развития неблагоприятных последствий в усчовиях воздействия на различные группы населения химического фактора производственной и окружающей среды», выполнявшегося в соответствии с заданиями отраслевой научно-технической программы на 1997-2000 гг "Эколого-шгиенические проблемы безопасности России и п)"ги их решения", а впоследствии в рамках договора с Минздравом России №006/098/001 «Мониторинг состояния здоровья различных гр>пп населения с применением современных информационных технологий и научное обоснование мер профилактики заболеваний, вызываемых воздействием на чеювека факторов среды обитания и неблагоприятными производственными факторами», выполняемого в рамках отраслевой программы на 2001-2005 гг «Системная разработка мероприятий по гигиенической безопасности России»

Цель научного исследовании: Теоретическое обоснование и разработка методологии телемедицинской диагностики профессиональных аллер-годерматозов на основе компьютерного анализа цифровых изображений кожи

В соответствии с поставленной целью определены следующие 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 эритемы

2 Разработка алгоритма проведения телемедицинских консультаций для диагностики профессиональных аллерго дерматозов

3 Оценка диагностических возможностей тетемедицинских консультаций в выявлении профессиональных аллерго дерматозов

4 Определение факторов, влияющих на точность телемедгацшекой 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 ношшш исследования. Впервые разработай комппекс методов для системы дистанционной оценки риска возникновения профессиональных алтергодерматозов и их диагностики средствами телемедицины, включающий

- метод оценки риска возникновения алтергодерматозов у работающих в контакте с химическими веществами с помощью компьютерного анализа дерматоглифических данных, позволяющий оценить индивидуальную предрасположенность работников к возникновению данной пато-ЛО! ии

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

- метод компьютерного анализа цифровых изображений кожных ал-лергологическич тестов, позволяющий осуществлять дистанционную оценку результатов проведенных тестов и основанную на этом диагностику аллергопатологаи, 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, преимущественною значимость для теледер-матолоши 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 программы

Научно-практическая значимость. Разработанная система дистанционной оценки результатов кожного аллергологического тестирования и прогнозирования риска возникновения аллергодерматозов 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

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

Апробации работы. Результаты научных исследований, положенные в основу диссертационной работы, были обсуждены на 15 научных конференциях и симпозиумах (в том числе 11 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 здравоохранешш» (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, 2022 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 (Тромсе, 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 здраво-охранения-2005» (Москва, 15-18 марта 2005 г), Международной телемедицинской конференции «Med-e-Tel» (Люксембу рг, 06-08 апреля 2005 г), VI международной конференции «Успехи и неудачи в телемедицине» (Брисбен, Австралия, 24-25 августа 2006 г), Первого всемирного конгресса по тете дерматологии (Грац, Австрия, 9-11 ноября 2006 г)

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

Публикации. По теме диссертации опубликовано 34 работы, в том числе 1 монография, 1 пособие для врачей, 17 статей (в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, и 2 за рубежом) и 15 тезисов (в том числе 6 за ру бежом)

Объем н структура работы. Диссертация изложена на 193 страницах печатного текста, содержит 34 рисунка и 29 таблиц Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы, описывающей материалы и методы исследований, б глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 181 источник (из них 63 отечественных и 118 иностранных), и приложений

Основные положения диссертации, выносимые па защиту:

1 Разработан алгоритм управления медицинской помощью на этапах выявления лиц с высоким риском развития профессиональных алтергодерматозов 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 аллергологаческих 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 теледерматолоши

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

5 Телемедицинские консультации являются эффективным средством диагностики профессиональных заболеваний кожи

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

С целью разработки метода оценки риска развития аллергодерматозов нами было обследовано 104работников, контактировавших на производстве с аллергенами эпоксидными смолами, другими поли- и олигомерами, солями хрома, никеля и др) шх металлов, медикаментами, фотореактивами и др Возраст обследованных находился в пределах 18-60 лет, стаж работы в контакте с аллергенами - от 1 до 28 лет

У 38 из обследованных (37% от общего числа) были выявлены аллерго-дерматозы (экзема, аллергический дерматит, крапивница), остальные 66, несмотря на работу в контакте с вышеперечисленными аллергенами аллерго-дерматозами не страдали

Для объективного выявления аллергодерматозов у обследованных проводилось дерматологическое обследование по общепринятой методике По показаниям (при наличии жалоб на аллергопатологаю кожи) проводилось аллергологическое тестирование с помощью компрессных кожных тестов

Для изучения возможности оценки результатов кожных тестов были использованы цифровые изображения 144 кожных компрессных теста у пациентов, подвергшихся кожном) аллергологическому тестированию в клинике ННИИГП в 2000-2001 г В качестве аллергенов использовались хром, никель, кобальт, антибиотики, витамины, смазочно-охлаждающие жидкости, эпоксидные смолы и др, в зависимости от характера тру довой деятельности обследу емых больных Оценка аллергической реакции проводилась через 4872 часа после постановки кожных тестов Цифровые изображения тестов бы-

ли получены с помощью планшетных сканеров Pnmax Colorado и Primax 4800 Direct В дальнейшем оценка изменения цвета кожи (степени эритемы) на участках постановки тестов производилась с помощью опредечения показателя Н («оттенок») на полученных цифровых изображениях с помощью компьютерной программы Adobe PhotoShop

С целыо выявления особенностей дерматоглифики, характерных для лиц, предраспотоженных к развитию аллергодерматозов, у всех обследованных было проведено дерматоглифическое обследование Оценка основных типов дерматоглифических узоров на дистальных фалангах пальцев кистей (завиток, ульнарная ичи радиальная петля дуга) производилась согласно методике, описанной Т J1 Гладковой (1966) Однако вместо получения отпечатков ладоней с помощью краски на бумаге нами производилось сканирование ладоней офисными сканером с последующим сохранением изображения ладоней на жестком диске компьютера

Случайным образом из 104 обследуемых были отобраны 18 человек (каждый шестой из алфавитного списка), которые в дальнейшем были использованы для тестирования разработанного метода диагностики Сам метод был разработан на основе обследования оставшихся 86 работников, которые составили так называемую «обучающую выборку»

Исследование эффективности дистанционной диагностики патологии кожи непрофессионального характера производились на примере поражений кожи при арсеникозе у 128 жителей Бангладеш, чьи изображения кожи были получены медицинскими работниками клиники в г Пабна (район, где высока концентрация мышьяка в питьевой воде) с помощью цифрового фотоаппарата и переданы для оценки двум дерматологам, которые по данным изображениям независимо друг от друга оценивали наличие гиперкерагоза и гиперпигментации, а также возможную связь патологии кожи с воздействием мышьяка

Исследование цветовоспроизведения 18 камер (15 цифровых фотокамер и 3 видеокамер) производилось с помощью стандартной цветовой шкалы GretagMacbeth ColorChecker Color Rendition Chart Точная колориметрия 24 цветовых полей данной шкалы была произведена с помощью прибора Minolta Chromameter Для каждой из изучаемых камер было произведено 72 измерения показателей цветовоспроизведения, в общей сложности было выношено 1296 измерений Исследования продемонстрировали, что одними из лучших показателей цветопередачи обладал цифровой фотоаппарат Olympus D460Z, с помощью которого получено 30 тестовых изображений кожи больных, находившихся на амбулаторном обследовании или стационарном лечении в клинике Нижегородский НИИ гигиены и профпатологаи (ННИИГП) в 2001-2002 гг

Для оценки влияния искажений цветопередачи цифровых изображении кожи на их восприятие экспертами-дерматологами применялась специально разработанная нами компьютерная программа TFST, осуществлявшая случайное (на основе дичика случайных чисел) искажение цветов тестовых

изображений кожи и, при демонстрации изображений кожи, автоматическую регистрацию оценок экспертов

В качестве экспертов выступали 8 дерматологов (5 из России и 3 из США) Эксперты визуально оценивали качество цветопередачи предъявляемых им изображений кожи по пятибалльной шкале, при этом программой TEST регистрировалась как количественная информация о реальном цвето-искажении каждого изображения, так и субъективная оценка этого изображения, данная экспертом Всего для 30 тестовых цифровых изображений кожи было получено 240 оценок цветопередачи

Для изучения эффективности теледерматологической диагностики 30 тестовых изображений кожи были переданы зав дерматологическим отделением Федерального научного центра гигиены им Ф Ф Эрисмана, дмн И В Яцыной)

С целью изучения влияния автоматизированной цветокоррекции с помощью разработанной нами компьютерной программы Translmage на диагностическую эффективность теле дерматологии было использовано 31 тестовое изображение кожи При этом 12 изображений из 31 не подвергались цветокоррекции, а цветопередача 19 других изображений были скорректирована специально разработанной компьютерной программой Translmage Для каждого из тестовых изображений три врача-эксперта производили оценку качества цветопередачи изображения кожи по пятибалльной шкале, кроме того, на основании этих изображений врачами выставлялся предварительный диагноз (без каких-либо дополнительных анамнестических данных) Всего, таким образом, было получено 93 экспертных оценки изображений кожи Поставленные экспертами диагнозы сравнивались с ранее известными диагнозами

Полученные данные клинических, инструментальных и лабораторных исследований обрабатывались на персональном компьютере с помощью электронной таблицы Microsoft® Excel 2002 и Stata 8 0 (среднее арифметическое, , ошибка среднего, критерий Стьюдента, критерий Фишера, коэффициент корреляции Пирсона, регрессионный анализ)

Обработка дерматоглифических данных проводилась с применением методики последовательного анализа по Вальду в модификации Е В Губле-ра (1990) Применённая методика последовательного анализа включала в себя следующие этапы

1) сравнение частоты встречаемости каждого из дерматоглифических показателей в группе "больных" (имеющих аллергодерматозы) с частотой встречаемости того же показателя в группе "здоровых" (не имеющих аллергической патологии),

2) определение наиболее информативных показателей, частота встречаемости которых у "больных" и "здоровых" достоверно различалась (р<0,05),

3) определите для каждого из информативных показателей прогностических коэффициентов (ПрК) по следующей формуле (Е В Гублср, 1990)

ПрК=5 lg Срх/ра)

где:

р\ - частота показателя в группе "больных";

Р2 - частота показателя в i"pynne "здоровых";

5 - эмпирический коэффициент.

4) с ведение uciix полученных ПрК с единую диагностическую Таблицу и Проверка диагноста'чес к ого алгоритма на контрольной выборке, не совпадающей с обучающей выборкой

Разработанные и процессе исследований компьютерные программы были созданы с применением системы визуального программирования Borland Delphi Enterprise 6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Определение индивидуальной предрасположенности к ратнш шо Профессиональных аллергодерматоэов у работающих н контакте с промышленными аллергенами

С целью целенаправленной профилактики профессиональных аллерго-дерматозов у работающих в контакте с аллергенами нами 6i.lt разработан метод количественной оценки риска развития аллергодерматозов у работающих на основе дерма тоглифичсс кого исследования папиллярных линий ладони.

Была произведена статистическая оценка частоты основных дерматог-лифичесхих узоров (завиток, душ, петля - см. рис. 1) на каждом из 10 пальцев кистей лиц, работающих в контакте с аллергенами: в труппах здоровых лиц и в группе лиц, страдающих аллергодерматозами, Дсрматоглифические показатели изучались отдельно V мужчин и у женщин.

Рис. I. Основные типы дерматогяифических узоров (слева направо - дуга, петля я завиток) Те дерматогпифические показатели, частота встречаемости которых достоверно (р<(),05) различалась в группах больных аллергодфматозами и здоровых и при этом в обеих группах частота встречаемости показателя от-

личалась от нуля, были расценены как признаки, использование которых целесообразно для оценки риска аллершдерматозов (см табт 1 и 2)

Таблица 1

Дерма гоглнфическис признаки, частота которых достоверно различалась у жепщнн с аллсргодерматозами и у здоровых женщин

Дерматоглифический признак Частота в группе АЛД (N=26) Частота в гр>ппе здоровых (N=39) ПрК

Левая кисть

II палец - завиток 0,58 0,36 + 1

II палец - ульнарная петля 0,15 0,33 -2

II палец - д> га 0,08 0,23 -2

II палец - радиальная петля 0,19 0,08 +2

III палец - завиток 0,27 0,10 +2

Табчица2

Дерматоглнфическпе пршнакп, частота которых достоверно различалась у мужчин с аллсргодерматозами н у здоровых мужчин

Дерматоглифический признак Частота в группе АЛД (N=6) Частота в группе здоровых (N=15) ПрК

Левая кисть

I палец - ульнарная петля 0,33 0,80 -2

II палец - завиток 0,50 0,07 +4

II палец - ульнарная петля 0 33 0,73 -2

Правая кисть

V палец - завиток 0,50 0,07 +4

Значегаге вероятности развития аллергопатотогаи кожи в зависимости от суммы ПрК указано в таблице 3

Таблица 3

Вероятность развития аллергодерматозов в зависимости от суммы про! ностнческнх козффнцнептов

С\ммаПрК Вероятность АЛД Оценка риска АЛД

<-5 Крайне низкий

-5 -2 7-33% Низкий

-1 +1 34-66% Неопределенный

+2 +5 67-93% Высокий

>+5 >93% Крайне высокий

Разработанная методика дистанционного определения риска аллерго-дерматоза состоит в следа югцем

- производится сканирование ладонных поверхностей обеих кистей обследуемых с помощью планшетного сканера (с разрешением не менее 250 точек на дюйм) Изображение сохраняется на жестком диске компьютера как черно-белое полутоновое изображение

- полученные изображения ладоней обследуемых передаются по электронной почте (или иным каналам связи) консультанту, который вручную или с помощью специально разработанной компьютерной программы иден-тифициру ет кожные у зоры на дистальных фалангах пальцев кистей (завиток, дуга, ульнарная или радиальная петля), на основе чего делается вывод о высоком или низком риске развития аллергодерматозов

При массовом обследовании рабочих визу альный анализ дерматоглифи-ческих данных может быть затруднен С учетом этого, нами была разработана компьютерная программа АПс^оЯсап для автоматизированного анализа дерматоглифических данных и расчета вероятности аллергодерматозов у работающих Данная программа, на основе специально созданных для этой цели алгоритмов анализа изображений ладони, позволяет

1) произвести сегментацию изображения цифрового изображения ладони, с выделением изображения кисти и дистальных фаланг (см рис 2)

2) классифицировать тип у зоров на дистальных фалангах пальцев кисти

3) на основе данных, приведенных в таблицах 1-3 вычислить соответствующие суммы прогностических коэффициентов и произвести оценку риска развития аллергодерматозов

Для сегментации изображения кисти на нейтральном сером фоне (наиболее часто встречающийся фон при сканировании кисти с помощью планшетного сканера) нами были разработаны три варианта алгоритма па основе оценки яркости, на основе оценки цвета, и на основе оценки неоднородности текстуры изображения Исследования показали наиболее высокую эффективность последнего варианта алгоритма, который заключался в последовательном определении для каждого элемента изображения (пиксела) суммы разностей яркости данного пиксела и яркостей восьми окружающих пикселов Было установлено, что данный показатель в области фона составляет

44,5+12, а в области кожи кисти - 59.4+14 (различие статистически достоверно. р<^0.01). 8 качестве границы, используемой ятя сегментации, было выбрано среднее арифметическое значение между этими двумя величинами, т.е.(44,5+59Д)/2~52

Рис. 2. Вичуаличация работы алгоритма программ!! АНе^ойсап (вшеление участков изображения, соответствующих дистальным фалангам)

Для дальнейшего выделения дистальных фаланг кисти применялся разработанный нами алгоритм геометрического анализа изображения, основными этапами которого являлись следующие:

1) определение положения наиболее выступающей части кисти (дис-тальной фалант среднего пальца);

2) определение боковых границ дистальной фаланга среднего пальца;

3) определение границ дистальных фаланг безымянного и указательного пальцев;

4) определение границ дистальных фаланг большого пальца и мизинца;

5) дифференциация (на основании положения большого пальца) правой и левой кисти.

Эффективность вышеописанных алгоритмов при тестировании на 212 изображениях составила 95,8%; неверно были распознаны изображения лишь в 9 случаях (4.2%). что было связано с неправильным расположением кисти обследуемого при сканировании (под углом свыше 15") в 7 случаях и в 2 случаях - с анатомическими дефектами кис гей (ампутация одного из наль-

цев) Случаев неправильного распознавания правильно расположенных нормальных кистей выявлено не было

Классификация типа дерматоглифических узоров производилась с помощью метода, описанного Макош Б с1 а1 (2003), в нашей модификации, заключавшейся в использовании упрощенного алгоритма определения так называемой «матрицы направлений», с одновременным применением более сложного алгоритма классификации

При этом определялась так называемая «матрица направлений» кожных гребней на дистальных фалангах пальцев, для чего выделялись 100 точек на изображении каждой фаланги (в виде двухмерной матрицы 10 х 10 с одинаковым расстоянием между соседними точками), для каждой точки определялось направление, характеризующееся максимальным периодом градиента яркостей, которое и соответствовало направлению кожных гребней в данной точке

Для каждого из 4 типов дерматоглифических у зоров были выбраны по 20 «обучающих» изображений, преобразованных с помощью вышеописанного алгоритма в соответствующие «матрицы направлений», которые были усреднены для каждого из типов узоров Таким образом были получены 4 «матрицы направлений», наиболее типичных для каждого из у зоров

Классификация вновь полученного изображения дисталыюй фаланги может быть произведена на основе сравнения «матрицы направлений», полученной для данного изображения, с 4 типичными «матрицами направлений» при помощи вычисления Евклидова расстояния между полученной матрицей и матрицами, типичными для каждого узора, в 100-мерном пространстве признаков (10 х 10 точек) Та «матрица направлений», которая демонстрирует наибольшую степень сходства с рассматриваемой (минимальное Евклидово расстояние), определяет характер у зора на рассматриваемом изображении

Эффективность разработанного комплекса алгоритмов анализа изображений была протестирована на 90 реальных изображениях кистей рук 45 об-с ас дуемых При тестировании из 360 изображений (90 х 4) дистальных фаланг пальцев кистей было верно распознано 316 изображений (88%) Этот резу льтат является достаточно высоким и сопоставим с максимально достигну тым показателем (92%) при распознавания типов дерматоглифических у зоров (МаНош Б с1 а1, 2003)

Применение данного подхода позволит шггегрировать метод выявления гру пи риска среди работающих в контакте с аллергенами в общую систему теледерматологической диагностики, что даст возможность с помощью современных информационных и телекоммуникационных систем решать вопросы как профилактики этой патологии, на основе выявления лиц с наиболее высокой индивиду алыюй предрасположенностью к ее развитию и проведения соответствующих профилактических мероприятий, так и проводить диагностику и лечение уже возникших аллергодерматозов

2. Проблемы качества цветопередачи изображений кожи в телемеднцннскон дпагпостпке дерматозов

До настоящего времени, несмотря на широкий выбор доступных цифровых камер, не были сформулированы критерии выбора таких камер для дистанционной диагностики патологии кожи

Рекомендации по выбору цифровых камер, даваемые зарубежными организациями, в частности Американской Академией Дерматологии, являются недостаточно конкретными, фактически в них у казана лишь разрешающая способность цифровой камеры - не менее 1000 х 1000 пикселов В то же время информации по оценке качества изображения цифровых фотокамер, и прежде всего - по оценке цветопередачи камер, в досту пных источниках оо-наружить не у далось

В связи с вышеизложенным нами был разработан и применен на практике метод объективной оценки цветопередачи цифровых камер

В основу метода было положено фотографирование различными цифровыми фотокамерами стандартной цветовой шкалы GietagMacbeth® Coloi-Checkei Coloi Rendition Chart, состоящей из 24 участков различных цветов Шкала фотографировалась цифровыми фотокамерами с использованием их встроенных ламп-вспышек (тем самым моделировались наиболее типичные условия фотосъемок для теледерматологических консультаций) На полученных цифровых снимках стандартной шкалы определялись значения красного, зеленого и синего цветов (R, G, В - трех основных цветов, используемых для представления любого цвета на экране компьютерных мониторов) для каждого из 24 участков шкалы при помощи программы Adobe® PhotoShop Elements

Для получения «стандартных» значений цветов шкалы Ro, Go, Во была проведена точная колориметрия 24 цветовых полей использованной цветовой шкалы с помощью прибора Minolta Chromametei с измерением для каждого поля величин L*, а* и Ь*, на основе чего проводилось вычисление соответствующих значений Ro, Go, Во с применением известных форму л

Величина цветоискажения (отклонение цветопередачи) определялась как Евклидово расстояшге между «стандартным» значением цвета конкретного поля цветовой шкалы и цветом этого же поля на цифровом изображении, полученном данной камерой (в принятом для компьютерной графики трехмерном цветовом пространстве RGB) по следующей формуле

D = - R0)! + (О, -G0)z + (В, - В0)2

Где

D -отклонение цветопередачи,

R„ G„ В,-значения соответственно красной, ¡слепой и синей компонент у частка шо-бражения цветовой шкалы, полученного цифровой фотокамерой,

Ro, Go, Во - «стандартные» значения соответственно красной, зеленой и синей компонент, точно измеренные коториметром для аналогичного \ частка цветовой шкалы

Предполагалось, что показатель D интегрально характеризует степень отклонения цветопередачи камер от «идеальной» в трехмерном цветовом пространстве RGB Чем больше данный показатель (т е чем больше отклонение итогового цвета от «стандартного»), тем значительнее отклонение цветопередачи конкретной камеры от идеального (D=0), при этом предполагается, что цветоискажения по каждому из трех основных цветов (красному, зеленому и синему) одинаково значимы

Значения показателя D, определенные нами для 15 протестированных цифровых камер, приведены в табл 4

Таблица 4

Характеристики цветопередачи изученных цифровых фотокамер

№ Моден, камеры Среднее отклонение цветопередачи (D) Индекс цветопередачи (ИЦ) Экспертная оценка качества изображения (по данным www megapixel net)

1 Canon AS-50 66,76 3,24 8

2 Canon А510 34,75 3,38 10

3 Canon PowerShot G2 67,73 2,99 10

4 Fujifilm FmePix 1400 49,38 3,22 9

5 Fujifilm MX 1200 87,72 2,42 6

6 Fujifilm S3800 48,09 3,47 9

7 Kodak DC 215 104,51 2,33 6

8 Kodak DC 240 50,51 3,2 9

9 Kodak CX 4330 59,36 3,14 9

10 Nikon D1 52,35 3,34 10

И Nikon CoolPix 885 57,52 3,11 9

12 Olympub D-460Z 35,74 3,46 9

13 Olympus Z3040 47,73 3,27 8

14 Pentax istD 45,98 3,23 10

15 Sony MavicaMVC-FD83 38,75 3,37 8

В этой же таблице приведены данные об экспертных оценках качества изображения этих камер по данным независимого источника www megapixel net (0 - «очень плохо», 10 - «отлично») Обращает на себя внимание значительный разброс значений показателя D отдельных камер, в том числе различных камер одного и того же производителя

Нами была выявлена корреляция между значениями показателя D и экспертными оценками качества изображений фотокамер www megapixel net Коэффициент корреляции между этими двумя показателями оказался доста-

точно высок (-0,57) и достоверно отличался от 0 (р=0,05), что свидетельству -ет о достаточной надежности экспертных оценок на упомянутом сайте и о потенциальной возможности их использования для объективной оценки качества изображений фотокамер

Однако для практических целей необходимо было определить пороговое значение показателя Д ориентируясь на которое можно было бы решать вопрос о целесообразности применения конкретной модели цифровой камеры в теледерматолопш.

Для этого нами была создана специальная компьютерная программа TEST, с помощью которой экспертам-дерматологам на экране компьютера демонстрировались 30 тестовых изображений кожи Во время работы программы каждая из трех цветовых составляющих изображения (красная, зеленая и синяя) искусственно искажалась на определенную величину (определяемую каждый раз заново с помощью генератора случайных чисел, так что ни эксперты не знали величину цветоискажения) Эксперты визуально оценивали качество цветопередачи полученных изображений кожи по пятибалльной шкале, затем экспертные оценки (зарегистрированные на жестком диске компьютера) сравнивались с объективными данными о внесенных цве-тоискажениях (которые также регистрировались компьютером)

Отклонение цветопередачи тестовых изображений (¿>) рассчитывалось по следмощей формуле

.DWAK' + ag' + AB2

Где

дК, лО и дВ - случайные величины цветоискажений каждой m трех цветных компонент (красной, зеленой, и синей), автоматически генерируемые программой TEST

Анализ распределения оценок 3 американских и 5 российских экспертов-дерматологов (которые были привлечены для тестирования цветоиска-жений с одним и тем же набором изображешш кожи) показало, что российскими экспертами выставлялись достоверно более высокие оценки по сравнению с американскими экспертами при равном у ровне вносимых цветоис-кажений

Доля изображений, охарактеризованных российскими экспертами как «хорошие» и «очень хорошие», составила 54% по сравнению с 36% у американских экспертов (различие достоверно, р<0,05) Это, предположительно, было вызвано отсутствием у российских дерматологов опыта оценки цифровых изображений кожи на экране компьютера

Необходимо было определить, какое отклонение цветопередачи является «критическим» Для этого была рассчитана средняя величина показателя D для «хороших» и «очень хороших» изображений кожи, а также для всех остальных изображений («очень плохих», «плохих» и «удовлетворительных»)

Пограничное значение вычислялось как среднее арифметическое средних значений показателя £> для двух категорий изображений Несмотря на определенные различия в оценке изображений российскими и американскими экспертами, пограничные значения цветоискажений, полученные на основании оценок изображений кожи обеими гру ппами экспертов, были весьма близки (см табл 5)

Таочица 5

Средине значения величины отклонения цветопередачи В (М±т) в соответствии с экспертными оценками изображений кожи

Группы экспертов Категории изображений Пограничное значение цветоискажения

«хорошие» и «очень хорошие» «очень плохие», «плохие» и «удовлетвори-тыьные»

Американские дерматологи 36,64+3,97* 63,64+3,35* 50,14

Российские дерматолога 44,45+2,31* 54,60+2,85* 49,53

Средние данные 42,26+2,02* 58,21+2,22* 50,24

•Различия между двумя категориями изображений достоверны, р--0,01

На основании полученных данных был сделан вывод о том, что величина отклонения цветопередачи Д превышающая значение 50, приводит, по оценке дерматологов, к низкому качеству изображений кожи При этом предполагалась равная значимость искажений по каждому из основных цветов

Дополнительно была проведена оценка влияния цветоискажений по каждому из трех основных цветов (красному, зеленому и синему) на оценку качества цветопередачи

С этой целью был произведен регрессионный анализ зависимости экспертных оценок качества цветопередачи от уровня цветоискажений по отдельным цветам

Было обнаружено, что наиболее сильно на оценку качества цветопередачи влияет искажение по красному цвету (коэффициент регрессии = -0,016, р<0,001), менее значимо искажение по зеленому цвету (коэффициент регрессии = -0,011, р=0,002), а искажения по синему цвету практически не влияют на восприятие изображения экспертами (коэффициент регрессии = -0,002, р=0,482)

Получено следующее уравнение регрессии

ИЦ=3,98 - 0,0161?. -0,01 Ш

Где ИЦ - индекс цветопередачи,

Я - искажение по красному цвет», О - искажение по зеленому цвету

С использованием данного уравнения были рассчитаны средние значения ИЦ - показателя, учитывающего особенности восприятия экспертами цветоискажения отдельных цветов (в отличие от показателя D) Результаты отражены в табл б Как и в слу чае использования величины цветоискажения D очевидны различия в оценках между российскими и американскими экспертами, тем не менее, как и с использованием показателя Д пограничные значения показателя достаточно близки Среднее пограничное значение ИЦ определено равным 3,37 Меньшие значения индекса свидетельствуют о низком качестве цветопередачи цифровых фотокамер

Представляло интерес сравните двух предложенных нами показателей индекс цветопередачи (ИЦ), учитывающего различный вклад отдельных цветов, и интегрального отклонения цветопередачи (D)

С этой целью для каждой из изученных цифровых фотокамер было дополнительно произведено вычисление показателя ИЦ, с использованием вышеприведенной форму лы для его расчета (см табл 4)

Использование для оценки цветоискажений камер показателя ИЦ (учитывающего различный вклад отдельных цветов) показало более высокую корреляцию между экспертными оценками сайга \ууууу megapixel net и ИЦ (коэффициент корреляции Пирсона р=0,67, р=0,018), чем между экспертными оценками и показателем D (р=-0,57, р=0,05) Таким образом, у чет вклада отдельных цветов с помощью предложеного нами индекса цветопередачи ИЦ обеспечивает более высокую достоверность оценки цветоискажений по сравнению с интегральным показателем D

Таопица 6

Средние значения ипдекса цветопередачи (М±т) в соответствии с экспертными оценками изображений кожи

Группы экспертов Категории изображений Пограничное значение ИЦ

«хорошие» и «очень хорошие» «очень плохие», «плохие» и «удовлетворительные»

Американские эксперты 3,56+0,06* 3,22+0,07* 3,39

Российские эксперты 3,47+0,04* 3,25±0,07* 3,36

Средние Данные 3,51+0,05* 3,23±0,05* 3,37

Различия между дв\ мя категориями изображений группами достоверны, р<0,01

В связи с этим предлагается использовать в теледерматологии лишь те цифровые фотокамеры, показатель ИЦ которых не ниже 3,37

Вызывала интерес оценка цветоискажений камер для видеоконференций Учитывая необходимость значительной компрессии кадров для передачи движу щихся изображений, можно было предположить, что качество цветопередачи этих камер несколько ниже, чем у цифровых фотокамер

Данные, полученные при тестировании 3 видеокамер (см таол 7), свидетельствуют о том, что величины цветоискажений этих камер значительно (в 2-4 раза) у сту пают показателям лучших цифровых фотокамер

Таочица 7

Значения величины цветонскажсния В протестированных камер длп видеоконференций

№ Модель видеокамеры D

12 Sony PC IE 93.2

2 Logitech 4000 Pro 61,8

3 Creative WebCam III 54 5

Лучшие показатели цветопередачи были характерны для более современных видеокамер компьютерных видеокамер Logitech 4000 Pi о и Creative WebCam III Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования для проведения теледерматологических видеоконференций лишь наиболее современных моделей видеокамер

Тем не менее, возможен и следующий вариант использования видеокамер для дистанционной диагностики патологии кожи предварительно консультанту передаются цифровые изображения патологии кожи, полученные с помощью цифровой камеры с у довлетворительными показателями цветопередачи, а затем для проведения сеанса видеоконференции в реальном режиме времени может быть использована видеокамера, показатели которой в таком варианте консультации значительно менее критичны

Таким образом, нами был разработан и применен на практике метод объективной оценки цветоискажений фото(видео)камер на основе дву х предложенных нами показателей, один из которых являлся интегральным (отклонение цветопередачи D), а второй учитывает особенности восприятия искажений цвета изображений кожи дерматологами (индекс цветопередачи ИЦ) При этом результаты применения разработанного метода оценки достаточно хорошо согласовывались с резу чьтатами экспертных оценок цифровых фотокамер Установлено, что камеры с показателем цветоискажения Д соответствующим 51 и выше (или же камеры с индексом цветоискажения ИЦ менее 3,37) малопригодны или непригодны для целей теледерматолопш, так как вызывают заметные для дерматологов цветоискажения

Наряду с определением влияния цветопередачи камер на су бьективное восприятие качества изображений кожи экспертами-дерматологами, представляла значительный интерес и оценка влияния цветопередачи на достоверность дерматологической диагностики при телеконсультациях

Как известно, основную часть регистрируемых в настоящее время профессиональных аллергических заболеваний кожи составляют две нозологические единицы экзема и аллергодерматит (Измерова Н И и соавт , 1996) В основе этих заболеваний лежит аллергическое воспаление кожи Основным проявлением этой патологии, доступным для дистанционной оценки с по-

мощью теледерматологии, является один из классических признаков воспаления - эритема (покраснение) Следовательно, адекватное воспроизведение выраженности эритемы на цифровом изображении является залогом эффективной теледерматологической диагностики

В связи с этим была произведена оценка воспроизведения эритемы различными моделями фотокамер (в качестве модели эритемы использовались изображения аллерготестов на коже предплечья) По техническим причинам было невозможно использовать несколько камер одновременно для фотографирования одного и того же реального изображения эритемы В связи с этим для каждой из протестированных камер была разработана математическая модель с целью имитации цветоискажешш, которые данная камера вносила в исходное изображение Для этого были определены аппроксимирующие функции, которые позволяли бы наиболее точно воспроизвести цвето-искажения, вносимые камерой в изображение стандартной цветовой шкалы

В табл 8 приведены вычисленные аппроксимиру ющие линейные фу нк-ции для четырех изу ченных камер (отдельно для значений красного, зеленого и синего цветов - Я, О и В)

Табчица8

Аппроксимирующие фу нкции для моделирования цветоискажешш

цифровых камер

Модель камеры R G В

Fuji FinePix 1400 >-=1,3424- 48,01 > = l,306x-43,88 y=l,337x-52,99

Fuji MX 1200 N=1,0264+31,93 y=l,344x-20,17 у=1,502ч-66,79

Kodak DC 215 V=l,280x- 15,65 V=l,307x-4,77 V=l,533x-48,23

OlympUb D-460Z >•=1,3054- 95,56 y=l 28 lx- 63,92 >=1,338х-73,80

Для оценки цветовоспроизведения эритемы было использовано 16 цифровых изображений аллерготестов, из них 10 тестов были отрицательными и 6 - положительными (значения показателя Н («оттенок») определенные с помощью компьютерной программы Adobe® PhotoShop Elements,, находились соответственно в пределах от 12 до 21 и от 4 до 9) С использованием функций, приведенных в табл 5, было произведено моделирование цветоисхаже-ний соответствующих цифровых камер В итоге были получены «искаженные» значения показателя Н, которые затем оценивались на соответствие отрицательному (Н<11) или положительному (Н>11) результату теста в соответствии с результатами наших исследований (см стр 23)

Доля верно оцененных результатов кожных аллергологаческих тестов (после смоделированного цветоискажения) для четырех камер приведена в табл 9

Полученные данные показывают, что две камеры с лучшей цветопередачей (Fuji FinePix 1400 и Olympus D-460Z) продемонстрировали более высокую частоту верных оценок кожных тестов (в среднем 84%), чем камеры с

неудовлетворительной цветопередачей (Fuji MX 1200 и Kodak DC 215) - в среднем 63% (различия достоверны, р<0,05)

Таочица 9

Доля верных оценок результатов кожных аллергологпческнх тестов при математическом моделировании цветопекаження некоторых цифровых

камер

Модель камеры Доля верных оценок положительных тестов (N=6) Доля верных оценок отрицательных тестов (N=10) Общая доля верных оценок (N=16)

Fuji FmePix 1400 0,67 1,0 0,88

Fuji MX 1200 0,00 1,0 0,63

Kodak DC 215 0,00 1,0 0,63

Olympus D-460Z 0,50 1,0 0,81

Полученные результаты объективно подтверждают значимость использования в теледерматологии камер с лучшими характеристиками цветопередачи для повышения диагностической эффективности теледерматологических консультаций

Результаты, полученные при изучении изображений кожи 128 жителей Бангладеш, страдаюших арсеникозом, подтверждают значимость адекватной цветопередачи и при дистанционной диагностике заболеваний кожи непрофессионального характера Было показано, что два дерматолога, независимо оценивавшие цифровые изображения лиц с пшеркератозом и гиперпигментацией (предположительно, вследствие арсеникоза), достоверно чаще были согласны в оценке патологии кожи на изображениях с меньшим отклонением цветопередачи

Первый же опыт теледерматологических консультаций, проведенных нами в 1998 г, показал, что цифровые фотографии, переданные для консультаций, отличались низким качеством цветопередачи, несмотря на использование цифровой камеры известной фирмы-производителя В связи с этим нами была произведена оценка цветопередачи данной камеры, а затем разработана специальная компьютерная программа для компенсации цветоиска-жений, вносимых данной моделью камеры Тем не менее, разработка отдельной цветокорректиру ющей компьютерной программы для каждой модели цифровых фотокамер, при постоянном росте числа доступных моделей, не являлась эффективным решением проблемы

Реальной альтернативой явилось создание нами компьютерной программы Tianslmage, способной автоматически, с применением специально разработанного алгоритма, оценивать цветопередачу полученных изображений кожи и, с учетом произведенной оценки, осуществлять соответствующую цветокоррекцию Основой для создания такого алгоритма послужило у казание на то, что цвет кожи является одним из тех «опорных» цветов (наряду с цветом голубого неба и зеленой листвы), основываясь на котором человек оценивает качество цветопередачи изображеши (Волгин А Г, 1987,

Гурлев Д С.. 1989). С помощью специально разработанного алгоритма на цифровом изображении определялись те участки, которые с наибольшей вс-роятностью соответствовали коже (см. рис 3). определялся их цвет, а затем автоматически вычислялись необходимый характер и величина цветокоррекции

Несмотря на то. что существует ряд универсальных компьютерных программ, способных осуществлять автоматическую цветокоррекцию (например. Microsoft® Photo Editor, Adobe1?-1 PhotoShop и др.), нами показано, что специализированная компьютерная программа Trans Image дает лучшие результаты при цветокоррекции именно изображений кожи.

Для того, чтобы сделать вывод о целесообразности использования разработанной нами компьютерной программы TransImage в теледерматологии, необходимо было проведение оценки качества цветопередачи изображений кожи до цветокоррекции и после нее, а также получение данных о влияния цветокоррекции на эффективность телемедицинской диагностики.

С этой целью нами было использовано 31 тестовое цифровое изображение кожи, из которых 12 не подвергались цветокоррекции, а ¡9 были подвергнуты автоматической цветокоррекции с помощью программы TransImage.

Рис. Í. Визуализация работы алгоритма программы Trans Image, определяющего участки изображения, соответствующие коже (выделены черным цветом ни правом изображении)

Данный набор изображений Предъявлялся последовательно трем экспертам-дерматологам, которых просили оценить качество цветопередачи каждого из изображений (по пятибалльной системе), и выставить ориентировочный диагноз (анамнестические данные дерматологам не сообщались).

Средняя экспертная оценка качества цветопередачи исходных изображений была равна 3,69+0.Ы. Средняя оценка для изображений, подвергшихся цветокоррекции, оказалась равной 4.05±0,11 (различия достоверны, р<0.05). Таким образом, экспертные оценки подтвердили, что разработанная нами компьютерная программа Translmage действительно повышает качество изображений кожи.

При оценке 12 »скорректированных изображений в среднем достоверность диагностики составила 56%, тогда как при оценке 19 корректированных изображеш1Й достоверность диагностики была достоверно выше и составила 81% (р<0,05) Таким образом, использование для автоматической цветокоррекции разработанной нами компьютерной программы Tianslmage приводит к достоверному повышению качества цветопередачи и достоверности диагностики

Кроме того, наряду с применением для цветокоррекции единичных цифровых фотографий кожи, компьютерная программа Tianslmage может быть с успехом использована и для коррекции цветопередачи серии фотографий, полученных при динамическом наблюдении за состоянием кожи больного в процессе лечения

3. Возможности днстапцпонной оценки кожпых аллерготестов

Использование телемедицинских технологий для дистанционной диагностики профессиональной патологии кожи требует разработки методики дистанционной оценки сенсибилизации

Дистанционная оценка сенсибилизации может основываться на анализе врачом-консультантом результатов компрессных аллергологаческих кожных тестов (patch-tests) Одшм из методов оценки выраженности аллергической реакции, пригодным для использования в теледерматологии, является оценка выраженности эритемы (покраснения) при проведении таких тестов (Р Els-nei, 1995)

Поскольку при теледерматологических консультациях консультанту передается изображение кожи пациента, логично было бы предположить, что данная система передачи изображений может также быть использована и для оценки результатов кожных аллергологаческих тестов Тем не менее, по-видимому, одной лишь субъективной (визуальной) оценки тестов недостаточно, в связи с чем возникла необходимость разработки методики объективной оценки кожных тестов в дистанционном (теледерматологическом) варианте

Одним из возможных методов объективной оценки степени эритемы на цифровых изображениях кожи является измерение показателя Н (от английского «Hue» - «оттенок») Чистому красному цвету, например, соответствует значение Н 0° Значение Н может быть определено с помощью редактора изображений (например, программы Adobe PhotoShop) Пример определения показателя Н для определенного участка изображения кожи приведен на рис 4

Для изучения возможности оценки результатов кожных тестов с помощью показателя Н были использованы 144 изображения кожи предплечий у пациентов, подвергшихся кожному аллергологическому тестировашпо в клинике ННИИГП в 2000 - 2001 г

Цифровые изображения кожи предплечий получали е помощью планшетного сканера формата А4. Результаты измерения показателя Н на изображениях кожных аллергстестов, полученных вышеописанным способом, приведены в табл. 10.

Й9- » » ЙФ ^еш

Qrc^J в«. > [UMiitfaHt* ---"—■—:-—-

Рис.4. Пример определения показателя Н (оттенок) ¡щ цифровом изображения кожных аллерготестов е помощью компьютерной п рог рам мы Adobe Photoshop

Таблица 10.

Средние значения показатели Н в зависимоети от выраженности а. Li ерш ческой реакции

Область измерения Н Р (в сравнении с иитактной кожей)

Отрицательные тесты тггактиая кожа f.Y в ; 16,5+2,9 -

Сомнительные тесты f.V 10) И. 1+4, J >0.06

Слабо положительные тести (Л' -12} 5,«+2.J <0,001

Положительные тесты (N 26) ■1,0+2,0 <о,ши

Речко положительные тесты (N=19) 03+2 J <0,001

Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют, что существуют статистически достоверные различия между значениями показателя Н дня чистой кожи (отрицательных тестов) и положительными тестами. Пограничным значением для выявления положительной реакции на аллергий может слу-

жить среднее арифметическое значение средних значений для чистой кожи и для слабо положительных тестов (16,5+5,8)/2 ~ 11

Таким образом, значения Н в зоне постановки кожных тестов 11 и менее могут быть расценены как положительные, более 11 - как отрицательные

Поскольку изображения кожи предплечий, получаемые с помощью планшетного сканера, могут быть легко переданы по электронной почте у да-лешюму консультанту, данный метод может быть с успехом использован для дистанционной оценки кожных тестов в профдерматолопш

4. Организация телсдерматологпческнх консультаций для лиц с предполагаемым профессиональным характером аллергодерматозов

На основании собственного опыта проведения телемедицинских консультаций в профдерматолопш и с учетом имеющихся литературных данных, нами был сформулирован ряд принципов проведения таких консультаций

Так, дистанционная теледерматологическая консультация для диагностики профессионального дерматоза может быть запланирована при наличии следующих условий

а) пациент имеет (либо у него подозревается) патологию кожи аллергического характера (аллергодерматоз),

б) пациент, согласно санитарно-гигиенической характеристике условий тру да, имеет производственный контакт с веществами, обладающими аллергенным действием

в) нет иной очевидной причины для развития аллергодерматоза данной локализации (например, варикозных изменений вен голени при экземе голеней)

Консультанту должны быть переданы текстовые данные, без которых невозможно решение вопроса о профессиональном характере патологии кожи К ним относятся, наряду с паспортными, следующие данные 1) настоящее место работы, 2) дата первого обращения к профпатологу (дерматолог\), выставленный диагноз, 3) дерматологические жалобы в настоящее время, 4) время первого появления дерматологических жалоб, 5) с чем больной связывает первое появление высыпаний, б) имеется ли улучшение состояния кожи в выходные дни, в отпуске, при изменении характера работы, 7) трудовой анамнез (в соответствии с трудовой книжкой), 8) возможный контакт с аллергенами и раздражающими кожу веществами на производстве (по данным санитарно-гигиенической характеристики), 9) объективные данные а) краткое описание локализации и характеристики имеющихся высыпаний, б) лабораторные данные - общий анализ крови, результаты аллерготестов (если имеются), 10) вопросы, которые ставятся перед консультантом

Для фотографирования поражений кожи должны быть использованы цифровые фотокамеры, удовлетворяющие следующим условиям

1) Высокое качество цветопередачи, определяемое с помощью фотографирования стандартной цветовой шкалы и последующего определения величины предложенного нами показателя ИЦ, который не должна быть ниже 3,37

2) Разрешающая способность не менее 1000 х 1000 пикселов

3) Наличие объектива с переменным фоку сным расстоянием

4) Наличие в цифровой фотокамере встроенной вспышки с возможностью ее ручного включения и отключения

При фотографировании поражения кожи, необходимо заботиться о том, чтобы консультирующий дерматолог смог получить представление о 1) локализации высыпаний, 2) форме очагов поражения, 3) характеристике единичных элементов высыпаний В подавляющем большинстве случаев, для получения этой информации требуется несколько фотографий, особенно при распространенном характере процесса и/или при полиморфизме высыпаний (в среднем - от 3 до 10) В кадр должны обязательно включаться узнаваемые анатомические ориентиры

Нами предложен следующий алгоритм принятия решений в процессе подготовки и проведения теледерматологических консультаций (см рис 5)

При достаточной информации о пациенте, консультант формулирует диапюз в соответствии с требованиями профессиональной дерматологии (нозологическая форма, локализация поражения, выраженность процесса, связь заболевания с профессией) В том случае, когда консультант не может однозначно у становить диагноз или связь заболевания с профессией, проводится дифференциальная диагностика, даются рекомендации по предоставлению дополнительных данных для уточнения диагноза (в частности, по организации очной консультации больного)

На основании имеющегося опыта теледерматологических консультаций (консультации больных, обратившихся в поликлинику Нижегородского НИИ гигиены и профессиональной патологии, дерматологами ФНЦГ им ФФ Эрисмана), в 23 случаях из 30 (77%) был установлен верный диагноз Основную часть неверных (неточных) диагнозов составили случаи микозов (кан-дидоз кистей, онихомикоз, ру оромикоз стоп), диагноз которых должен основываться, прежде всего, на результатах микологического исследования

Таким образом, на основании результатов тестирования предлагаемого метода на реальных данных клиники Нижегородского НИИ гигиены и профессиональной патологии было у становлено, что в большинстве случаев дистанционное теледерматологическое консультирование позволяет правильно у становить диагноз у больных с патологией кожи без непосредственного осмотра пациента консу льтантом

К сожалению, до тех пор, пока в ЛПУ не начнут широко использоваться электронные документы с применением цифровой подписи, возможны формальные препятствия для дистанционно принимаемых решений о связи заболевания с профессией с помощью телемедицинской диагностики

С учетом этого в настоящее время предлагается использовать телемедицинские технологии прежде всего для скрининга больных из отдаленных ре-

тонов с подозрением па профессиональные заболевания кожи На основании результатов скрининга те больные, заболевание которых по мнению консультанта является профессиональным, могут вызываться для очного обследования

Рис 5 Алгоритм принятия решений в процессе проведения телемедицинских консультаций при диаг носгике профессиональных аллергодерматозов

Широкое использование предлагаемою мегода в региональных проф-центрах - как для скрининга, так и для диагностики - позволит значительно повысить уровень выявляемости профессиональных аллергодерматозов в отдаленных регионах России, что даст значительный социально-экономический эффект

Заключение

В настоящее время в России специалисты в области профессиональной дерматологии сконцентрированы преимущественно в немногочисленных НИИ гигиены труда (медицины труда), тогда как в большинстве региональных центров профпатологии такие специалисты отсутствуют Часто такая ситуация приводит к недовыявлению профессиональной патологии кожи у работающих, следствием чего может стать, в частности, нарушение прав работников на компенсацию в случае профессионального заболевания

Адекватным решением проблемы выявления профессиональных заболеваний кожи (которые могут составлять до 30% от общего числа профессиональных заболеваний) может быть более широкое использование в российской профпатологии современных информационных технологий

Одной из перспективных возможностей применения этих технологий является использование разработанной нами автоматизированной системы оценки риска профессиональных аллергодерматозов у работающих п контакте с аллергенами Возможность дистанционного выявления предрасположенности к возникновению этой патологии у работающих имеет особое значение для профилактики аллергодерматозов

На основании изучения дерматоглифических показателей у 104 работников, контактировавших с аллергенами на производстве, был сделан вывод о возможности выявления предрасположенности к развитию аллергодерматозов с помощью анализа определенных дерматоглифических показателей

Эффективность метода при его тестировании составила 78% Как показали исследования, оценка дерматоглифических признаков может быть произведена не только очно, но и дистанционно, при передаче изображений ладони, полученных с помощью сканера, по сети Интернет

Еще одной важной сферой применения информационных и телекоммуникационных технологий в российской профпатологии становится телемедицина

Телемедицинские консультации в настоящее время все более широко используются как в Российской Федерации, так и за рубежом с целью повышения доступности высококвалифицированной медицинской помощи

Имеется значительный опыт телемедицинских консультаций для дистанционной диагностики патологии кожи (теледерматология), однако для диагностики именно профессиональных дерматозов такой опыт крайне ограничен В связи с этим методология телсдерматочошчесхих консультаций в

профпатолопш не была разработана, что препятствовало широкому использованию современных телемедицинских технологий в российской профпатолопш

Наш собственный опыт проведения теледерматологических консультаций продемонстрировал, что одним из наиболее важных факторов, определяющих эффективность дистанционного консультирования патологии кожи, является качество используемых цифровых изображений, в особенности -качество их цветопередачи При этом проблеме качества цветопередачи изображений в теледерматологии до последнего времени должного внимания не уделялось

Значение характеристик цветопередачи для теледерматологии была нами продемонстрировано на основании сравнения точности диагностики патологии кожи по изображениям с малым и большим отклонением цветопередачи На изображениях с малым отклонением цветопередачи (показатель оттенка Н кожи, свободной от высыпаний = 25 - 32) точность диагностики состав ила 100%, а на изображениях с более значительным отклонением цветопередачи (<25 и >32) точность диагностики составила лишь 65% (р<0,05)

Для обеспечения адекватной цветопередачи при получении цифровых изображений важны характеристики применяемых цифровых фотокамер Однако в доступных литературных источниках нами не было найдено критериев выбора цифровых фотокамер для теледерматологии на основании характеристик их цветопередачи Единственным доступным источником о «качестве изображений» ("image quality') значительного числа цифровых фотокамер был независимый источник \\луу\ megapixel net, тем не менее, было не вполне ясно, являются ли экспертные оценки этого источника достаточно объективными

В связи с этим нами был разработан метод объективной оценки качества цветовоспроизведения, основанный на фотографировании стандартной цветовой шкалы в сравнимых условиях различными цифровыми фотокамерами, с последующим вычислением предложенного нами показателя отклонения цветопередачи D (усредненное Евклидово расстояние между исходными цветами цветовой шкалы и цветами полученного цветового изображения в трехмерном цветовом пространстве RGB) При исследовании с помощью данного метода 15 различных цифровых камер были получены значения показателя D от 34,75 до 104,51 (большие значения D соответствуют худшему качеству цветовоспроизведения)

При сравнении показателя D с экспертными оценками сайта www megapixel net была выявлена достаточно высокая отрицательная корреляция этих показателей (коэффициент корреляции равен -0,57), что позволяет сделать вывод как об эффективности применения разработанного нами показателя D для оценки цветопередачи камер, так и о возможности использования информации о качестве изображения цифровых фотокамер на данном сайте для выбора цифровых фотокамер

Для определения того, какой именно уровень цветоискажений является приемлемым для теледерматоюпш, нами была создана компьютерная

программа TEST, позволявшая случайным образом моделировать цветоис-кажения изображений кожи Серии изображений были предъявлены экспертам-дерматологам (трем врачам из США и пяти из России), в результате чего были определены максимально допустимые значения D, соответствовавшие экспертным оценкам изображений «хорошо» и «очень хорошо» Полученные значения D по оценкам российских и американских дерматологов различались лишь незначительно, в пределах 50-51 В связи с этим значение D=51 предложено нами в качестве максимально допустимого уровня цветоискаже-ния

Дополнительно была проведена оценка влияния цветоискажений по каждому из трех основных цветов (красному, зеленому и синему) на оценку качества цветопередачи

С этой целыо был произведен регрессионный анализ зависимости экспертных оценок качества цветопередачи от уровня цветоискажений по отдельным цветам

Было обнаружено, что наиболее сильно на оценку качества цветопередачи влияет искажение по красному цвету, менее значимо искажение по зеленому цвету, а искажения по синему цвету практически не влияют на восприятие изображения экспертами

С использованием уравнения регрессии для изученных фотокамер были рассчитаны средние значения индекса цветопередачи ИЦ - предложенного нами показателя, учитывающего особенности восприятия экспертами цве-тоискажения по отдельным цветам

Среднее пограничное значение ИЦ определено равным 3,37 Меньшие значения индекса свидетельствуют о низком качестве цветопередачи цифровых фотокамер

Использование для оценки цветоискажений камер показателя ИЦ (учитывающего различный вклад отдельных цветов) показало несколько более высокую корреляцию между экспертными оценками сайта yy^vw megapixel net и ИЦ чем между экспертными оценками и показателем D Таким образом, учет вклада отдельных цветов с помощью предложенного нами индекса цветопередачи ИЦ обеспечивает более высокую достоверность оценки цветоискажений по сравнению с интегральным показателем D

Характеристики цветопередачи изученных видеокамер (применяемых для медицинских видеоконференций), за исключением нескольких наиболее современных моделей, значительно уступали показателям подавляющего большинства цифровых фотокамер

В связи с этим при использовании видеоконференцсвязи для консультации дерматологических больных целесообразно предусмотреть дополнительную передачу консультанту фотоизображений кожи, полученных с помощью высококачественных цифровых камер

При консультировании 30 цифровых изображений кожи (без предоставления дополнительной анамнестической информации) из Нижегородского НИИ гигиены и профессиональной патологии в Федеральный научный центр гигиены им Ф Ф Эрисмана, верные диапкмм были выставлены консупь-

тактом в 73% случаев Это продемонстрировало достаточно высокую диагностическую эффективность теледерматологаческих консультаций, что позволяет рекомендовать данный метод для его широкого использования в российской профпатолоши При этом у становлено, что по изображениям кожи с более значительными отклонениями цветопередачи достоверно чаще выставлены неверные диагнозы Это подтверждено также оценкой 128 цифровых изображений кожи больных с шперкератозом и гиперпигментацией вследствие арсеникоза из Бангладеш

Поскольку значительная часть профессиональных заболеваний кожи (свыше 90%) у нас в стране представлена профессиональными аллергодер-матозами [23], для подтверждения возможной связи заболевания кожи с профессией часто требу ется оценка кожных аллерготестов с производственными аллергенами В целях использования резу льтатов кожных аллерготестов при телемедшцшеких консультациях нами впервые был разработан метод дистанционной оценки кожных тестов

В основу метода было положено сканирование кожи больного с нанесенными аллергенами, для оценки уровня эритемы в местах нанесения аллергенов использовалось измерение показателя Н (оттенок) в колориметрической системе НБВ На основании проведенных исследований у становлено, что значения Н в зоне постановки кожных тестов 11 и менее могут быть расценены как положительные, более 11 - как отрицательные

С помощью произведенного нами математического моделирования характеристик цветопередачи четырех цифровых фотокамер (двух камер с у довлетворительными и двух - с не) довлетворительными показателями цветопередачи) была осуществлена оценка диагностической эффективности их использования на примере оценки кожных аллерготестов Было продемонстрировано, что камеры с неу довлетворительной цветопередачей были способны обеспечить верную оценку результатов аллерготестов лишь в 63% случаев, в то время как камеры с у довлетворительной цветопередачей обеспечивали 81-88% верных оценок

На основе опыта проведенных теледерматологических консультаций нами сформулирован ряд правил проведения таких консультаций, соблюдение которых способству ет повышению их эффективности В частности, разработана форма представления анамнестических данных при теледерматото-гической консультации, сформулирован также ряд правил фотографирования участков пораженной кожи Наряду с этим, нами сформулированы требования к цифровым фотокамерам, использу емым в теледерматологаи С учетом данных требований впервые был подготовлен список из более чем 200 цифровых фотокамер, рекоменду емых для использования в теледерматолопш

Проведенные исследования позволили придти к заключению о целесообразности использования современных информационных и телемедицинских технологий в процессе как выявления предрасположенности к профессиональным аллергодерматозам, так и диагностики и лечения выявленной патологии кожи Использование данных технологий позволит значительно

повысить доступность профдерматологаческой помощи для рабочих удаленных регионов России, что обеспечит значительный медико-социальный эффект

ВЫВОДЫ

1 Дерматоглифический анализ цифровых изображений ладонной поверхности кистей является эффективным методом оценки индивидуальной предрасположенности к развитию аллергодерматозов (в том числе профессиональных) Разработана автоматизированная система для проведения такого анализа

2 Разработана система телемедицинской диагностики профессиональных аллергодерматозов для дистанционного оказания профдерматологической помощи работникам, контактирующим с промышленными аллергенами на производстве

3 Адекватная цветопередача цифровых изображений кожи является одним из значимых факторов, определяющих точность диагностики при теледерматологических консу льтациях

4 Для оценки степени цветоискажения цифровых фотокамер или видеокамер разработаны и апробированы два показателя «отклонение цветопередачи» (£>) и «индекс цветопередачи» (ИЦ), причем последний учитывает преиму щественную значимость адекватной цветопередачи красной и зеленой компонент изображений кожи

5 В качестве критерия для объективной оценки результатов кожных аллерготестов предложена величина показателя Н («оттенок»), определяемого на цифровом изображении Значения Н в зоне постановки кожных тестов 11 и менее свидетельствуют о положительном результате аллерготеста, более 11 - об отрицательном

6 Разработана система компьютерной цветокоррекции цифровых изображений кожи, позволяющая повысить диагностическу ю эффективность теледерматологических консультаций с 56% до 81%

7 Сформулированы критерии выбора цифровых фотокамер (видеокамер) для теледерматологаи, учитывающие, в частности, характеристики цветопередачи (на основании показателя «отклонение цветопередачи», значение которого не должно превышать 51, либо показателя «индекс цветопередачи», значение которого должно быть не ниже 3,37)

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Разработанную систему телемедицинской диагностики профессиональных аллергодерматозов целесообразно использовать для дистанционно-

го оказания профдерматологаческой помощи лицам, имеющим профессиональный контакт с промышленными аллергенами

С учетом выявленной значимости характеристик цветопередачи фо-то(видео)камер для точности телемедицинской диагностики заболеваний кожи необходимо применять в теле дерматологии цифровые фотокамеры (или видеокамеры) с высокими характеристиками цветопередачи

Для определения пригодности цифровых фотокамер (видеокамер) для применения в телемедицинской диагностике патологии кожи, рекомендуется использовать разработанные критерии выбора камер, учитывающие, в частности характеристики их цветопередачи

В случае применения фотокамер со сравнительно низкими характеристиками цветопередачи целесообразно использование компьютерной программы для цветокоррекции полученных изображений кожи

Для оценки индивидуальной предрасположенности к развитию профессиональной аллергопатологии кожи рекомендуется проведение дермато-глифического анализа цифровых изображений ладонной поверхности кистей

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Монография

1) Клиническая иммунология Руководство для врачей / Под ред Е И Соколова -М Медицина, 1998 -272 с (Соавторы ЕИ Соколов, П В Глан, Т И Гришина и др )

Пособие для врачей

2) Применение дерматоглифики для определения предрасположенности к возникновению аллергодерматозов при контакте с аллергенами на производстве Пособие для врачей // В сб Профилактика профессиональных заболеваний -М Социздат, 2001 -Ч 2-С 50-57

Статьи

3) Телематика в профпатологии, гигиене и экологии // Эколого-гигиенические проблемы сохранения здоровья населения Материалы науч-но-практическойконференции -М-Нижний Новгород, 1999 -С 379-383

4) Факторы риска развития аллергодерматозов у работающих в контакте с аллергенами // Экотого-гигиенические проблемы сохранения здоровья населения Материалы научно-практической конференции - М -Нижний Новгород, 1999 - С 384-387

5) Использование перспективных информационных технологий мониторинга здоровья населения // Эколого-шшеннческие проблемы сохранения здоровья населения Материалы научно-практической конференции - М -Нижний Новгород, 1999 - С 99-102 (Соавторы Левченко Л Г, Чернышов Е А, Полковой А Ю)

6) О риске развития некоторых профессиональных заболеваний // Эколого-гигиенические проблемы сохранения здоровья населения Материалы научно-практической конференции - M-Нижний Новгород, 1999 - С 400-402 (Соавторы А А Пенкнович, П И Каляганов, Л H Пригода, H А Лавре-нюк)

7) Перспективы сотрудничества Волго-Вятского региона и Швеции в использовании современных медицинских технологий // Экология, труд, здоровье Взгляд с XXI век Материалы докладов - Уфа, 1999 - Ч 2 - С 145-149 (Соавторы Ю П Тихомиров, Б Брисмар, И Э Мальмрос)

8) Современные коммуникационные технологии в гигиене и профпатологии // Социально-гигиенический мониторинг - практика применения и научное обеспечение Сборник научных трудов ФНЦГ им Ф Ф Эрисмана - M , 2000 - Ч 2-С 80-84

9) Health Telematics in Labour Medicme, Hygiene, and Ecology // Ecological and Hygiemc Problems of Population Health Préservation The Proceedings of the scientific conférence Nizhny Novgorod, 2000 -P 145-149

10) Использование телемедицины в диагностике и лечении профессиональных заболеваний кожи // Мед труда -2000 - №9 - С 18-20 (Соавторы Ю П Тихомиров, Б Брисмар, И Э Мальмрос)

11) Этические и правовые аспекты профилактики профессиональных заболеваний // Медицина, этика, религия, право Материалы конференции M , Международный Университет -2000 - С 121-124

12) Evaluation of colour accuracy of digital caméras for teledermatology // IFMBE proceedings-Vienna, 2002 - Vol 2-P 1372-1373

13) Организация теледерматологических консультаций для лиц с профессиональным характером аллергодерматозов // Проблемы гигиенической безопасности и управления факторами риска для здоровья населения Научные труды ФНЦГ им Ф Ф Эрисмана, вып 14 - M-Нижний Новгород, 2004 - С 260-262

14) Новый этап развития телемедицины специфические требования к тезе-медицинским консультациям в различных областях телемедицины / Медицина и высокие технологии - 2004 - №1 - С 4-13 (соавтор Б А Кобрин-ский)

15) Оценка цветопередачи цифровых изображений кожи в тетедерматотопш и возможности их автоматической цветокоррекции // Вестник новых медицинских технологий -2005 - Т XII - №2 - С 100 (соавтор Б А Кобрин-ский)

16) Практика телемедицинского консультирования и перспективы специализации // Врач и ииформ технологии - 2005 -№4 - С 737-46 (соавторы Б А Кобринский, В H Бодров, Т Ю Бодрова)

17) Возможности цветокоррекции изображений кожи для телемедицинских консультаций дерматозов // Сборник трудов XVIII международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» - Ка инь 11 зд-во КГТУ, 2005 - С 145-146

18) Патент RU (11) 2268655 (13) С2 "Способ оценки риска развития аллерго-дерматозов» // Официальный бюллетень «Изобретения Полезные модели» -2006 -№ 3 -В IV -с 1018

19) Automatic color correction of digital skin images m teledermatology // Journal of telemedicme and telecare - 2006 - Vol 12 -Suppl 3 -P 62-63 (B A Ko-brmsky)

Тезисы

20) Сотрудничество Нижегородской области и Швеции в развитии телемедицины В сб Компьютерные технологии в информатизации здравоохранения Нижегородской области / Нижний Новгород Изд-во НГМА, 1999 С 4648 (Соавторы Ю П Тихомиров, Б А Сомов, Б Брисмар, И Э Мальмрос)

21) Computer Program for Colour Analysis and Colour Correction of Skin Images and Its Application m Teledermatology //Третий международный симпозиум «Лазеры в медицине'99» Тезисы докладов СПб, 1999 - С 19 (IuP Tikhomi-rov, ВА Somov, AG Levchenko)

22) Теледерматологая в России необходимость проведения научных исследований для изучения экономической эффективности // Международная конференция «Современные аспекты телемедицины» Тезисы докладов - М , 2000 -С 19

23) Computer-aided improvement of color reproduction in teledermatology // 6th Internet world congress for biomedical science INABIS 2000 Conference Proceedings - Ciudad Real, Spam, 2000 - P 27

24) Телемедицина и проблемы передачи изображений // Тезисы докладов третьего ежегодного Московского международного Симпозиума по телемедицине - М , 2000 -С 38-39

25) Использование дистанционной оценки дерма то глифических признаков для количественного определения риска развития некоторых заболеваний // Тезисы докладов третьего ежегодного Московского международного Симпозиума по телемедицине - М , 2000 - С 39-40 (Соавтор Арк А Пенкнович)

26) Telemedicme m Occupational Dermatology First Experience in Russia // Abstracts of 12th annual meeting of ACDS - Washington (DC), 2001 - P 67 (AA Kaligm, IV Yatsyna, OV Smirnova, ТА Zaitseva, EK Krasavina, OK Dzybik, EYu Arzamastseva)

27) Evaluation of Allergic Tests Using Flatbed Scanners // Abstracts of 13 annual meeting of ACDS - New Orleans (LA), 2002 - P 35 (IV Yatsyna, AA Kaligm, IA Stnzhenok)

28) Возможности телемедицинской оценки дерматоглифических факторов риска развития профессиональной патологии у работающих во вредных условиях труда // Материалы I Всероссийского конгресса «Профессия и здоровье» - М , 2002 - С 248-249

29) Use of teledermatology in diagnosis of allergic contact dermatitis // First World Congress on Work-Related and En\ ironmental Allergy - Helsinki, 2003 -P 106

30) Разработка системы цветокоррекции цифровых изображений кожи и результаты ее применения // Первая научно-практическая конференция Приволжского Федерального округа «Телемедицина и современные медицинские технологии» Н Новгород Изд-воНГМА, 2004 -С 14-15

31) Оценка цветопередачи цифровых фотокамер, применяемых в телемедицине // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в системе модернизации здравоохранения-2005» - Москва, 2005 - С 62-63

32) Использование системы цветокоррекции цифровых изображений кожи в теледерматологии // Материалы международной конференции «Информационные и телемедицинские технологии в охране здоровья» - М, 2005 - С 192

33) A possible vvaj for improvement of colour reproduction of digital skin images m teledermatolog} // The proceedings of International telemedical conference "Med-e-Tel 2005", April 6-8, Luxembourg - Luxembourg, 2005 - P 32-33

34) Distant evaluation of digital images of arsenic-mduced skm lesions from Bangladesh Association between skin color reproduction quality and rate of m-terobsener agreement (Chnstiani D S , Kales S N , Li T H ) // Proceedings of The Г' Word Congress of Teledermatology Crraz, Austria, November 9-11, 2006 / Journ Deutsch Derm Ges -2006 - B4 -№11 -S 1001

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.

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.