[New mathematical method for automating the analysis of fluorescein angiograms of the human fundus]

Vestn Oftalmol. 2021;137(3):49-57. doi: 10.17116/oftalma202113703149.
[Article in Russian]

Abstract

Specific software for digital image analysis is essential for adequate analysis and objectification of ophthalmic images, assessment of the prevalence of the pathological process, as well as for planning the amount of necessary medical intervention in various diseases.

Purpose: To develop a method for automatic analysis of angiographic images of the fundus for early diagnosis of vascular disorders and complications in a number of ophthalmic diseases.

Material and methods: Initial angiograms of patients (n=117) with vascular eye diseases and in healthy condition were analyzed in automatic mode using a new mathematical approach to digital processing of fundus fluorescein angiograms based on a three-stage algorithm for extracting information from images.

Results: A new mathematical method has been developed for the analysis fluorescein angiograms allowing for more complete results than with visual inspection of images, with image processing taking no more than 1 second in automatic mode.

Conclusion: The developed method is based on fundamental results of the mathematical theory of image analysis and the joint use of image processing methods, mathematical morphology and mathematical statistics. The article introduces software implementations of the developed methods and presents the automated workplace of an ophthalmologist researcher.

Для адекватного анализа и объективизации офтальмологических изображений, оценки распространенности патологического процесса, планирования объема лечебного вмешательства при различных заболеваниях крайне необходимы разработка и внедрение в практическую деятельность соответствующего программного обеспечения для цифрового анализа изображений.

Цель исследования: Разработка метода, обеспечивающего автоматический анализ ангиографических изображений глазного дна для ранней диагностики сосудистых нарушений и осложнений при целом ряде офтальмологических заболеваний.

Материал и методы: С помощью нового математического подхода к цифровой обработке флюоресцентных ангиограмм глазного дна на основе трехэтапного алгоритма извлечения информации из изображений проанализированы исходные ангиограммы пациентов (n=117) с сосудистыми заболеваниями глаза и в норме в автоматическом режиме.

Результаты: Разработан новый математический метод анализа флюоресцентных ангиограмм, который позволяет получить более полные результаты, чем при визуальном осмотре изображений, при этом обработка одного изображения в автоматическом режиме занимает не более 1 с.

Заключение: Разработанный метод основывается на фундаментальных результатах математической теории анализа изображений и на совместном использовании методов обработки изображений, математической морфологии и математической статистики. Представлена программная реализация разработанного метода. Создано автоматизированное рабочее место исследователя-офтальмолога.

Keywords: angiogram; automation of scientific research; biomedical images; determination of ischemic region; image analysis; mathematical morphology; ophthalmology; segmentation; vessel detection.

MeSH terms

  • Algorithms*
  • Fluorescein Angiography
  • Fluoresceins
  • Fundus Oculi
  • Humans
  • Image Processing, Computer-Assisted*

Substances

  • Fluoresceins