RU2785738C1 - Method for diagnostics of exudative otitis media - Google Patents
Method for diagnostics of exudative otitis mediaDownload PDFInfo
- Publication number
- RU2785738C1 RU2785738C1RU2021117404ARU2021117404ARU2785738C1RU 2785738 C1RU2785738 C1RU 2785738C1RU 2021117404 ARU2021117404 ARU 2021117404ARU 2021117404 ARU2021117404 ARU 2021117404ARU 2785738 C1RU2785738 C1RU 2785738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hist
- value
- histogram
- brightness
- exudate
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Translated fromRussianИзобретение относится к медицине, а именно к области оториноларингологии, и может быть использовано для диагностики экссудативного среднего отита.The invention relates to medicine, namely to the field of otorhinolaryngology, and can be used to diagnose exudative otitis media.
Экссудативный средний отит (ЭСО) является одним из самых распространенных заболеваний среднего уха. Особенности течения экссудативного процесса обусловливают ограниченность возможностей отоскопического метода диагностики, низкую чувствительность и специфичность, а также требуют использования дополнительных методов подтверждения наличия экссудата в барабанной полости (БП). Возможности наиболее эффективного на сегодняшний момент метода диагностики ЭСО - аудиометрического обследования - исчерпываются регистрацией кондуктивного снижения слуха и нарушения подвижности барабанной перепонки (тимпанальной мембраны ТМ), вызванного наличием жидкости в барабанной полости. Подобные изменения, однако, могут наблюдаться и при других патологических состояниях - адгезивный средний отит, тимпаносклероз и др. Результаты современных исследований показывают статистически значимое различие в прогнозе и длительности течения ЭСО. Эвакуация жидкого экссудата возможна при восстановлении вентиляционной и дренажной функции слуховой трубы. Удаление экссудата высокой степени вязкости консервативными методами лечения практически невозможно и может вызывать трудности даже во время хирургического лечения. Современные методы диагностики не позволяют достоверно и неивазивно определить степень вязкости экссудата в БП.Exudative otitis media (ESO) is one of the most common diseases of the middle ear. The features of the course of the exudative process determine the limited possibilities of the otoscopic diagnostic method, low sensitivity and specificity, and also require the use of additional methods to confirm the presence of exudate in the tympanic cavity (TD). The capabilities of the currently most effective method for diagnosing EOM - audiometric examination - are limited to the registration of conductive hearing loss and impaired mobility of the tympanic membrane (TM tympanic membrane) caused by the presence of fluid in the tympanic cavity. Similar changes, however, can be observed in other pathological conditions - adhesive otitis media, tympanosclerosis, etc. The results of modern studies show a statistically significant difference in the prognosis and duration of EOM. Evacuation of liquid exudate is possible when the ventilation and drainage function of the auditory tube is restored. Removal of highly viscous exudate by conservative methods of treatment is almost impossible and can cause difficulties even during surgical treatment. Modern diagnostic methods do not allow to reliably and non-invasively determine the degree of viscosity of the exudate in the BP.
По заявке US 20190343390 «Compact Briefcase OCT System for Point-of-Care Imaging)) (публ. 14.11.2019 г., МПК A61B 5/00, A61B 1/227, G01B 9/02, G01N 21/47) известен способ получения изображений ОКТ (оптической когерентной томографии) области около барабанной перепонки. В описанном способе получают изображения ТМ и пространства за ней. Затем в ручном режиме получают А-сканы множества произвольных точек на поверхности барабанной перепонки. После этого с помощью камеры получают изображения этих «точек», из которых в дальнейшем формируют изображение поверхности. По этим изображениям и данным, полученным из А-сканов, делают диагностический прогноз исследуемой области. Известный способ позволяет неинвазивно определить наличие экссудата в барабанной полости, однако не позволяет оценить степень его вязкости.According to the application US 20190343390 "Compact Briefcase OCT System for Point-of-Care Imaging)) (published 11/14/2019, IPC
Из статьи «Non-invasive optical assessment of viscosity of middle ear effusions in otitis media» авторов Guillermo L. Monroy, Paritosh Pande, Ryan L. Shelton, Ryan M. Nolan, Darold R. Spillman Jr., Ryan G. Porter,Michael A. Novak and Stephen A. Boppart (J. Biophotonics 10, 394-403, 2017 г., doi: 10.1002/jbio.201500313) известен способ определения вязкости экссудата при среднем отите. После получения изображений ОКТ визуально определяют наличие экссудата в барабанной полости. Затем получают серии данных ОКТ в одном сечении исследуемой среды и определяют величины времени корреляции данных в этой серии для области изображения, соответствующей барабанной полости. Полученный результат сопоставляют с известными результатами определения времени корреляции для сред с известными характеристиками и на основании проведенного сравнения оценивают степень вязкости исследуемого экссудата. Недостатком известного способа является необходимость стабилизации плоскости сканирования относительно исследуемого объекта, в противном случае корреляция между последовательно полученными изображениями разрушается быстрее, чем это обусловлено подвижностью рассеивателей в экссудате.From the article "Non-invasive optical assessment of viscosity of middle ear effusions in otitis media" by Guillermo L. Monroy, Paritosh Pande, Ryan L. Shelton, Ryan M. Nolan, Darold R. Spillman Jr., Ryan G. Porter, Michael A. Novak and Stephen A. Boppart (J. Biophotonics 10, 394-403, 2017, doi: 10.1002/jbio.201500313) a method for determining the viscosity of exudate in otitis media is known. After OCT imaging, the presence of exudate in the tympanic cavity is visually determined. Then a series of OCT data is obtained in one section of the medium under study and the values of the data correlation time in this series are determined for the image area corresponding to the tympanic cavity. The result obtained is compared with the known results of determining the correlation time for media with known characteristics, and based on the comparison, the degree of viscosity of the studied exudate is estimated. The disadvantage of the known method is the need to stabilize the scanning plane relative to the object under study, otherwise the correlation between successive images is destroyed faster than it is due to the mobility of the scatterers in the exudate.
Из статьи «Time domain optical coherence tomography is a useful tool for diagnosing otitis media with effusion» авторов P.A. Shilyagin, A.A. Novozhilov, Т.Е. Abubakirov, V.G. Gelikonova, D.A. Terpelov, V.A. Matkivsky, G.V. Gelikonov, A.V. Shakhov, V.M. Gelikonov (Laser Phys. Lett. 15, 2018, doi: 10.1088/1612-202X/aacb4c) известен способ классификации состояния выпота по данным структурного изображения ОКТ, включающий заполнение наружного слухового прохода стерильной иммерсирующей средой с известной величиной вязкости, получение данных изображения ОКТ, визуальное определение наличия экссудата в барабанной полости. Затем последовательно получают серии данных ОКТ в одном сечении исследуемой среды, которые используют для определения величины ширины спектра для каждой строки данных в серии для области изображения, соответствующей барабанной полости и наружному слуховому проходу. После этого сопоставляют полученную величину ширины спектра для области барабанной полости с результатами определения ширины спектра для иммерсирующей среды, заполняющей наружный слуховой проход. На основании проведенного сравнения оценивают степень вязкости исследуемого экссудата. Недостатком известного способа является необходимость заполнения наружного слухового прохода стерильной иммерсирующей средой, что ограничивает возможность проведения процедуры (в этом случае исследование должно проводиться в положении лежа) в условиях рутинных осмотров, а также противопоказано при нарушении целостности покровных тканей в НСП или барабанной перепонки (например, после выполнения тимпанопластики).From the article "Time domain optical coherence tomography is a useful tool for diagnosing otitis media with effusion" by P.A. Shilyagin, A.A. Novozhilov, T.E. Abubakirov, V.G. Gelikonova, D.A. Terpelov, V.A. Matkivsky, G.V. Gelikonov, A.V. Shakhov, V.M. Gelikonov (Laser Phys. Lett. 15, 2018, doi: 10.1088/1612-202X/aacb4c) a method for classifying the state of an effusion according to OCT structural image data is known, including filling the external auditory canal with a sterile immersing medium with a known viscosity, obtaining OCT image data, visual determination of the presence of exudate in the tympanic cavity. Then series of OCT data are sequentially obtained in one section of the studied medium, which are used to determine the value of the spectral width for each data line in the series for the image area corresponding to the tympanic cavity and external auditory canal. After that, the obtained value of the spectrum width for the region of the tympanic cavity is compared with the results of determining the spectrum width for the immersing medium filling the external auditory canal. Based on the comparison, the degree of viscosity of the studied exudate is estimated. The disadvantage of the known method is the need to fill the external auditory canal with a sterile immersing medium, which limits the possibility of carrying out the procedure (in this case, the study should be carried out in the supine position) under the conditions of routine examinations, and is also contraindicated in violation of the integrity of the integumentary tissues in the ESP or eardrum (for example, after tympanoplasty).
Из статьи «Otitis Media Middle Ear Effusion Identification and Characterization Using an Optical Coherence Tomography Otoscope» авторов Diego Preciado, Ryan M. Nolan, Radhika Joshi, Gina M. Krakovsky, Anqi Zhang, Nickolas A. Pudik, Nankee K. Kumar, Ryan L. Shelton, Stephen A. Boppart, Nancy M. Bauman (Otolaryngol Head Neck Surg, 2020, V. 162(3), p.367-374, doi: 10.1177/0194599819900762) известен способ классификации состояния выпота по данным структурного изображения ОКТ. Вначале получают данные изображений ОКТ, по которым визуально определяют наличие экссудата в барабанной полости, сравнивая полученные ОКТ изображения с эталонными изображениями для серозного и несерозного выпота. Недостатком известного способа является относительно невысокая точность диагностики, обусловленная субъективностью визуальной оценки изображений ОКТ.From the article "Otitis Media Middle Ear Effusion Identification and Characterization Using an Optical Coherence Tomography Otoscope" by Diego Preciado, Ryan M. Nolan, Radhika Joshi, Gina M. Krakovsky, Anqi Zhang, Nickolas A. Pudik, Nankee K. Kumar, Ryan L Shelton, Stephen A. Boppart, Nancy M. Bauman (Otolaryngol Head Neck Surg, 2020, V. 162(3), p.367-374, doi: 10.1177/0194599819900762) a method for classifying the condition of an effusion according to structural OCT imaging data is known. Initially, OCT imaging data is obtained, which visually determines the presence of exudate in the tympanic cavity, comparing the obtained OCT images with reference images for serous and non-serous effusions. The disadvantage of the known method is the relatively low accuracy of diagnosis due to the subjectivity of the visual assessment of OCT images.
Наиболее близким аналогом разработанного способа является способ диагностики среднего экссудативного отита, известный из статьи «Бесконтактная оптическая когерентная томография - эффективный метод визуализации экссудата среднего уха» (авторы: Новожилов А.А., Шилягин П.А., Абубакиров Т.Э., Диленян А.Л., Климычева М.Б., Геликонов Г.В., Ксенофонтов С.Ю., Геликонов В.М., Шахов А.В., Вестник оториноларингологии, 2020, 85(4): 16-23, https://doi.org/10.17116/otorino20208504116). В известном способе регистрируют данные ОКТ из области наружного слухового прохода и барабанной полости. Затем выделяют на изображении ОКТ ограниченные участки, соответствующие барабанной полости и наружному слуховому проходу. Данные об интенсивности сигнала ОКТ для обоих ограниченных участков обрабатывают: проводят численную оценку яркости изображения ОКТ, заключающуюся в определении средней величины яркости для этих участков. Кроме того, визуально оценивают полученные изображения ОКТ. На основании сравнения значений средней величины яркости и визуальной оценки для выделенных участков, соответствующих БП и НСП, определяют наличие экссудата в барабанной полости. Недостатком прототипа является невозможность объективно оценить состояние, в том числе степень вязкости, экссудата в барабанной полости.The closest analogue of the developed method is a method for diagnosing otitis media, known from the article "Non-contact optical coherence tomography - an effective method for visualizing middle ear exudate" (authors: Novozhilov A.A., Shilyagin P.A., Abubakirov T.E., Dilenyan A.L., Klimycheva M.B., Gelikonov G.V., Ksenofontov S.Yu., Gelikonov V.M., Shakhov A.V., Bulletin of Otorhinolaryngology, 2020, 85(4): 16-23, https ://doi.org/10.17116/otorino20208504116). In a known method, OCT data are recorded from the area of the external auditory canal and the tympanic cavity. Then, limited areas are isolated on the OCT image corresponding to the tympanic cavity and the external auditory canal. Data on the OCT signal intensity for both limited areas are processed: a numerical assessment of the OCT image brightness is carried out, which consists in determining the average brightness value for these areas. In addition, the obtained OCT images are visually evaluated. Based on a comparison of the values of the average value of brightness and visual assessment for the selected areas corresponding to BP and NSP, the presence of exudate in the tympanic cavity is determined. The disadvantage of the prototype is the inability to objectively assess the condition, including the degree of viscosity, exudate in the tympanic cavity.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа диагностики экссудативного среднего отита, по которому объективно неинвазивно определяют наличие экссудата в барабанной полости и оценивают его состояние.The task to be solved by the invention is to develop a method for diagnosing exudative otitis media, by which the presence of exudate in the tympanic cavity is objectively non-invasively determined and its condition is assessed.
Технический результат в разработанном способе диагностики экссудативного среднего отита достигается за счет того, что, также как и в способе - прототипе, осуществляют регистрацию данных ОКТ одновременно из области наружного слухового прохода и барабанной полости, обработку полученных данных, визуализацию изображений ОКТ, выполнение расчетов на основе полученных данных, визуальную оценку изображений ОКТ, определение наличия экссудата в барабанной полости. Новым в разработанном способе является то, что в ходе выполнения расчетов на основе полученных данных строят гистограммы распределения яркости HISTTC для барабанной полости и HISTAC для области наружного слухового прохода в диапазоне от нуля до максимального значения яркости Bmax, используемого в палитре изображения ОКТ. Для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC вычисляют оценочные яркости МТС и МАС, положения центров СТС и САС соответственно, а также значение полуширины SAC. Затем вычисляют первый характеристический показатель EPres как отношение разности оценочных яркостей МТС и МАС к значению полуширины SAC гистограммы HISTAc, и вычисляют второй характеристический показатель ECond как отношение разности положений центров СТС и САС к значению полуширины SAC гистограммы HISTAC. После этого сравнивают значение первого характеристического показателя EPres с опорным значением RefPres = 1 и в случае EPres > RefPres делают вывод о наличии экссудата в барабанной полости, а вязкость экссудата оценивают путем сравнения значения второго характеристического показателя ECond с опорным значением RefCond = 1, причем при ECond > RefCond делают вывод о высокой вязкости экссудата, а при ECond < RefCond делают вывод о низкой вязкости экссудата. При этом оценочные яркости МТС и МАС определяют как максимальные значения яркостей для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно, а положения центров СТС и САС определяют посредством вычисления медианы для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно.The technical result in the developed method for diagnosing exudative otitis media is achieved due to the fact that, as in the prototype method, OCT data are recorded simultaneously from the external auditory canal and tympanic cavity, processing the data obtained, visualizing OCT images, performing calculations based on obtained data, visual assessment of OCT images, determination of the presence of exudate in the tympanic cavity. What is new in the developed method is that in the course of calculations, based on the obtained data, brightness distribution histograms HISTTC for the tympanic cavity and HISTAC for the external auditory canal are constructed in the range from zero to the maximum brightness value Bmax used in the OCT image palette. For each histogram HISTTC and HISTAC calculate the estimated brightness MTC and MAS , the position of the centers CTC and CAC , respectively, and the value of the half-width SAC . Then, the first characteristic index EPres is calculated as the ratio of the difference between the estimated brightnesses MTC and MAC to the half-width value SAC of the histogram HISTA c, and the second characteristic index ECond is calculated as the ratio of the difference in the positions of the centers CTC and CAC to the half-width value SAC of the histogram HISTAC . After that, the value of the first characteristic index EPres is compared with the reference value RefPres = 1, and in the case of EPres > RefPres, a conclusion is made about the presence of exudate in the tympanic cavity, and the viscosity of the exudate is estimated by comparing the value of the second characteristic index ECond with the reference value RefCond = 1, and at ECond > RefCond make a conclusion about the high viscosity of the exudate, and when ECond < RefCond make a conclusion about the low viscosity of the exudate. At the same time, the estimated brightnesses MTC and MAC are determined as the maximum brightness values for each histogram HISTTC and HISTAC , respectively, and the positions of the centers CTC and CAC are determined by calculating the median for each histogram HISTTC and HISTAC , respectively.
В первом частном случае регистрируют данные ОКТ в виде серии полученных последовательно во времени изображений ОКТ.In the first particular case, OCT data are recorded as a series of OCT images obtained sequentially in time.
Во втором частном случае оценочные яркости МТС и МАС определяют как средние значения, вычисляемые по заданному, определяемому шириной функции рассеяния точки для ОКТ изображения, количеству элементов изображения, имеющих наибольшую яркость для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно.In the second particular case, the estimated brightnesses MTC and MAC are determined as average values calculated from a given number of image elements, determined by the width of the point spread function for the OCT image, that have the highest brightness for each histogram HISTTC and HISTAC , respectively.
В третьем частном случае оценочные яркости МТС и МАС определяют как значения высокого, по крайней мере, больше 99, процентиля для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно.In the third particular case, the estimated brightnesses MTC and MAC are defined as high, at least greater than 99 percentile values for each histogram HISTTC and HISTAC , respectively.
В четвертом частном случае значение полуширины SAC определяется значением высокого, по крайней мере, больше 50, процентиля для гистограммы HISTAC.In the fourth particular case, the value of the half-width SAC is determined by the value of the high, at least greater than 50 percentile for the histogram HISTAC .
В пятом частном случае положения центров СТС, САС и значение полуширины SAC определяют посредством вычисления соответствующих параметров фитирующих функций для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC, причем параметром, характеризующим положение центра, является значение аргумента фитирующей функции, при котором ее величина принимает максимальное значение на интервале определения, а параметром, характеризующим значение полуширины, является значение полуширины функции, используемой в качестве фитирующей.In the fifth particular case, the positions of the centers CTC , CAC and the value of the half-width SAC are determined by calculating the corresponding parameters of the fitting functions for each histogram HISTTC and HISTAC , and the parameter characterizing the position of the center is the value of the argument of the fitting function, at which its value takes the maximum value in the interval of determination, and the parameter characterizing the value of the half-width is the value of the half-width of the function used as a fitting.
Разработанное изобретение поясняется следующими фигурами.The developed invention is illustrated by the following figures.
На фиг.1 представлены для барабанной полости в норме: а) изображение, полученное методом ОКТ; б) гистограммы HISTAC и HISTTC.Figure 1 shows for the tympanic cavity in the norm: a) the image obtained by OCT; b) histograms of HISTAC and HISTTC .
На фиг.2 представлены для барабанной полости, содержащей прозрачный экссудат с единичными рассеивателями: а) изображение, полученное методом ОКТ; б) гистограммы HISTAC и HISTTC.Figure 2 shows for the tympanic cavity containing a transparent exudate with single diffusers: a) an image obtained by OCT; b) histograms of HISTAC and HISTTC .
На фиг.3 представлены для барабанной полости, заполненной экссудатом высокой вязкости: а) изображение, полученное методом ОКТ; б) гистограммы HISTAC и HISTTC.Figure 3 shows for the tympanic cavity filled with high viscosity exudate: a) an image obtained by OCT; b) histograms of HISTAC and HISTTC .
На фиг.4 представлены для барабанной полости, содержащей прозрачный экссудат с единичными рассеивателями: а) изображение ОКТ, соответствующее одному В-скану, б) изображение ОКТ, полученное методом проекции максимальной интенсивности.Figure 4 shows for the tympanic cavity containing a transparent exudate with single diffusers: a) OCT image corresponding to one B-scan, b) OCT image obtained by the maximum intensity projection method.
На фиг.5 представлено для барабанной полости, содержащей прозрачный экссудат с единичными рассеивателями, изображение ОКТ и увеличенное изображение выделенной области БП.Figure 5 shows for the tympanic cavity containing a transparent exudate with single scatterers, an OCT image and an enlarged image of the selected area of the BP.
На фиг.6 представлены гистограммы для БП и НСП для изображения ОКТ, приведенного на фиг.5.FIG. 6 shows histograms for BP and NSP for the OCT image shown in FIG. 5. FIG.
На фиг.7 представлены для изображения ОКТ, приведенного на фиг.5, графики распределения яркостей с величинами МТС и МАС, определяемыми по п. 1 формулы.Figure 7 shows for the OCT image shown in figure 5, graphs of the distribution of brightness with the values of MTS and MAC determined by
На фиг.8 представлены для изображения ОКТ, приведенного на фиг.5, графики распределения яркостей с величинами МТС и МАС, определяемыми по п. 3 формулы.Figure 8 shows for the OCT image shown in figure 5, graphs of the distribution of brightness with the values of MTS and MAC determined by
На фиг.9 представлены для изображения ОКТ, приведенного на фиг.5, графики распределения яркостей с величинами МТС и МАС, определяемыми по п. 4 формулы.Figure 9 shows for the image of the OCT shown in figure 5, graphs of the distribution of brightness with the values of MTS and MAC determined by
На фиг.10 представлены: а) изображение ОКТ, б) соответствующая гистограмма для выделенной области НСП.Figure 10 shows: a) OCT image, b) the corresponding histogram for the selected area of the NSP.
На фиг.11 представлены: а) изображение ОКТ, б) две гистограммы для выделенной области НСП.Figure 11 shows: a) OCT image, b) two histograms for the selected area of the NSP.
При проведении диагностики ЭСО по разработанному способу наружный слуховой проход не заполняется иммерсирующими жидкостями (не содержит сторонних рассеивателей), поэтому область НСП в данных ОКТ может использоваться как эталонная область для определения уровня и дисперсии шума на изображении. В норме БП также не содержит рассеивателей (фиг.1а), в результате чего гистограмма распределения яркости в области БП HISTTC с высокой точностью совпадает с гистограммой для НСП HISTAC (фиг.1б). При наличии единичных рассеивателей, взвешенных в прозрачном экссудате (фиг.2а), общий уровень сигнала в области БП также не отличается от шумового, хотя в области высоких значений гистограммы (HISTTC и HISTAC на фиг.2б) начинают различаться. Совершенно отличная ситуация наблюдается при заполнении БП экссудатом высокой вязкости (фиг.3а). Из-за высокого содержания высокомолекулярных соединений и крупных объектов (отдельные клетки, фрагменты тканей и клеточные обломки) интегральный сигнал рассеяния значительно превышает шумовой уровень, что приводит к существенному - более чем на величину полуширины распределения яркости шума SAC - смещению гистограммы HISTTC распределения яркости в область более высоких значений (фиг.3б).When performing POE diagnostics according to the developed method, the external auditory canal is not filled with immersing liquids (does not contain third-party scatterers), therefore, the NSP area in OCT data can be used as a reference area for determining the level and dispersion of noise in the image. Normally, the BP also does not contain diffusers (Fig. 1a), as a result of which the histogram of the distribution of brightness in the BP HISTTC region coincides with a high accuracy with the histogram for the NSP HISTAC (Fig. 1b). In the presence of single scatterers suspended in a transparent exudate (Fig. 2a), the overall signal level in the BP region also does not differ from the noise level, although in the region of high values, the histograms (HISTTC and HISTAC in Fig. 2b) begin to differ. A completely different situation is observed when filling the BP with high viscosity exudate (Fig. 3a). Due to the high content of macromolecular compounds and large objects (individual cells, tissue fragments and cell fragments), the integrated scattering signal significantly exceeds the noise level, which leads to a significant - more than by the half-width of the noise brightness distribution SAC - shift of the histogram HISTTC of the brightness distribution to the region of higher values (Fig.3b).
По разработанному способу регистрируют данные ОКТ одновременно из области наружного слухового прохода и барабанной полости. Затем обрабатывают данные и получают изображения ОКТ, на которых выделяют зоны анализа в области НСП и БП (см. фиг.1а, 2а, 3а). Затем строят гистограммы распределения яркости HISTTC для БП и HISTAC для НСП в диапазоне от нуля до максимального значения яркости Bmax, используемого в палитре изображения ОКТ (см. фиг.1б, 2б, 3б). Для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC вычисляют оценочные яркости МТС и МАС, положения центров СТС и САС соответственно, а также значение полуширины SAC гистограммы HISTAC.According to the developed method, OCT data are recorded simultaneously from the area of the external auditory canal and the tympanic cavity. Then the data is processed and the OCT images are obtained, on which the analysis zones are allocated in the region of the NSP and BP (see figa, 2a, 3a). Then build histograms of the brightness distribution HISTTC for BP and HISTAC for NSP in the range from zero to the maximum brightness value Bmax used in the OCT image palette (see Fig.1b, 2b, 3b). For each histogram HISTTC and HISTAC calculate the estimated brightness MTC and MAS , the position of the centers CTC and CAC , respectively, and the value of the half-width SAC of the histogram HISTAC .
Для объективного определения наличия экссудата в барабанной полости и оценки его состояния (степени вязкости) в разработанном способе вычисляют первый характеристический показатель EPres и второй характеристический показатель ECond:To objectively determine the presence of exudate in the tympanic cavity and assess its condition (viscosity degree), the first characteristic index EPres and the second characteristic index ECond are calculated in the developed method:
В низкокогерентной интерферометрии визуальную информацию о рассеивающей структуре представляют в виде яркостного изображения. Численное значение яркости отдельного элемента изображения пропорционально логарифму интенсивности излучения, возвращенного в интерферометр из соответствующей области пространства. В области изображения, соответствующей воздушной среде и не содержащей рассеивателей, яркость элемента определяется фундаментальными шумами приемной системы, и ее величина также пропорциональна логарифму интенсивности зондирующего излучения.In low-coherence interferometry, visual information about a scattering structure is presented in the form of a brightness image. The numerical value of the brightness of an individual image element is proportional to the logarithm of the intensity of the radiation returned to the interferometer from the corresponding region of space. In the image area corresponding to the air environment and not containing scatterers, the brightness of the element is determined by the fundamental noise of the receiving system, and its value is also proportional to the logarithm of the probing radiation intensity.
Величина яркости В элемента изображения ОКТ вычисляется путем логарифмирования полученных данных об интенсивности сигнала ОКТ:The brightness value B of the OCT pixel is calculated by taking the logarithm of the received OCT signal intensity data:
где
Константы
Вычисление разностных величин для оценочных яркостей МТС и МАС гистограмм HISTTC и HISTAC, положений центров СТС и САС гистограмм HISTTC и HISTAC приводит к исключению из рассчитываемых значений константы I0. Вычисление отношения разностных показателей к величине полуширины SAC гистограммы HISTAC приводит также к исключению из рассчитываемых значений константы U0.The calculation of the difference values for the estimated brightnesses МТС and МАС of the histograms HISTTC and HISTAC , the positions of the centers СТС and САС of the histograms HISTTC and HISTAC leads to the exclusion of the constant I0 from the calculated values. The calculation of the ratio of the difference indices to the half-width SAC of the HIST AChistogram also leads to the exclusion of the constant U0 from the calculated values.
Таким образом, в окончательном виде первый и второй характеристические показатели EPres и ECond определяются независимо от вариативных параметров, обеспечивающих гибкость пользовательских настроек визуализации устройства ОКТ - коэффициента пропорциональности между логарифмированными значениями интенсивности сигнала ОКТ и значениями яркости изображения ОКТ, а также значения пороговой интенсивности, принимаемой за нулевое значение яркости изображения ОКТ («уровень черного»).Thus, in the final form, the first and second characteristic indicators EPres and ECond are determined regardless of the variable parameters that provide flexibility for the user settings for visualization of the OCT device - the proportionality coefficient between the logarithmic values of the OCT signal intensity and the brightness values of the OCT image, as well as the threshold intensity value taken as zero brightness value of the OCT image (“black level”).
Наличие экссудата в барабанной полости определяют путем сравнения значения первого характеристического показателя EPres с опорным значением RefPres = 1, а вязкость экссудата оценивают путем сравнения значения второго характеристического показателя ECond с опорным значением RefCond = 1.The presence of exudate in the tympanic cavity is determined by comparing the value of the first characteristic index EPres with the reference value RefPres = 1, and the viscosity of the exudate is estimated by comparing the value of the second characteristic index ECond with the reference value RefCond = 1.
Превышение вычисляемыми показателями уровня в единицу рассматривается как отклонение искомой характеристики сигнала в БП от шумового значения (в НСП) на величину больше дисперсии шумового распределения и трактуется как статистически достоверное превышение, служащее индикатором наличия экссудата (показатель EPres) и его высокой вязкости (показатель ECond).Exceeding the level by the calculated indicators by unity is considered as a deviation of the desired characteristic of the signal in the BP from the noise value (in the NSP) by a value greater than the variance of the noise distribution and is interpreted as a statistically significant excess, which serves as an indicator of the presence of exudate (EPres indicator) and its high viscosity (ECond indicator) .
В первом частном случае реализации разработанного способа (п.2 ф-лы) используемые для анализа данные ОКТ содержат серию, состоящую из нескольких (более одного В-скана) полученных последовательно во времени В-сканов. Использование серии В-сканов позволяет увеличить мощность анализируемой выборки (число отдельных элементов данных ОКТ, используемых при построении гистограмм) и физический объем барабанной полости, используемый для анализа. Увеличение мощности выборки повышает статистическую достоверность производимых вычислений, увеличение анализируемого объема позволяет повысить чувствительность метода в отношении экссудата с низкой объемной плотностью рассеивающих включений.In the first particular case of the implementation of the developed method (p. 2 of the f-ly), the OCT data used for analysis contain a series consisting of several (more than one B-scan) B-scans obtained sequentially in time. The use of a series of B-scans makes it possible to increase the power of the analyzed sample (the number of individual OCT data elements used in the construction of histograms) and the physical volume of the tympanic cavity used for analysis. An increase in the sampling power increases the statistical reliability of the calculations, an increase in the analyzed volume makes it possible to increase the sensitivity of the method with respect to exudate with a low bulk density of scattering inclusions.
Эффективность многократного увеличения исследуемого объема барабанной полости для обнаружения редковзвешенных рассеивателей показана на фиг.4. В приведенном случае объемная концентрация рассеивающих частиц составляет около 1 тыс. единиц на мкл, в результате чего на одном В-скане (полный объем без учета показателя преломления среды 2⋅10-3 мкл) в среднем регистрируется 1-2 рассеивателя (фиг.4а). Увеличение визуализируемого объема в 20 раз за счет анализа серии полученных последовательно во времени изображений ОКТ приводит к кратному увеличению числа наблюдаемых и регистрируемых рассеивателей (фиг.4б). Такое изображение можно получить, используя, например, метод проекции максимальной интенсивности.The efficiency of a multiple increase in the investigated volume of the tympanic cavity to detect rare-weighted scatterers is shown in Fig.4. In the given case, the volume concentration of scattering particles is about 1 thousand units per μl, as a result of which 1-2 scatterers are recorded on average in one B-scan (total volume without taking into account the refractive index of the medium 2⋅10-3 μl) (Fig. 4a ). An increase in the visualized volume by 20 times due to the analysis of a series of OCT images obtained sequentially in time leads to a multiple increase in the number of observed and recorded scatterers (Fig. 4b). Such an image can be obtained using, for example, the maximum intensity projection method.
На фиг.5 представлено изображение ОКТ и увеличенное изображение выделенной области БП, в которой присутствует единичный рассеиватель. Гистограммы распределения яркости для БП HISTTC и НСП HISTAC для этого случая представлены на фиг.6. Оценочные яркости МТС и МАС можно вычислить разными способами в зависимости от конкретного случая.Figure 5 shows the OCT image and an enlarged image of the selected area of the BP, in which there is a single scatterer. The brightness distribution histograms for the HISTTC BP and the HISTAC NSP for this case are shown in Fig.6. The estimated luminances MTC and MAC can be calculated in different ways, depending on the particular case.
В случае реализации разработанного способа по н.п. 1 ф-лы оценочные яркости МТС и МАС определяют как максимальные значения яркостей для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно. Преимущество использования такого способа определения оценочных яркостей МТС и МАС состоит в его простоте и возможности реализации посредством использования распространенных программных средств анализа изображений. Иллюстрация этого варианта реализации способа приведена на фиг.7, где данные ОКТ для выделенной на фиг.5 области представлены в отсортированном по величине яркости виде (кривая ТС для БП, кривая АС для НСП). Кривая AC+SAC иллюстрирует уровень принятия решения - значение, при котором величина первого характеристического показателя EPres равна единице.In the case of the implementation of the developed method according to N. p. 1 f-ly estimated brightness MTS and MAC are defined as the maximum brightness values for each histogram HISTTC and HISTAC , respectively. The advantage of using this method for determining the estimated brightnessesMTC andMAC is its simplicity and the possibility of implementation through the use of common image analysis software tools. An illustration of this embodiment of the method is shown in Fig. 7, where the OCT data for the area selected in Fig. 5 are presented in a sorted by brightness value (TC curve for BP, AC curve for NSP). Curve AC+SAC illustrates the decision level - the value at which the value of the first characteristic index EPres is equal to one.
В другом частном случае реализации разработанного способа (п.3 ф-лы) оценочные яркости МТС и МАС определяют как средние значения, вычисляемые по заданному, определяемому шириной функции рассеяния точки для ОКТ изображения, количеству элементов изображения, имеющих наибольшую яркость для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно. Преимущество использования такого способа определения оценочных яркостей МТС и МАС состоит в его большей устойчивости по отношению к ненулевой вероятности регистрации шумового сигнала высокой яркости в одном или нескольких элементах изображения. Иллюстрация такого варианта реализации способа приведена на фиг.8, где данные ОКТ для выделенной на фиг.5 области представлены в отсортированном по величине яркости виде (кривая ТС для БП, кривая АС для НСП).In another particular case of the implementation of the developed method (
В еще одном частном случае реализации заявляемого способа (п.4 ф-лы) оценочные яркости МТС и МАС определяют как значения высокого, по крайней мере, больше 99, процентиля (р99,5 на фиг.9) для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно. Преимущество использования такого способа определения оценочных яркостей МТС и МАС состоит в устойчивости метода к наличию систематических ошибок, заключающихся в появлении элементов (пикселов) высокой яркости («битых пикселов») на всех изображениях ОКТ анализируемой серии. Иллюстрация такого варианта реализации способа приведена на фиг.9. Данные ОКТ для выделенной на фиг.5 области представлены в отсортированном по величине яркости виде (кривая ТС для БП, кривая АС для НСП).In another particular case of the implementation of the proposed method (
Положение центров СТС и САС по н.п. 1 ф-лы определяют посредством вычисления медианы для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC соответственно. Использование медианы в качестве критерия определения центра гистограммы позволяет в широких пределах исключить влияние значения «уровня черного» - порога нулевой яркости -настраиваемого для обеспечения оптимального контраста изображений ОКТ. На фиг.10 приведены изображение ОКТ и соответствующая гистограмма для выделенной области НСП. Кривая А соответствует гистограмме реального распределения величины яркости в выделенной области до осуществления процедуры установки нулевого уровня яркости. Кривая Б соответствует гистограмме распределения величины яркости в выделенной области после осуществления процедуры установки нулевого уровня яркости в 23 условные единицы. Вычисление центра САС гистограммы HISTAC по правилу среднего по распределению дает следующие результаты: для кривой Б центр САС соответствует пунктирной линии б (30 у.е.), а для кривой А центр САС соответствует пунктирной линии а (27 у.е.), см. фиг.10б. Определение положения центра САС гистограммы HISTAC посредством вычисления медианы распределения для обоих случаев дает одинаковый результат - пунктирная линия м (25,7 у.е.).The position of the centers СТС and САС by n.p. 1 f-ly determined by calculating the median for each histogram HISTTC and HISTAC , respectively. The use of the median as a criterion for determining the center of the histogram makes it possible to exclude, within a wide range, the influence of the "black level" value - the threshold of zero brightness - which is adjustable to ensure the optimal contrast of OCT images. Figure 10 shows the OCT image and the corresponding histogram for the selected area of the NSP. Curve A corresponds to the histogram of the real distribution of the brightness value in the selected area before the implementation of the procedure for setting the zero brightness level. Curve B corresponds to the histogram of the distribution of the brightness value in the selected area after the procedure for setting the zero brightness level to 23 conventional units. The calculation of the center CAC of the HISTAC histogram according to the distribution average rule gives the following results: for curve B, the center CAC corresponds to the dotted line b (30 c.u.), and for curve A, the center CAC corresponds to the dashed line a (27 c.u. .), see Fig.10b. Determining the position of the center CAC of the HISTAC histogram by calculating the median of the distribution for both cases gives the same result - the dotted line m (25.7 c.u.).
Значение полуширины SAC (по п. 5 ф-лы) определяется значением высокого, по крайней мере, больше 50, процентиля для гистограммы HISTAC. При определении значения полуширины SAC гистограммы HISTAC по величине высокого процентиля целесообразно иметь в виду, что для нормального (гауссовского) распределения величина дисперсии определяется значением процентиля 84 (р84 на фиг.10б).The value of the half-width SAC (according to
В следующем частном случае реализации разработанного способа (п. 6 ф-лы) положения центров СТС, САС и значение полуширины SAC определяют посредством вычисления соответствующих параметров фитирующих функций для каждой гистограммы HISTTC и HISTAC. Причем параметром, характеризующим положение центра, является значение аргумента фитирующей функции, при котором ее величина принимает максимальное значение на интервале определения, а параметром, характеризующим значение полуширины, является значение полуширины функции, используемой в качестве фитирующей. Использование фитирующих функций позволяет эффективно компенсировать влияние отдельных ярких включений, в том числе случайно захваченных областью для анализа фрагментов изображения, соответствующих барабанной перепонке и другим структурам среднего уха, при этом форма и основные характеристики распределения в доминирующей области сохраняются. На фиг.11 приведено изображение ОКТ и две гистограммы для выделенной области НСП. В выделенную область попадает часть барабанной перепонки (19% от общего объема анализируемой области), вследствие чего на гистограмме (кривая 1 на фиг. 11б) возникает второй максимум, сформированный сигналом из области барабанной перепонки. Нахождение положения центра C1 и значения полуширины S| гистограммы 1 по величине медианы и процентиля дает переоценку положения центра САС и существенное завышение значения полуширины SAC. В приведенном на фиг.11б случае значение полуширины Si гистограммы 1 в 4,5 раза выше, чем значение полуширины S2 гистограммы 2, а положение центра С2 смещено относительно C1 для той же выделенной области, но с исключением из нее «части» барабанной перепонки. При выборе в качестве фитирующей функции гауссовской зависимости для обеих гистограмм (кривые 3 и 4) в результате расчета регистрируются идентичные (различие не более 5%) значения положения центра САС и значения полуширины SAC гистограммы HISTAC.In the next particular case of the implementation of the developed method (
Таким образом, разработанный способ диагностики экссудативного среднего отита за счет построения гистограмм распределения яркости для барабанной полости и для области наружного слухового прохода и вычисления по этим гистограммам определенных параметров позволяет вычислить первый характеристический показатель и второй характеристический показатель, по которым объективно неинвазивно определяют наличие экссудата в барабанной полости и оценивают его вязкость.Thus, the developed method for diagnosing exudative otitis media by constructing histograms of the distribution of brightness for the tympanic cavity and for the area of the external auditory canal and calculating certain parameters from these histograms makes it possible to calculate the first characteristic indicator and the second characteristic indicator, by which the presence of exudate in the tympanic cavity is objectively non-invasively determined. cavity and evaluate its viscosity.
Claims (6)
Translated fromRussianPublications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785738C1true RU2785738C1 (en) | 2022-12-12 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8115934B2 (en)* | 2008-01-18 | 2012-02-14 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Device and method for imaging the ear using optical coherence tomography |
| RU2730973C1 (en)* | 2019-03-01 | 2020-08-26 | Алексей Александрович Новожилов | Diagnostic technique for exudative otitis media |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8115934B2 (en)* | 2008-01-18 | 2012-02-14 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Device and method for imaging the ear using optical coherence tomography |
| RU2730973C1 (en)* | 2019-03-01 | 2020-08-26 | Алексей Александрович Новожилов | Diagnostic technique for exudative otitis media |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НОВОЖИЛОВ А. А. и др. Обзор современных методов диагностики экссудативного среднего отита. Вестник оториноларингологии. 2020, том 85, номер 3, стр. 68-74. НОВОЖИЛОВ А. А. и др. Бесконтактная оптическая когерентная томография — эффективный метод визуализации экссудата среднего уха. Вестник оториноларингологии. 2020, том 85, номер 4, стр. 16-23. ЧЕРЕШНЕВ В. О. и др. Построение изображений оптической когерентной томографии биологических тканей на основе анализа интенсивности пикселей. Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2019, номер 3, стр. 104-112. NAM HYUN CHO et al., Optical Coherence Tomography for the Diagnosis and Evaluation of Human Otitis Media. J Korean Med Sci. 2015, 30(3), pp. 328-335. DSOUZA R. et al., In vivo detection of nanometerscale structural changes of the human tympanic membrane in otitis media. Scientific Reports. 2018, volume 8, Article number 8777.* |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10105046B2 (en) | Attenuation-based optic neuropathy detection with three-dimensional optical coherence tomography | |
| US10258238B2 (en) | Method and apparatus for OCT-based viscometry | |
| US8632180B2 (en) | Automated detection of uveitis using optical coherence tomography | |
| JP2005536752A (en) | Method and system for detecting changes associated with malignant tumors | |
| US12366512B2 (en) | Methods and systems for non-destructive estimation of scattering particle size | |
| Goatman et al. | Automated measurement of microaneurysm turnover | |
| Jaspers et al. | Insights into the use of thermography to assess burn wound healing potential: a reliable and valid technique when compared to laser Doppler imaging | |
| JP2018521764A (en) | Optical coherence tomography scan processing | |
| JP2019518493A (en) | Optical coherence tomography scan image correction | |
| Cooper et al. | Fully automated estimation of spacing and density for retinal mosaics | |
| WO2016144854A1 (en) | Methods and systems for enhancing microangiography image quality | |
| Kendall et al. | Spectroscopic optical coherence tomography for classification of colorectal cancer in a mouse model | |
| RU2785738C1 (en) | Method for diagnostics of exudative otitis media | |
| JP2020130596A (en) | Ultrasound diagnostic equipment, ultrasonic diagnostic program and ultrasonic echo image analysis method | |
| Malinet et al. | Cancer characterization using light backscattering spectroscopy and quantitative ultrasound: an ex vivo study on sarcoma subtypes | |
| Salameh et al. | Novel stereoscopic optical system for objectively measuring above-surface scar volume—First-time quantification of responses to various treatment modalities | |
| CN107430770A (en) | Processing optical coherence tomography scans | |
| US20130242313A1 (en) | Scanning methods and apparatus | |
| Pillar et al. | Automated quantification of anterior chamber cells using swept-source anterior segment optical coherence tomography | |
| JP2023543706A (en) | Processing of dark field X-ray image data information | |
| Gil et al. | Detection of fine modifications in bulk corneal grafts based on backscattered light quantification | |
| EP4159109A1 (en) | Image generating device, program, and image generating method | |
| US12440100B2 (en) | Image generation device, program, and image generation method | |
| JP7163039B2 (en) | Diagnosis support device, diagnosis support method and program | |
| Mento et al. | Alveolar Geometry Estimation Through Quantitative Lung Ultrasound Spectroscopy, Phantom Study with Monodisperse Vs Polydisperse Microbubble Populations |