Метод оценки содержания меланина в радужной оболочке глаза

Более 67 млн челове^ во всем мире болеют ^ла-^^омой и, по про^нозам, до 2030 ^. их ^оличество ^двоится. В инд^стриально развитых странах среди лиц старше 40 лет распространенность ^ла^^омы до-сти^ает 1,7%. Гла^^ома является причиной слепоты более чем ^ 5 млн челове^ в мире. Первичная ^ла-^^ома хара^териз^ется постоянным или периодичес-^им повышением вн^три^лазно^о давления с развитием трофичес^их расстройств в передних п^тях отто^а водянистой вла^и, сетчат^е и зрительном нерве [1,2].

Несмотря на большие достижения в из^чении па-то^енетичес^их механизмов ^ла^^омно^о процесса , большой про^ресс в диа^ности^е, хир^р^ии и фарма-^отерапии, ^ла^^ома занимает второе место среди причин слепоты и слабовидения. Главная проблема ^ла^^омы – ранняя диа^ности^а. Известно, что чем раньше от начала заболевания назначено лечение, тем больше шансов сохранить зрительные ф^н^ции. Биоми^рос^опичес^ие исследования по^азали, что дистрофичес^ие изменения в рад^жной оболоч^е и стр^^т^рах ^^ла передней ^амеры часто сочетались с транзиторными расстройствами внутриглазного давления и нередко предшествовали развитию клинических проявлений глаукомы [3,4,6].

Целью работы является: разработка методики оцен^и содержания меланина в рад^жной оболоч^е глаза человека как в норме, так и при первичной открытоугольной глаукоме.

Материалы и методы. Исследование проводилось на базе ^афедры ^лазных болезней СГМУ и ^афедры опти^и и биомедицинс^ой физи^и ГОУ ВПО СГУ. В исследовании участвовали здоровые люди и пациенты с первичной открытоугольной глаукомой 2-3 стадии. Возраст в обеих группах составлял от 55 до 75 лет. Пигментация угла передней ^амеры ^ пациентов с первичной от^рыто^^ольной глаукомой соответствовала 2-3 степени. В исследовании не принимали участие пациенты с секторальной атрофией радужной оболочки, с заболеваниями роговицы, пациенты, прооперированные по поводу катаракты. В работе анализировались изображения 20 радужных оболочек глаза здоровых людей и 12 радужных оболочек больных первичной открытоугольной глаукомой при внутриглазном давлении, нормализованном инстилляциями селективных в — адреноблокаторов,

Цветовые характеристики радужной оболочки определялись по цветным изображениям глаза человека, полученным in vivo с помощью цифрового фотоаппарата Olimpus C-5060. Для регистрации цифровых изображений радужных оболочек глаза человека была создана установка, которая позволяла фиксировать голову пациента, обеспечивала постоянные ^словия освещенности и делала возможной р^чн^ю фокусировку. За основу был взят штативный столик от щелевой лампы.

Освещающие элементы были закреплены на подвижном основании, которое позволяло регулировать интенсивность освещения в процессе съемки. Цифровая ^амера была присоединена ^ верти^альном^ держателю, фиксированному к подвижному основанию, которое позволяло перемещать камеру в трех плоскостях. Это разрешало использовать макросъемку в режиме ручной фокусировки. На рис. 1 (см. цв. вклейку) представлены цифровые изображения ра-д^жной оболоч^и здорово^о челове^а и пациентов с первичной открытоугольной глаукомой.

Для обработки цифровых изображений радужной оболочки была разработана специальная компьютерная программа. Яркость и цветность иссле-д^емо^о объе^та определялись с использованием колориметрических систем МКО1931 и МКО1976. Для это^о попи^сельно определялись три цветовые координаты ( R , G , B ) изображения радужной оболочки. Яркость изучаемых изображений и тест-объектов выражалась в единицах от 0 до 256. В качестве тест-объекта использовалось изображение пластины BaSO₄.

С помощью специальных маркеров из изображения выделялась сферическая область, содержащая радужную оболочку. Затем с помощью маркеров выделялась и удалялась область зрачка. Из каждого изображения для дальнейшей обработки были взяты участки, соответствующие разным оттенкам радужной оболочки (рис. 2, см. цв. вклейку).

Для оцен^и содержания меланина в рад^жной оболочке глаза человека был разработан алгоритм, основанный на инверсном методе Монте-Карло. Базируясь на двухслойной модели радужной оболочки, ^оэффициент отражения был вычислен с помощью методики Монте-Карло в спектральном диапазоне 380780 нанометров. Затем на основе вычисленного спектра отражения вычислялись цветовые ^оординаты со^ласно

R = j Г ( 2 ) P 0 ( 2 ) R ( 2 ) d2 G =J g ( 2 ) P 0 ( 2 ) R ( 2 ) d2 , B = j b ( 2 ) P 0 ( 2 ) R ( 2 ) d2

где R ( Л ) - коэффициент отражения радужной оболочки, и r(Л), д(Л), b(Л) - удельные цветовые координаты, P0 ( Л ) - спектр источника света. Вычисления были выполнены для каждого пикселя.

Концентрация меланина варьируется для цветовых координат, полученных путем вычислений, и цветовое разложение подбиралось для со^ласования экспериментально измеренных и рассчитанных значений. Из-за сложной структуры исследованной ткани и простоты представленной модели, концентрация меланина, полученная для каждой пространственной координаты, была усреднена по всей площади радужной оболочки.

Результаты исследования. Для радужных обо-лоче^ здоровых испыт^емых пол^чены след^ющие значения содержания меланина: при голубом цвете радужной оболочки - 26.2+3.4 мг/мл, коричневом - 30.3+1.17 мг/мл, при зеленом - 27.4+5.4 мг/мл. У пациентов с первичной от^рыто^^ольной ^ла^^омой содержание меланина в радужной оболочке составило при голубом цвете радужной оболочки -25.5+3.6 мг/мл, коричневом - 22.5+0.2 мг/мл, при зеленом - 16.1+2.4 мг/мл. Таким образом, наибольшая разница в содержании пигмента в радужной оболочке глаза у здоровых лиц и пациентов с первичной от^рыто^^ольной ^ла^^омой наблюдалась при коричневом и зеленом цвете радужной оболочки. В случае голубого цвета радужной оболочки разница была недостоверной. Наибольшая концентрация меланина при первичной открытоугольной глаукоме наблюдалась при голубом цвете радужной оболочки. На рис. 3 показано содержание меланина при различном цвете рад^жной оболоч^и ^ здоровых людей и у больных первичной открытоугольной глаукомой.

Выводы. Разработана экспериментальная установка, позволяющая неинвазивными методами циф-рово^о анализа изображений рад^жной оболоч^и глаза выполнять оценку содержания пигмента в радужной оболочке глаза человека.

Разработан ^омпле^с ^омпьютерных про^рамм для цифрового анализа изображений радужной оболочки глаза, позволяющий количественно оценить содержание меланина в радужной оболочке глаза человека. Полученные результаты показали, что суще-ств^ет достоверная разница в содержании меланина в рад^жной оболоч^е ^лаза челове^а в норме и при первичной открытоугольной глаукоме в одной возрастной категории, что делает возможным дальнейшее изучение данного вопроса.

Рис. 3. Содержание меланина у больных открытоугольной глаукомой и здоровых людей в зависимости от цвета рад^жной оболоч^и