Биотехническая система дерматоглифических исследований ладони
На правах рукописи
Бурлай Елена Викторовна БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЕРМАТОГЛИФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛАДОНИ 05.11.17 – Приборы системы и изделия медицинского назначения Приборы,
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Московском государственном техническом универси тете имени Н.Э.Баумана.
Баумана.
Научный консультант: д.т.н., профессор Спиридонов И.Н.
д И Н.
Официальные оппоненты: д.т.н., с.н.с. Парашин В.Б.
оппоненты к.т.н. Блохов А.В.
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский и ис исследовательский пытательный институт медицинской техники (ФГУ «ВНИИИМТ» Росздравнадзора) Росздравнадзора
Защита состоится " 9 " декабря 2009 г. в 1200 часов на заседании диссерта ционного совета Д 212.141.14 при Московском государственном техниче ском университете имени Н.Э. Баумана в зале Ученого Совета по адресу:
105005, г. Москва, 2-я Бауманская улица, д. 5.
я Ваш отзыв в одном экземпляре просим выслать по указанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им.
Н.Э. Баумана.
Автореферат разослан " 6 " ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент А.В. Самородов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Эпилептические припадки различной этиологии переносят до 5% на селения в популяции (Гусев Е.С., 1994, Бурд Г.С., 1995). Число резистентных к лечению больных достигает 40%, а более 20% детей больных эпилепсией становятся инвалидами и утрачивают способность к социальной адаптации вследствие частых тяжелых припадков и нарушений психики.
Одним из наиболее распространенных типов эпилепсии является идиопатическая эпилепсия (ИЭ), составляющая более 30% от всех случаев за болевания. Основным фактором развития ИЭ в настоящее время считается наследственная предрасположенность, выражающаяся в генетических нару шениях антиэпилептических структур головного мозга (Болдырев А.И., 1967, Durner M. 2001).
Сложность диагностики ИЭ обусловлена отсутствием биохимических и структурных изменений головного мозга, что существенно ограничивает возможности современных инструментальных методов: электроэнцефало графии, ультразвуковых исследований, томография и др., выявления патоло гии головного мозга. Результаты исследований российских и зарубежных эпилептологов и генетиков подтверждают наследственный характер заболе вания, поэтому для скрининга ИЭ целесообразно использовать результаты исследований информативных морфогенетических вариантов, применяемые для выявления наследственных и генетических болезней (Мухин К.Ю., 2000, Петрухин А.С., 2000, Кулкарни Дж., 2004).
По данным научно-технической литературы из всех информативных морфогенетических вариантов наиболее информативными для выявления ИЭ являются дерматоглифические параметры ладоней (Кулкарни Дж., 2004).
Исследования зарубежных и отечественных авторов показывают, что в каче стве диагностических признаков для выявления ИЭ целесообразно приме нять дерматоглифические параметры ладони: тип ладонных узоров (ТЛУ), локализацию ладонных узоров (ЛЛУ), тип ладонных трирадиусов (ТЛТ), значения ладонных углов и гребневого счета между ладонными трирадиуса ми (Тарк Р., 2003, Солониченко В.Г., 2003), однако не разработан обобщен ный комплекс дерматоглифических параметров ладони (КДПЛ) для медико генетического консультирования.
В настоящее время дерматоглифические исследования выполняются визуально на основе анализа узоров гребешковой кожи, расположенных в области пальцев и ладоней. Визуальное определение КДПЛ затруднено, так как на дерматоглифическом изображении ладони размером более 100100 мм необходимо обнаруживать и классифицировать элементы изо бражений и характерные точки: трирадиусы, ядра, размер которых составля ет менее 33 мм (И.С.Гусева, 1986). Отсутствие формализованной методики сегментации областей ладонной поверхности, сложность визуального распо знавания характерных точек при классификации типа ладонных узоров и трирадиусов снижает достоверность результатов визуальных дерматоглифи ческих исследований и ограничивает возможность их применения для скри нинга ИЭ в практике медико-генетического консультирования.
Разработанные отечественные (МГТУ им. Н.Э.Баумана, ЗАО Папилон и др.) и зарубежные (Cognitec Systems GmbH, Sonda Technologies и др.) ап паратно-программные комплексы обеспечивают определение комплекса дерматоглифических параметров отпечатков пальцев, но не позволяют клас сифицировать типы ладонных узоров и трирадиусов, обнаруживать области тенара, гипотенара и межпальцевую область на поверхности ладони. Разра ботанные методы обработки изображений папиллярных узоров (Кара сев И.В., 2001, Аполлонова И.А., 1999, Хрулев А.А., 2007) не обеспечивают классификацию переходных и дуговых узоров, типичных для ладонной дер матоглифики, и классификацию ладонных трирадиусов, расположенных в области тенара и гипотенара.
Таким образом, разработка биотехнической системы автоматизиро ванных дерматоглифических исследований ладони является социально зна чимой и актуальной задачей.
Цель и задачи исследования Целью данной работы является разработка биотехнической системы автоматизированных дерматоглифических исследований ладони.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать комплекс дерматоглифических характеристик ладони, адекватный комплексу дерматоглифических параметров ладони и ме тод измерения дерматоглифических характеристик.
2. Исследовать источники дефектов изображений ладони и разработать критерии качества дерматоглифических изображений.
3. Разработать требования к устройству регистрации полноразмерных изображений ладони, вычислительным средствам и программному обеспечению автоматизированных дерматоглифических исследований.
4. Создать и апробировать макет аппаратно-программного комплекса ав томатизированных дерматоглифических исследований ладони.
Методы исследования Поставленные задачи диссертационной работы решались на основе теории биотехнических систем, теории распознавания образов, методов тео рии вероятностей и математической статистики, методов проектирования программного и информационного обеспечения, технологии объектно ориентированного программирования.
Научная новизна 1. Впервые предложен комплекс дерматоглифических характеристик ла дони (КДХЛ), включающий количество и тип характерных точек, чис ло мод нормированного углового пространственно-частотного спектра (НУПЧС), координаты характерных точек, координаты антропомет рических точек ладони, среднюю пространственную частоту гребней, расстояние между характерными точками, адекватный комплексу дер матоглифических параметров ладони (КДПЛ).
2. Предложен алгоритм классификации дуговых и переходных ладонных узоров, не содержащих характерные точки, основанный на анализе ин тегральных характеристик пространственно-частотного спектра изо бражения.
3. Разработан алгоритм обнаружения границ области тенара, гипотенара и межпальцевой области на основе выделения характерных точек узо ров и антропометрических точек.
4. Разработан алгоритм оценки качества дерматоглифических изображе ний ладони (ДИЛ), позволяющий обнаруживать и классифицировать дефекты изображений ладони на основе значений обобщенного кон траста изображения, средней пространственной частоты гребней и ли нейного коэффициента вариации НУПЧС.
Практическая значимость Практическая значимость диссертационной работы заключается в раз работке требований к устройству регистрации дерматоглифических изобра жений, вычислительным средствам и программному обеспечению автомати зированных дерматоглифических исследований ладони.
Сформированный КДХЛ обеспечивает численное описание парамет ров структуры и формы изображений ладони и позволяет повысить досто верность дерматоглифических исследований.
Разработанные критерии качества дерматоглифических изображений и алгоритм классификации типов ладонных дефектов предназначены для об наружения и классификации дефектов и обеспечивают достоверность опре деления КДХЛ.
Разработанный алгоритм классификации типов дефектов дерматогли фических изображений и сформированная база изображений дефектов по зволяет выполнять испытания аппаратно-программных комплексов автома тизированных дерматоглифических исследований и ладонных сканеров.
Разработанные принципы построения и прототип программного и ин формационного обеспечения автоматизированных дерматоглифических ис следований позволяют снизить трудоемкость и повысить достоверность ре зультатов дерматоглифических исследований за счет численного описания параметров структуры и формы изображений ладони.
Результаты работы позволяют рекомендовать аппаратно-программный комплекс автоматизированных дерматоглифических исследований ладони к применению в центрах медико-генетического консультирования различных уровней и специализаций для решения задач медико-генетического консуль тирования, спортивной медицины и психиатрии, в судебно-медицинской экспертизе при анализе дерматоглифических изображений фрагментов ладо ни.
Положения, выносимые на защиту 1. Комплекс дерматоглифических характеристик ладони включает коли чество и тип характерных точек, число мод нормированного углового пространственно-частотного спектра, координаты характерных точек ладони, координаты антропометрических точек ладони, среднюю про странственную частоту гребней, расстояние между характерными точ ками.
2. Тип ладонных узоров, на которых отсутствуют трирадиусы и ядра, оп ределяется числом мод нормированного углового пространственно частотного спектра по пороговому уровню = 0,7: переходному узору соответствует одна мода;
дуге соответствует две моды.
3. Качество дерматоглифических изображений ладони определяется зна чением обобщенного контраста изображения, средней пространствен ной частотой и линейным коэффициентом вариации нормированного углового пространственно-частотного спектра.
Апробация работы Апробация работы проведена на базе Центра медико-генетического консультирования городской детской клинической больницы №13 им.
Н.Ф.Филатова. Результаты представлены на выставках «Здравоохранение 2007», «Мир биотехнологий-2007», «Здравоохранение-2008». Результаты ра боты внедрены в учебный процесс факультета «Биомедицинская техника» МГТУ им. Н. Э. Баумана, научно-исследовательский и испытательный центр биометрической техники МГТУ им. Н.Э. Баумана и Центр медико генетического консультирования городской детской клинической больницы №13 им. Н.Ф.Филатова.
Основные положения работы доложены и обсуждены на IX РНТК «Медико-технические технологии на страже здоровья» (о. Сицилия, Италия, 2007), XV РНТК «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» (г. Моск ва, 2008), X РНТК «Медико-технические технологии на страже здоровья» (г.
Монастир, Тунис, 2008), XII Международной научно-технической конфе ренции «Медико-экологические информационные технологии-2009» (г.
Курск, 2009), XI РНТК «Медико-технические технологии на страже здоро вья» (Черногория, 2009).
Публикации По материалам диссертации опубликованы 2 научные статьи в журна лах, рекомендованных ВАК, и 17 тезисов докладов на научных конференци ях.
Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Текст диссертации изложен на 144 страницах. В прило жения вошли результаты экспериментальных исследований. Список литера туры включает 147 библиографических источников. Диссертация проиллю стрирована рисунками, таблицами, графиками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, науч ная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформули рованы цель и задачи, положения, выносимые на защиту, представлена структура работы.
В первой главе представлен обзор методов диагностики и скрининга ИЭ. На основе сравнительного анализа методов диагностики наследствен ных болезней обосновано применение дерматоглифических исследований ладони для скрининга ИЭ.
Для формирования комплекса дерматоглифических параметров вы полнен анализ и обобщение научно-технической литературы, позволившие установить, что КДПЛ должен содержать ТЛУ, ЛЛУ, ТЛТ, гребневой счет (ГС) и ладонный угол (ЛУ) между трирадиусами.
На основе проведенных ранее исследований дерматоглифических па раметров ладони (Гусева И.С., 1973, Солониченко В.Г., 2001) установлено, что узоры распределены на поверхности ладони не равномерно и могут быть локализованы в области тенара, гипотенара и в межпальцевой области. Ло кализация узора на поверхности ладони характеризуется параметром ЛЛУ (рис. 1 а). Ладонные трирадиусы в зависимости от локализации на поверхно сти ладони принято классифицировать на карпальный, промежуточный и срединный (рис. 1 б). Показано, что для определения ЛЛУ и ТЛТ необходи мо оценивать координаты границ ладонных областей и координаты харак инаты терных точек ладонных узоров.
узоров а) б) Рис. 1. Топография ладонной поверхности:
а) локализация ладонных узоров;
б) локализация ладонных трирадиусов Для систематизации ТЛУ в диссертационной работе проведен анализ научно-технической литературы и исследования ТЛУ практически здоровых тературы людей и больных ИЭ: выборк 114 и 96 человек. Исследования ТЛУ позво выборки сследования лили установить статистически значимые различия относительной частоты встречаемости переходных узоров у больных ИЭ и в норме (уровень значи мости 0,05). На основе полученных данных к общепринятым типам ла донных узоров: дуга, петля, завиток, двойная петля, добавлен переходной петля узор. На рис. 2 представлены типы ладонных узоров: дуга, переходной узор, петля, завиток, двойная петля (рис. 2).
а) б) в) г) д) Рис. 2. Типы ладонных узоров:
а) дуга;
б) переходной узор;
в) петля;
г) завиток;
д) двойная петля Как показали исследования (В.А.Сойфер, 2000) пальцевых и ладонных узоров, достоверность определения численных характеристик изображения зависит от качества ДИЛ. В диссертационной работе проведены исследова ния 52 ДИЛ и выявлено два источника дефектов дерматоглифических изо бражений: нарушение методики регистрации и биологические особенности гребешковой кожи ладони. Дефекты, обусловленные нарушением методики регистрации, представляют собой залипание папиллярных гребней, возни кающее при наличии влаги на поверхности кожи, и непропечатки, появляю щиеся при отсутствии контакта гребней с чувствительной поверхностью устройства регистрации изображений ладони. Биологические особенности гребешковой кожи являются источником неустранимых дефектов дерматог лифических изображений, возникающих из-за низкого профиля гребней, дисплазии папиллярных гребней и исчерченности гребней поперечными складками.
На основе экспериментальных исследований изображений ладони ус тановлены априорные вероятности дефектов различного типа.
Вторая глава посвящена формированию комплекса дерматоглифиче ских характеристик ладони (КДХЛ), обеспечивающего численное описание параметров структуры и формы ладонных узоров.
Значение ГС определяется на основе средней пространственной часто ты гребней и расстояния между трирадиусами (И.В.Карасев, 2004), ЛУ вы числяется аналитически по координатам ладонных трирадиусов.
Для создания алгоритма классификации ТЛУ выполнен анализ суще ствующих методов распознавания и классификации папиллярных узоров (И.А.Аполлонова, 1999, И.В.Карасев, 2004, А.А.Хрулев, 2007), который по казал целесообразность применения метода поля направлений и интеграль ных характеристик пространственно-частотного спектра (ПЧС). Тип узоров гребешковой кожи определяется взаимным расположением и типом харак терных точек узора, однако особенности ладонных узоров не позволяют вы полнить классификацию ТЛУ только на основе типа и расположения харак терных точек. Поэтому для классификации типов ладонных узоров необхо димо учитывать особенности потоков папиллярных линий, формирующих узор.
Распознавание петлевых, завитковых узоров и двойных петель на по верхности ладони выполняется на основе числа и типа характерных точек узора, определяемых по полю направлений (А.А.Хрулев, 2007), что непри менимо для дуг и переходных узоров. Для разработки алгоритма классифи кации дуг и переходных узоров введен коэффициент, характеризующий отношение площадей изображения с преимущественным направлением па пиллярных линий и изображения, характеризующегося отклонением папил лярных линий более чем на 700 от преимущественного. На основе получен ных данных в качестве признака разделения классов узоров предложено ис пользовать число мод НУПЧС (k), определяемых по пороговому уровню (табл. 1).
Таблица 1.
НУПЧС дуги и переходного узора ладони Переходной узор Дуга Изображение фраг мента ладонного узора Нормированный уг ловой пространст венно-частотный спектр изображения фрагмента ладонно го узора N N Для определения порогового уровня исследовано 114 ДИЛ и по строены эмпирические зависимости вероятности классификации дуг и пере ходных узоров от порогового уровня. Полученные результаты эксперимен тальных исследований показывают, что разделение классов дуг и переход ных узоров выполняется по числу мод НУПЧС при пороговом уровне = 0,7 (k0,7). При этом переходными являются узоры, имеющие одну моду НУПЧС по пороговому уровню = 0,7, дугами являются узоры, характери зующиеся двумя модами.
При анализе научно-технической литературы установлено, что отсут ствует формализованное описание ладонных областей: тенара, гипотенара и межпальцевой области, необходимое для определения ЛЛУ. Для разработки алгоритма определения ЛЛУ введены три антропометрические точки ладони R(xR, yR), U (xU, yU), расположенные на ульнарном и радиальном краях флек сорной складки, и точка D(xD, yD), наиболее удаленная от линии флексорной складки (рис. 3 а). Разработана математическая модель границ ладонных об ластей, обеспечивающая определение ЛЛУ.
Предложенная модель границ ладонных областей позволила также разработать алгоритм классификации ТЛТ на основе взаимного расположе ния трирадиусов и прямых t, t', t'', разделяющих область тенара и гипотенара на три равные части (рис. 3 б).
а) б) Рис. 3. Области ладонной поверхности а) локализация ладонного узора;
б) тип ладонного трирадиуса Результаты проведенных исследований позволили сформировать КДХЛ, включающий количество ядер и трирадиусов (Ntr, Nc), число мод нормированного углового пространственно-частотного спектра по порого вому уровню = 0,7 (k0,7), координаты характерных точек ладони (xi, yi), ко ординаты антропометрических точек ладони R(xR, yR), U(xU, yU), D(xD, yD), среднюю пространственную частоту гребней ( ), расстояние между ха рактерными точками (L) (табл. 2).
Таблица 2.
Комплекс дерматоглифических характеристик ладони КДПЛ КДХЛ Взаимосвязь комплекса дерматоглифиче Обо ских параметров и комплекса дерматогли Наиме- Обо зна- Наименование фических характеристик нование значение чение Количество ядер core( xс i, yc i) Nc Количество три радиусов triradius( xtr i, ytr i) Ntr Тип узора ТУ Количество мод по уровню 0,, НУПЧС Продолжение табл. Комплекс дерма тоглифических Комплекс дерматоглифиче параметров ладо- ских характеристик ладони Взаимосвязь комплекса дерматоглифиче ни ских параметров и комплекса дерматогли фических характеристик Обо Наиме- Обо зна- Наименование нование значение чение x x x x nx x y x Локали- Координаты ХТ (xi, yi) y y y y зация ла- узора и антропо (xR, yR) ЛЛУ донного метрических то (xU, yU) y 2y узора чек ладони (xD, yD) x 2x Тип ХТ to to {core, triradius}, кар :
0 Тип ла, донного 2 пром :
ТЛТ (xi, yi) трирадиу- Координаты ХТ 9 (xD, yD) са, : сред Ладон- Координаты ХТ ti(xi, yi) ЛУ ный угол узора Средняя про Ладон · странственная ный частота ГС гребне Расстояние между вой счет трирадиусами В третьей главе представлены результаты разработки биотехнической системы автоматизированных дерматоглифических исследований ладони, сформулированы показатели назначения, разработана структурно функциональная схема биотехнической системы.
Биотехническая система автоматизированных дерматоглифических ис следований должна обеспечивать:
регистрацию полноразмерных изображений ладони;
обработку и хранение данных исследований, формирование от четов с результатами исследований;
время проведения исследований не более 15 минут;
определение КДХЛ.
В процессе формирования требований к устройству регистрации пол норазмерных изображений ладоней, вычислительным и программным сред ствам биотехнической системы и согласования биологической и техниче ской частей системы выполнен анализ физических, структурных и семанти ческих свойств изображений ладони, исследованы 128 ладоней и их изобра жений и установлено, что устройство регистрации ДИЛ должно иметь сле дующие характеристики: пространственное разрешение должно составлять не менее 18 мм-1, окно регистрации – не менее 130112 мммм, коэффици ент локального контраста – не менее 0,3.
Выполнен анализ объема памяти для хранения цифровых изображений ладони, временных характеристик процесса дерматоглифических исследова ний ладони и определены характеристики вычислительных и программных средств, входящих в состав биотехнической системы: объем памяти для хра нения данных – не менее 170 Гбайт;
время обработки данных – не более с;
тип архитектуры системы – открытая, модульная, расширяемая;
язык про граммирования – типизированный;
модель хранимых данных – реляционная.
Для обеспечения достоверности исследований при визуальной и авто матизированной обработке ДИЛ необходимо обеспечить качество дерматог лифических изображений или исключить области дефектов, в которых на блюдается нарушение потоков гребней.
Для разработки алгоритма обнаружения и классификации дефектов ДИЛ исследованы характеристики 52 дерматоглифических изображений, со держащих дефекты различных типов. Установлено, что дефекты ДИЛ про являются в локальном нарушении структуры папиллярных линий, характе ризующихся размытием границ между гребнями и впадинами узора, и инте гральных нарушениях, характеризующихся отсутствием непрерывности по токов папиллярных линий. На основании исследований локальных и инте гральных нарушений структуры гребней определены критерии качества ДИЛ, включающие обобщенный контраст изображения (1), среднюю про странственную частоту (2) и линейный коэффициент вариации нормирован ного углового пространственно-частотного спектра (3).
(1) где L – уровень интенсивности, H(L) – гистограмма уровней интен сивности.
(2) где – радиальный пространственно-частотный спектр, (3) где – нормированный угловой пространственно-частотный спектр;
– максимум углового пространственно-частотного спектра;
, радиальный пространственно-частотный –, спектр;
угловой пространственно –, частотный спектр;
– пространственно-частотный спектр изображения ладони.
Эмпирически определены граничные значения критериев качества для различных типов дефектов и изображений без нарушений потоков папил лярных линий, что позволило разработать алгоритм классификации дефек тов ДИЛ. Экспериментально установлено, что вероятность классификации дефектов, обусловленных нарушением методики регистрации изображений, составляет не менее 0,80;
вероятность классификации дефектов, обуслов ленных биологическими особенностями гребешковой кожи, – не менее 0,78.
Предложенные критерии качества ДИЛ позволяют обнаруживать и классифицировать дефекты изображений ладони, что обеспечивает возмож ность маскирования областей дефектов для повышения достоверности ре зультатов измерений структуры и формы дерматоглифических изображений.
В четвертой главе приведены результаты создания и испытания макета аппаратно-программного комплекса автоматизированных дерматоглифиче ских исследований ладони (АПК АДИЛ) и результаты апробации биотехни ческой системы дерматоглифических исследований ладони для скрининга ИЭ.
В состав макета АПК АДИЛ входят: биометрический сканер ладоней, персональный компьютер, прототип программного обеспечения автоматизи рованных дерматоглифических исследований ладони.
Для обеспечения регистрации полноразмерных изображений ладони с требуемыми размерами, разрешением и контрастом в составе макета АПК АДИЛ использован биометрический сканер ладоней, обеспечивающий фор мирование изображения ладони из отдельных фрагментов размером мммм, с разрешением 19 мм-1 и контрастом более 0,5.
Разработанный в процессе создания макета АПК АДИЛ прототип про граммного обеспечения выполняет функции регистрации полноразмерных изображений ладони с биометрического сканера, автоматизированное опре деление КДПЛ на основе численных значений КДХЛ, хранение данных ис следований, формирование отчетов и обеспечивает длительность автомати зированных дерматоглифических исследований менее tАвт 5 мин., что соот ветствует предъявленным требованиям и более чем в три раза меньше, чем длительность визуального исследования изображений ладони.
Для проведения исследований разработанных критериев качества ДИЛ и алгоритма классификации дефектов собрано и обработано 196 дерматог лифических изображений.
На сформированной базе ДИЛ, содержащей изображения, полученные бескрасковым методом и имеющие дефекты различного происхождения, ис следованы разработанные критерии качества ДИЛ. Установлено, что 17% изображений содержат дефекты обусловленные нарушением методики реги страции изображений ладони – залипания и непропечатки, 5% изображений содержат дефекты, обусловленные биологическими особенностями гребеш ковой кожи – низкий профиль и дисплазия гребней, поперечная исчерчен ность кожи. Полученные данные подтверждают эффективность разработан ных критериев качества и соответствуют предложенной классификации де фектов ДИЛ.
Для проверки адекватности разработанного КДХЛ параметрам КДПЛ и эффективности разработанных критериев качества исследована вероят ность классификации ТЛУ, ЛЛУ и ТЛТ на верифицированной выборке из 196 дерматоглифических изображений с дефектами и после применения ал горитма оценки качества (табл. 3).
Таблица 3.
Вероятность классификации дерматоглифических параметров на осно ве разработанного алгоритма обработки ДИЛ Тип ДИЛ Вероятность классификации ТЛУ ЛЛУ ТЛТ Межпальцевая Двойная петля Центральный Переходный Карпальный Срединный Гипотенар Завиток область Петля Тенар Дуга узор С дефектами 0,92 0,88 0,93 0,92 0,93 0,91 0,89 0,88 0,93 0,92 0, Без дефектов 0,99 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,98 0,98 0,98 0, Эффективность спроектированной биотехнической системы дерматог лифических исследований ладони для скрининга ИЭ подтверждена результа тами исследований 96 пациентов с ИЭ и 115 практически здоровых людей.
На созданном макете аппаратно-программного комплекса выполнена оценка вероятности обнаружения ИЭ на основе автоматизированных дерматогли фических исследований ладони.
В результате апробации созданного макета АПК АДИЛ, установлено, что вероятность обнаружения наследственной предрасположенности к ИЭ на основе автоматизированных дерматоглифических исследований ладони со ставляет 0,86;
вероятность ошибочного обнаружения ИЭ у практически здо ровых людей составила 0,21.
Полученные результаты подтверждают целесообразность и эффектив ность применения автоматизированных дерматоглифических исследований ладони и созданного макета АПК АДИЛ в практике медико-генетического консультирования для скрининга ИЭ и исследований наследственных и хро мосомных заболеваний по параметрам дерматоглифики ладони.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. В результате анализа научно-технической литературы и современного со стояния проблемы обоснована актуальность и практическая значимость соз дания биотехнической системы автоматизированных дерматоглифических исследований ладони для скрининга ИЭ.
2. Анализ и обобщение данных научно-технической литературы позволил сформировать КДПЛ для проведения дерматоглифических исследований ла дони, в который входят тип и локализация ладонных узоров, тип ладонных трирадиусов, значения гребневого счета и ладонных углов между трирадиу сами.
3. В результате экспериментальных исследований особенностей потоков па пиллярных линий различных типов узоров, локализации узоров и трирадиу сов на поверхности ладони разработан КДХЛ, включающий количество и тип характерных точек, число мод НУПЧС, координаты характерных и ан тропометрических точек ладони, среднюю пространственную частоту греб ней, расстояние между характерными точками, адекватный КДЛП для скри нинга ИЭ.
4. На основе экспериментальных исследований интегральных характеристик ПЧС дуг и переходных узоров установлено, что для классификации типов ладонных узоров необходимо использовать характеристику НУПЧС – чис ло мод по пороговому уровню = 0,7.
5. На основе геометрических исследований изображений ладони, содержа щих область тенара, гипотенара и межпальцевую область, разработан алго ритм для определения границ ладонных областей, позволяющий на основе расположения характерных точек узора и антропометрических точек ладони выполнять классификацию ладонных узоров и определять тип ладонных трирадиусов.
6. Разработан и исследован КДХЛ, адекватный КДПЛ, обеспечивающий численное описание структуры и формы дерматоглифических изображений ладони.
7. Разработаны и исследованы критерии качества ДИЛ, включающие значе ние обобщенного контраста, среднюю пространственную частоту гребней и линейный коэффициент вариации НУПЧС, позволяющие обнаруживать и классифицировать дефекты изображений ладони, обусловленные нарушени ем методики регистрации ДИЛ и биологическими особенностями гребешко вой кожи, такими как залипания, непропечатка, низкий профиль гребней, дисплазия и поперечная исчерченность.
8. Разработанный алгоритм классификации дефектов и сформированная база изображений, содержащих классифицированные дефекты, позволяют прово дить испытания различных устройств регистрации ДИЛ и алгоритмов обра ботки дерматоглифических изображений.
9. На основе экспериментальных исследований изображений ладони опреде лены значения характеристик устройства регистрации ДИЛ: окно регистра ции – не менее 130112 мммм, разрешение – не менее 18 мм-1, контраст – не менее 0,3;
вычислительных и программных средств: объем памяти для хранения данных – не менее 170 Гбайт, обработка данных – не более 200 с, тип архитектуры – открытая, модульная, расширяемая, язык программиро вания – типизированный, модель хранимых данных – реляционная.
10. Разработано программное обеспечение для автоматизированных дерма тоглифических исследований, обеспечивающее оценку качества ДИЛ, опре деление КДХЛ, хранение ДИЛ и результатов дерматоглифических исследо ваний ладони.
11. Апробация созданного макета АПК АДИЛ на верифицированных исто риях болезни показала эффективность применения автоматизированных дерматоглифических исследований ладони для скрининга ИЭ.
12. Результаты апробации разработанных алгоритмов обработки ДИЛ и вы числения КДХЛ, алгоритмов классификации дефектов ДИЛ и созданного макета, позволяют рекомендовать АПК АДИЛ к применению в центрах ме дико-генетического консультирования для исследования врожденных и на следственных болезней, профессиональном отборе, в судебно-медицинской экспертизе.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Исследование алгоритма вейвлет-кодирования дерматоглифических изо бражений / Е.В. Бурлай, А.А. Хрулев, И.Н. Спиридонов, В.Н. Рождествин //Биомедицинские технологии и радиоэлектроника М.: МГТУ им.
Н.Э.Баумана, 2007. – №10, С. 16-24.
2. Автоматизированные дерматоглифические исследования наследственных форм эпилепсии /Е.В. Бурлай, И.В. Новикова, В.А. Галченков, Н.В.Птицын, И.Н. Спиридонов //Биомедицинские технологии и радиоэлектроника М.:
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008. – №10, С. 10-20.
3. Бурлай Е.В., Новикова И.В., Спиридонов И.Н. Метод автоматизированной обработки дерматоглифических изображений ладони //Медико экологические информационные технологии-2009: сборник материалов XII Междунар. науч.-техн. конф. / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2009. – С. 197 200.
4. Бурлай Е.В., Новикова И.В., Спиридонов И.Н. Автоматизированные дер матоглифические исследования ладони для выявления идиопатической эпи лепсии // Научно-техническая конференция «Медико-технические техноло гии на страже здоровья». Сборник докладов 19-26 сентября 2009 г., Черного рия,– М.:НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. – С. 117-119.
5. Информационная система регистрации, хранения и обработки данных ин формативных морфогенетических вариантов в практике медико генетического консультирования /А.А.Хрулев, Е.В.Бурлай, В.А. Галченков, А.А.Бойко, И.Н.Спиридонов //Научно-техническая конференция «Медико технические технологии на страже здоровья». Сборник докладов 19-26 сен тября 2009 г., Черногория,– М.:НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. – С.
126-129.
6. Разработка аппаратно-алгоритмических средств для получения полнораз мерных изображений ладони /Е.В. Бурлай, А.А. Хрулев, И.В. Новикова, И.Н.
Спиридонов //Фотометрия и ее метрологическое обеспечение – 2008: сбор ник докладов XVII российской научно-технической конференции, М.:
ВНИОФИ, 2008. – С.120-123.
7. Разработка алгоритма автоматизированной оценки комплекса дерматог лифических параметров ладони / Е.В.Бурлай, И.В. Новикова, А.А.Хрулев, И.Н.Спиридонов //Научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья». Сборник докладов 28 сентября-05 октября 2008 г., Тунис, г. Монастир,– М.:НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008. – С.
58-61.
8. Аппаратные и программные средства дерматоглифического исследования для оценки наследственной предрасположенности к психическим заболева ниям/ Е.В. Бурлай, А.А. Хрулев, И.В. Новикова, И.Н. Спиридонов// Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии: Доклады 8-ой межд. науч.-техн.
конф. Книга 1 – Владимир: ВООО ВОИ ПУ «Рост», 2008. – С. 120-126.
9. Бурлай Е.В., Хрулев А.А., Спиридонов И.Н. Исследование влияния адди тивного гауссова шума на эффективность алгоритма вейвлет-кодирования дерматоглифических изображений // Научно-техническая конференция «Ме дико-технические технологии на страже здоровья». Сборник докладов 05- октября 2007 г., о.Сицилия (Италия). – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007. – С. 68-69.