doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-846-853


УДК 681.784

Полихромный источник света для реализации многоспектрального метода обработки изображений кожных новообразований

Зайченко К.В., Гуревич Б.С., Святкина В.И.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Зайченко К.В., Гуревич Б.С., Святкина В.И. Полихромный источник света для реализации многоспектрального метода обработки изображений кожных новообразований // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 5. С. 846–853. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-846-853


Аннотация
Предмет исследования. При диагностике онкологических заболеваний кожи остается актуальной проблема несвоевременного выявления патологий. Современные диагностические методы имеют ряд недостатков, связанных с ограниченными возможностями человеческого зрения, высокими требованиями к неинвазивным исследованиям и к цифровому представлению полученных результатов для их передачи по каналам связи. Важнейшие задачи ранней бинарной диагностики кожных новообразований могут быть решены с использованием методов биорадиофотоники. Метод. В работе рассмотрен авторский многоспектральный метод обработки изображений участков кожи с использованием нового специализированного полихромного источника света с программным управлением длиной волны излучения. Проанализирован принцип действия такого источника и обосновано применение набора светодиодов со специальным расположением, что позволяет направлять пучок света любой длины волны в одном направлении. Подтвержден выбор используемых диапазонов длин волн светодиодов, описан первый вариант макета такого источника света, приведены его оптическая и структурная схемы. Показано, что оптимальным способом программного управления длиной волны является ее грубая настройка переключением светодиодов и тонкая настройка установленными на выходе источника акустооптическими перестраиваемыми фильтрами. Основные результаты. Приведен ряд тестовых снимков пигментного пятна на коже размером 40 × 30 мм с длинами волн в пределах от ближнего ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазонов с использованием черно-белой камеры. При цифровой обработке полученных монохроматических изображений проведены гистограммная эквализация и медианная фильтрация снимков для расширения динамического диапазона уровней яркости и минимизации искажений, вызванных неравномерностью исследуемого участка кожи и наличием теневой засветки. Получены графики распределения амплитудной интенсивности в исходных и отфильтрованных снимках для выбранных длин волн светодиодов. Показано, что о наличии кожного новообразования можно судить по провалам кривой распределения интенсивности света. Обосновано радиальное расположение светодиодов на плате для минимизации теневой засветки при освещении кожи. Практическая значимость. Проведенные исследования многоспектральной обработки изображений с помощью реализованного полихромного источника света вносят вклад в развитие новых методов ранней диагностики кожных новообразований на основе фотоники и оптоэлектроники и могут найти практическое применение в медицинских технологиях.

Ключевые слова: источник света, рак кожи, программное управление, набор светодиодов, акустооптические перестраиваемые фильтры, цифровая обработка изображений

Благодарности. Работа поддержана Минобрнауки Российской Федерации, госзадание № 075-00761-22-00, тема № FZZM-2022-0011.

Список литературы
  1. Sung H., Ferlay J., Siegel R.L., Laversanne M., Soerjomataram I., Jemal A., Bray F. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries // CA: A Cancer Journal for Clinicians. 2021. V. 71. N 3. P. 209–249.https://doi.org/10.3322/caac.21660
  2. Злокачественные новообразования в России в 2020 году (заболеваемость и смертность) /под ред. А.Д.Каприна, В.В. Старинского,А.О. Шахзадовой.М.: МНИОИ им. П.А. Герцена − филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» МинздраваРоссии, 2021. С. 4–8.
  3. Солодянкина Т.Н., Апанасевич В.И., Гурина Л.Н. Дерматоскопия как метод диагностики меланомы кожи // Сибирский онкологический журнал. 2009. № 5. С. 63–66.
  4. Zhao J., Lui H., Kalia S., Zeng H. Real-time Raman spectroscopy for automatic in vivo skin cancer detection: an independent validation // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2015. V. 407. N 27. P. 8373–8379. https://doi.org/10.1007/s00216-015-8914-9
  5. Bratchenko I., Artemyev D., Myakinin O., Khristoforova Y.A., Moryatov A.A., Kozlov S.V., Zakharov V.P. Combined Raman and autofluorescence ex vivo diagnostics of skin cancer in near infrared and visible regions // Journal of Biomedical Optics. 2017. V. 22. N 2. P. 027005. https://doi.org/10.1117/1.JBO.22.2.027005
  6. Borisova E., Ivanov D., Kolev B., Genova T., Mircheva V., Ilyov S., Zaharieva L., Lihachova I., Lihachovs A., Spigulis J., Troyanova P. Autofluorescence spectroscopy of cutaneous neoplasia under ultraviolet, visible and near infrared excitation // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11363. P. 113630Z-1.https://doi.org/10.1117/12.2555982
  7. Зайченко К.В., Гуревич Б.С., Киселева К.Р. Экспериментальное обоснование спектрофотометрического метода анализа характера кожных новообразований // ТрудыМеждународной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и инновационные технологии в области естественных наук».Т. 2. Ташкент, 2020. С. 520–524.
  8. Zaichenko K.V., Gurevich B.S. Spectral selection using acousto-optic tunable filters for the skin lesions diagnostics // Proceedings of SPIE. 2021. V. 11922. P. 119221C. https://doi.org/10.1117/12.2615808
  9. Zaichenko K.V., Gurevich B.S. Application of acousto-optic tunable filters in the devices of skin cancer diagnostics // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11585. P. 115850K. https://doi.org/10.1117/12.2581750
  10. Zaichenko K.V., Gurevich B.S. Development of images multispectral processing for the skin cancer early diagnostics // Proceedings of SPIE. 2022. V. 12144. P. 121440E. https://doi.org/10.1117/12.2624329
  11. Шаповалов В.В., Гуревич Б.С., Колесов И.А., Андреев С.В., Беляев А.А.Источник света с произвольно регулируемым спектральным составом для биомедицинских спектральных анализаторов // Биомедицинская электроника. 2009. № 11. С. 16–20.
  12. Андреев С.В., БеляевА.В., Гуревич Б.С., Колесов И.А.,ЧелакВ.Н., ШаповаловВ.В. Источник полихромного излучения с управляемым спектром. Патент RU2478871. Бюл.2013. № 10.
  13. Зайченко К.В., Гуревич Б.С. Многоспектральная обработка изображений биологических объектов с помощью акустооптических устройств // Биомедицинская радиоэлектроника. 2013. № 9. С. 70–76.
  14. Zaichenko K.V., Gurevich B.S. Information productivity of the systems intended for biological objects images multispectral processing using acousto-optic tunable filters // AIP Conference Proceedings. 2019. V. 2140. P. 0200081. https://doi.org/10.1063/1.5122006
  15. Zaichenko K.V., Gurevich B.S. Efficiency increasing of medical diagnostic systems which use multispectral processing method // Proceedings of SPIE. 2022. V. 12146. P. 121460E. https://doi.org/10.1117/12.2624445


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика