ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 12
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.7
УДК 681.7:57.08
Погрешности измерения параметров размеров, формы и цвета при автоматизированном скрининге пигментных новообразований кожи
К. Г. Кудрин 1, Е. Н. Римская 2, О. Ю. Павлюкова 3, Д. В. Давыдов 1, И. В. Решетов 1,4
1 Академия постдипломного образования Федерального научно-клинического центра специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агентства,
125371, Москва, Волоколамское шоссе, 91
2 Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 5-1
3 Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7
4 Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, 119991, Москва, ул. Трубецкая, 8-2
Статья поступила в редакцию 4 декабря 2020 г.
Аннотация. Описываются особенности измерения параметров размеров формы и цвета при автоматизированном скрининге меланомы и пигментных новообразований кожи. Известным клиническим параметрам пигментных новообразований кожи ставится в соответствие комплекс измеряемых параметров. На основе данных о значениях количественных клинических параметров определяются допустимые погрешности измерения линейных параметров и параметров площади. Рассматриваются факторы, вносящие случайные погрешности при измерении линейных параметров и параметров площади методом картирования поверхности тела человека. Аналитически оцениваются погрешности при измерении линейных параметров и параметров площади. Оценены погрешностей измерения параметров цвета пигментных новообразований кожи методом картирования поверхности тела человека. Установлена возможность автоматизированного скрининга пигментных новообразований кожи методом картирования поверхности тела человека.
Ключевые слова: меланома кожи, ранняя диагностика, автоматизированный скрининг, клинические параметры, допустимые погрешности, погрешности измерения, картирование поверхности кожи.
Abstract. The paper describes the features of measuring parameters of size, shape, and color in automated screening of melanoma and skin pigmented neoplasms. Based on the known clinical parameters of pigmented skin neoplasms a set of measured parameters are proposed. The allowable errors of measuring the linear parameters and area parameters using numerical parameters of size are determined. A factors that introduce random errors of measuring the linear parameters and area parameters by the body mapping are considered. Measuring errors of linear parameters and area parameters are estimated analytically. The measurement errors for color parameters of skin pigmented neoplasms by body mapping are presented. The possibility of automated screening of melanoma and skin pigmented neoplasms by body mapping are confirmed.
Key words: skin melanoma, early diagnosis, automated screening, clinical parameters, allowable errors, measurement errors, skin surface mapping.
Литература
1. Eisemann N., Waldmann A., Geller A.C., Weinstock M.A., Volkmer B., Greinert R., Breitbart E.W., Katalinic A. Non-Melanoma Skin Cancer Incidence and Impact of Skin Cancer Screening on Incidence // J. Invest. Dermatol. 2014. Vol.134. No.1. P.43 https://doi.org/10.1038/jid.2013.304.
2. LeBoit P.E., Burg G., Weedon D., Sarasain A. Pathology and Genetics of Skin Tumours. World Health Organization Classification of Tumours. // IARC Press: Lyon, 2006. 355 p.
3. Shaikh W.R., Xiong M., Weinstock M. A. The contribution of nodular subtype to melanoma mortality in the United States, 1978 to 2007 // Arch Dermatol. 2012. Vol.148. No.1. P.30. https://doi.org/10.1001/archdermatol.2011.264.
4. Chen S.T., Geller A.C., Tsao H. Update on the epidemiology of melanoma // Curr. Dermatol. Rep. 2013. Vol.2. No.1. Р.24. https://doi.org/10.1007/s13671-012-0035-5.
5. Nikolaou V., Stratigos A.J. Emerging trends in the epidemiology of melanoma // British Journal of Dermatology. 2014. Vol.170. No.1. P.11. https://doi.org/10.1111/bjd.12492.
6. Tsao H., Olazagasti J.M., Cordoro K.M., Brewer J.D., Taylor S.C., Bordeaux J.S., Chren M.M., Sober A.J., Tegeler C., Bhushan R., Begolka W.S. Early detection of melanoma: Reviewing the ABCDEs. // Journal of the American Academy of Dermatology. 2015. Vol.72. No.4. P.717.
https://doi.org/10.1016/j.jaad.2015.01.025.
7. Siegel R.L., Miller K.D., Jemal A. Cancer Statistics, 2016 // CA Cancer Journal for Clinicians. 2016. Vol.66. No.1. P.7. https://doi.org/10.3322/caac.21332.
8. Siegel R.L., Miller K.D., Jemal A. Cancer Statistics, 2017 // CA Cancer Journal for Clinicians. 2017. Vol.67. No.1. P.7. https://doi.org/10.3322/caac.21387.
9. Состояние онкологической помощи населению России в 2019 году / Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, А.О. Шахзадовой. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена − филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии», Минздрава России, 2020. 239 с.
10. Eggermont A., Spatz A., Robert C. Cutaneous melanoma. // The Lancet. 2014. Vol.1. No.383(9919). P.816. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)60802-8
11. Rubegni P., Burroni M., Perotti R., Fimiani M., Andreassi L., Cevenini G., Barbini P. Digital dermoscopy analysis and artificial neural network for the differentiation of clinically atypical pigmented skin lesions: a retrospective study // Journal of Investigative Dermatology. 2002. Vol.119. P.471.
12. Bafounta M.L., Beauchet A., Aegerter P., Saiag P. Is dermoscopy useful for the diagnosis of melanoma? Results of a meta-analysis using techniques adapted to the evaluation of diagnostic tests // Arch Dermatol. 2001. Vol.137. No.10. P.1343.
13. Cohen D.E., Sangueza O.P., Pass E., Stiller M.J. In vivo cutaneous surface microscopy: revised nomenclature // International Journal of Dermatology. 1993. Vol.32. No.4. P.257. https://doi.org/10.1111/j.1365-4362.1993.tb04263.x.
14. Bleve M., Capra P., Pavanetto F., Perugini P. Ultrasound and 3D Skin Imaging: Methods to Evaluate Efficacy of Striae Distensae Treatment // Dermatology Research and Practice. 2012. P.673706. https://doi.org/10.1155/2012/673706.
15. Demidov L.V., Sokolov D.V, Bulycheva I.V. The progress in the diagnosis of cutaneous melanoma // Journal of N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center of RAMS. 2007. Vol.18. No.1. P.36.
16. Kittler H., Marghoob A.A., Argenziano G. et al. Standardization of terminology in dermoscopy/dermatoscopy: Results of the third consensus conference of the International Society of Dermoscopy // Journal of the American Academy of Dermatology. 2016. Vol.74. No.6. P.1093.
https://doi.org/10.1016/j.jaad.2015.12.038.
17. Rosendahl C., Hishon M., Cameron A., Barksdale S., Weedon D., Kittler H. Nodular melanoma: five consecutive cases in a general practice with polarized and non-polarized dermatoscopy and dermatopathology // Dermatology Practical and Conceptual. 2014. Vol.4. No.2. P.69https://doi.org/10.5826/dpc.0402a15.
18. Deinlein T., Richtig G., Schwab C., Scarfi F., Arzberger E., Wolf I., Hofmann-Wellenhof R., Zalaudek I. The use of dermatoscopy in diagnosis and therapy of nonmelanocytic skin cancer // Journal of the German Society of Dermatology. 2016. Vol.14. No.2. P.144. https://doi.org/10.1111/ddg.12903.
19. Rajadhyaksha M., González S., Zavislan J.M., Anderson R.R., Webb R.H. In Vivo Confocal Scanning Laser Microscopy of Human Skin II: Advances in Instrumentation and Comparison With Histology // Journal of Investigative Dermatology. 1999. Vol.113. P.293. https://doi.org/10.1046/j.1523-1747.1999.00690.x.
20. González S. Clinical Applications of Reflectance Confocal Microscopy in the Management of Cutaneous Tumors // Actas Dermosifiliogr. 2008. Vol.99. P.528. https://doi.org/10.1016/S1578-2190(08)70309-3.
21. Longo C., Ragazzi M., Ragazzi M., Nehal K., Bennassar A., Pellacani G., Guilera J.M. In Vivo and Ex Vivo Confocal Microscopy for Dermatologic and Mohs Surgeons // Dermatologic Clinics. 2016. Vol.34. No.4. P.497.
https://doi.org/10.1016/j.det.2016.05.012.
22. Pellacani G., De Pace B., Reggiani C., Cesinaro A.M., Argenziano G., Zalaudek I., Soyer H. P., Longo C. Distinct melanoma types based on reflectance confocal microscopy // Experimental Dermatology. 2014. Vol. 23. No.6. P.414. https://doi.org/10.1111/exd.12417.
23. Zhao B., He Y. Recent advances in the prevention and treatment of skin cancer using photodynamic therapy // Expert Review of Anticancer Therapy. 2010. No.10. P.1797. https://doi.org/10.1586/era.10.154.
24. Rohrbach D.J., Muffoletto D., Huihui J., Saager R. Keymel K., Paquette A., Morgan J., Zeitouni N., Sunar U. Preoperative Mapping of Nonmelanoma Skin Cancer Using Spatial Frequency Domain and Ultrasound Imaging // Academic Radiology. 2014. Vol.21. No.2. P.263. https://doi.org/10.1016/j.acra.2013.11.013.
25. Neuschmelting V., Burton N.C., Lockau H., Urich A., Harmsen S., Ntziachristos V., Kirchera M.F. Performance of a Multispectral Optoacoustic Tomography (MSOT) System equipped with 2D vs. 3D Handheld Probes for Potential Clinical Translation // Photoacoustics. 2016. Vol.4. No.1. P.1.
https://doi.org/10.1016/j.pacs.2015.12.001.
26. Müller J., Hartmann J., Bert C. Infrared camera based thermometry for quality assurance of superficial hyperthermia applicators // Physics in Medicine & Biology. 2016. Vol.61. No.7. P.2646. https://doi.org/10.1088/0031-9155/61/7/2646.
27. Petersen B., Philipsena P.A., Wulf H.C. Skin temperature during sunbathing – relevance for skin cancer // Photochemical & Photobiological Sciences. 2014. Vol.13. No.8. P.1123. https://doi.org/10.1039/C4PP00066H.
28. Faust O., Acharya U.R., Ng E.Y.K., Hong T.J., Yu W. Application of infrared thermography in computer aided diagnosis // Infrared Physics & Technology. 2014. Vol.66. P.160. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2014.06.001.
29. Bleve M., Capra P. F., Perugini P. In vivo MR microscopy of the human skin // Magnetic Resonance in Medicine. 1997. Vol.37. No.2. P.185.
30. Rollins A.M., Kulkarni M.D., Yazdanfar S., Ung-arunyawee R., Izatt J.A. In vivo video rate optical coherence tomography // Optics Express. 1998. Vol.3. No.6. P.219. https://doi.org/10.1364/OE.3.000219.
31. Saxer C.E., de Boer J.F., Park H.B., Zhao Y., Chen Z., Nelson J.S. High-speed fiber–based polarization-sensitive optical coherence tomography of in vivo human skin. // Optics Letters. 2000. Vol.25. No.18. P.1355.
https://doi.org/10.1364/OL.25.001355.
32. Olsen J., Themstrup L., Jemec G.B. Optical coherence tomography in dermatology. // Giornale italiano di dermatologia e venereologia. 2015. Vol.150. No.5. P.603.
33. MacKinnon N., Vasefi F., Booth N., Farkas D.L. Melanoma detection using smartphone and multimode hyperspectral imaging // Proc. of SPIE. 2016. Vol.9711. No.1. P.971111. https://doi.org/10.1117/12.2222415.
34. Dolganova I.N., Neganova A.S., Kudrin K.G., Zaytsev K.I., Reshetov I.V.. Monte Carlo simulation of optical coherence tomography signal of the skin nevus// Journal of Physics: Conference Series. 2016. No.673. https://doi.org/10.1088/1742-6596/673/1/012014.
35. Zaytsev K.I., Kudrin K.G., Chernomyrdin N.V., Khorokhorov A.M., Prytov A.B., Dolganova I.N., Perchik A.V., Reshetov I.V., Yurchenko S.O.. Wavelet-domain de-noising of optical coherent tomography data for biomedical applications // Journal of Physics: Conference Series. 2015. No.584. P.012013. https://doi.org/10.1088/1742-6596/584/1/012013.
36. North J.P., Garrido M.C., Kolaitis N.A., LeBoit P.E. Fluorescence in situ hybridization as an ancillary tool in the diagnosis of ambiguous melanocytic neoplasms: a review of 804 cases. American Journal of Surgical Pathology. 2014. Vol.38. No.6. P.824. https://doi.org/10.1097/PAS.0000000000000189.
37. Borisova E.G., Angelova L.P., Pavlova E.P. Endogenous and Exogenous Fluorescence Skin Cancer Diagnostics for Clinical Applications // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2014. Vol.20. No.2. P.211. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2013.2280503.
38. Chernomyrdin N.V., Zaytsev K.I., Lesnichaya A.D., Kudrin K.G., Cherkasova O.P., Kurlov V.N., Shikunova I.A., Perchik A.V., Yurchenko S.O., Reshetov I.V. Principle component analysis and linear discriminant analysis of multi-spectral autofluorescence imaging data for differentiating basal cell carcinoma and healthy skin // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 21.Series "Imaging Spectrometry XXI". 2016. P.99760B. https://doi.org/10.1117/12.2237607.
39. Chernomyrdin N.V., Lesnichaya A.D., Yakovlev E.V., Kudrin K.G., Cherkasova O.P., Rimskaya E.N., Kurlov V.N., Karasik V.E., Reshetov I.V., Tuchin V.V., Zaytsev K.I. Differentiation of basal cell carcinoma and healthy skin using multispectral modulation autofluorescence imaging: a pilot study. Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2019. Vol.5. No.1(1). P.10302. https://doi.org/10.18287/JBPE19.05.010302.
40. Zaytsev K.I., Kudrin K.G., Karasik V.E., Reshetov I.V., Yurchenko S.O. In vivo terahertz spectroscopy of pigmentary skin nevi: Pilot study of non-invasive early diagnosis of dysplasia // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol.106. No.5. P.053702. https://doi.org/10.1063/1.4907350.
41. Зайцев К.И., Черномырдин Н.В, Кудрин К.Г., Решетов И.В., Юрченко С.О. ТГц спектроскопия пигментных невусов кожи in vivo // Оптика и спектроскопия. 2015. T. 119. № 3. C.404–410.
https://doi.org/10.7868/S0030403415090305.
42. Zaytsev K.I., Chernomyrdin N.V., Kudrin K.G., Gavdush A.A., Nosov P.A., Yurchenko S.O., Reshetov I.V. In vivo terahertz pulsed spectroscopy of dysplastic and non-dysplastic skin nevi // Journal of Physics: Conference Series. 2016. Vol.735. No.1. P.012076. https://doi.org/10.1088/1742-6596/735/1/012076.
43. Zaytsev K.I., Kudrin K.G., Reshetov I.V., Gavdush A.A., Chernomyrdin N.V., Karasik V.E., Yurchenko S.O. In vivo spectroscopy of healthy skin and pathology in terahertz frequency range // Journal of Physics: Conference Serie. 2015. Vol.584. P.012023. https://doi.org/10.1088/1742-6596/584/1/012023.
44. Решетов И.В., Потекаев Н.Н., Арутюнян Л.С., Залетаев Д.В., Маторин О.В., Кудрин К.Г. Диспластический невус как предшественник меланомы кожи // Российский онкологический журнал: научно-практический журнал. 2009. №5. С.54-56.
45. Конопацкова О.М., Жандарова Л.Ф. Меланома кожи в г. Саратове // Клиника и лечение меланом кожи: Тез. Всесоюз. Симпоз. Л. 1990. С.33-34.
46. Ахмедов Б.П. Хасанова З.М. Скрининг рака кожи //Современная онкология.–2002. Т.4. №4. С.50.
47. Соколов Д.В., Ворожцов Г.Н., Махсон А.Н. и др. Комплексный метод ранней диагностики меланомы кожи // Российский онкологический журнал. 2008. №4. С.6-10.
48. Kudrin K.G., Rimskaya E.N., Apollonova I.A., Nikolaev A.P., Chernomyrdin N.V., Svyatoslavov D.S., Davydov D.V., Reshetov I.V. Early Diagnosis of Skin Melanoma Using Several Imaging Systems. Optics and Spectroscopy. 2020. Vol.128. No.6. P.820–831. https://doi.org/10.1134/S0030400X20060132.
49. Фитцпатрик Т., Джонсон Р., Вульф К., и др. Дерматология. Атлас-справочник. Пер с англ. МакГроу-Хилл-Практика, 1999. 1088 с.
50. Чиссов В.И., Старинский В.В., Александрова Л.M. и др. Раннее выявление и профилактика меланомы кожи. М.: ФГБУ «МНИОИ им. П.А. Герцена» Минздрава России. 2013. 22 с.
51. Гашников М.В. и др. Методы компьютерной обработки изображений/ Под ред. В.А. Сойфера. – М.: Физматлит, 2001. 784 c.
52. Кудрин К.Г., Решетов И.В., Маторин О.В. Автоматическое распознавание формы при ранней диагностике меланомы кожи// V Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине» (ТКМФ-5): Сб. материалов. Всероссийская НК. Троицк. 2012. Т.2. С.437-439.
53. Агапов С.В. Фотограмметрия сканерных снимков. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1996. 76 с.
54. Биорадиолокация/ Под ред. А.С. Бугаева, С.И. Ивашова, И.Я. Иммореева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010. 396 с.
Для цитирования:
Кудрин К.Г., Римская Е.Н., Павлюкова О.Ю., Давыдов Д.В., Решетов И.В. Погрешности измерения параметров размеров, формы и цвета при автоматизированном скрининге пигментных новообразований кожи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.7