izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-6-66-71izmertech-1916Research ArticleМЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMEDICAL AND BIOLOGICAL MEASUREMENTSМодель выделения структурных элементов – линий – на цифровых изображениях в онкодерматологииA model for the selection of structural elements of lines in digital images in oncodermatologyhttps://orcid.org/0000-0002-4349-3023НикитаевВ. Г.NikitaevV. G.

Валентин Григорьевич Никитаев

Москва

 

Valentin G. Nikitaev

Moscow

vgnikitayev@mephi.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0443-8504ПроничевА. Н.PronichevA. N.

Александр Николаевич Проничев

Москва

Alexandr N. Pronichev

Moscow

anpronichev@mephi.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3261-6718ТамразоваО. Б.TamrazovaO. B.

Ольга Борисовна Тамразова

Москва

Olga B. Tamrazova

Moscow

anait_tamrazova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8487-137XСергеевВ. Ю.SergeevV. Y.

Василий Юрьевич Сергеев

Москва

Vasily Yu. Sergeev

Moscow

vasesergeevu@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8693-5357ОтченашенкоА. И.OtchenashenkoA. I.

Александр Иванович Отченашенко

Москва

Alexandr I. Otchenashenko

Moscow

alot.zte@gmail.comДружининаЕ. А.DruzhininaE. A.

Екатерина Александровна Дружинина

Москва

Ekaterina A. Druzhinina

Moscow

edruzhinin4@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2727-3802КозыреваА. В.KozyrevaA. V.

Александра Вячеславовна Козырева

Москва

Alexandra V. Kozyreva

Moscow

kozyreva.sasha@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9929-615XСоломатинМ. А.SolomatinM. A.

Михаил Андреевич Соломатин

Москва

Mihail A. Solomatin

Moscow

mis4455@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1418-6278КозловВ. С.KozlovV. S.

Владимир Сергеевич Козлов

Москва

Vladimir S. Kozlov

Moscow

vskozlov@mephi.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University “MEPhI”Russian FederationРоссийский университет дружбы народовРоссияRussian Peoples' Friendship UniversityRussian FederationЦентральная государственная медицинская академия Управления делами Президента Российской ФедерацииРоссияCentral State Medical Academy of the Administrative Department of the President of the Russian FederationRussian Federation202104082023066671Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1916

Рассмотрена проблема ранней диагностики одного из наиболее опасных злокачественных новообразований кожи – меланомы. Разработана модель выделения структурных элементов (линий) на цифровых изображениях новообразований кожи в онкодерматологии. Модель основана на адаптивной бинаризации исходного цифрового дерматоскопического изображения новообразований кожи и последующих операциях дилатации, эрозии, скелетизации, фильтрации ложных фрагментов линий. Для проведения опыта тестовые дерматоскопические изображения новообразований кожи визуально разделяли на четыре группы. Экспериментально установлены оптимальные параметры обработки изображений четырёх групп для модели выделения структурных элементов – линий. Экспериментально определённая точность выделения линий составила 95 %. Результаты работы являются итогом междисциплинарного взаимодействия врачей-дерматологов Центральной медицинской академии Управления делами Президента Российской Федерации, Медицинского института Российского университета дружбы народов и специалистов в области информационно-измерительных систем Инженерно-физического института биомедицины Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». Предложенная модель может быть востребована при разработке компьютерных систем поддержки принятия врачебных решений при диагностике меланомы кожи – опасного злокачественного новообразования.

The problem of early diagnosis of one of the most dangerous malignant neoplasms of the skin – melanoma is considered. A model for identifying the structural elements of lines in digital images of skin neoplasms in oncodermatology has been developed. The model is based on adaptive binarization of the original digital dermatoscopic image of skin neoplasms and subsequent operations of dilation, erosion, skeletonization and filtering of false fragments of lines. Test dermatoscopic images of skin neoplasms are visually divided into four groups to conduct the experiment. The optimal parameters of image processing of four groups for the model of selection of structural elements – lines – are experimentally established. The experimentally determined accuracy of the selection of lines was 95 %. The work is the result of interdisciplinary cooperation between dermatologists of the Central Medical Academy of the Presidential Administration of the Russian Federation, the Medical Institute of the Peoples' Friendship University of Russia and specialists in the field of information and measurement systems of the Engineering and Physical Institute of Biomedicine of the National Research Nuclear University “MEPhI”. The proposed model can be used in the development of computer systems to support medical decision – making in the diagnosis of skin melanoma – a dangerous malignant neoplasm.

выделение линийцифровая обработка изображенийдерматоскопические структурымеланома кожиline recognitiondigital image processingdermatoscopic structuresskin melanomaReferencesЭберт М. А., Гафтон Г. И., Зиновьев Г. В., Гафтон И. Г. Современный взгляд на диагностику меланомы кожи // Вопросы онкологии. 2019. Т. 65. № 5. С. 638–644. https://doi.org/10.37469/0507-3758-2019-65-5-638-644Ebert M. A., Gafton G. I., Zinovev G. V., Gafton I. G., Problem in oncology, 2019, vol. 65, no. 5, pp. 638–644.Zhuchkov M. V., Sharova N. M., Bol’shakova E. E., Sonin D. B., Consilium Medicum, 2020, vol. 22, no. 7, pp. 38–41.Zhuchkov M. V., Sharova N. M., Bol’shakova E. E., Sonin D. B., Consilium Medicum, 2020, vol. 22, no. 7, pp. 38–41.Kudrin K. G., Rimskaya E. N., Apollonova I. A., Nikolaev A. P., Chernomyrdin N., Svyatoslavov D. S., Davydov D. V., Reshetov I. V., Optics and Spectroscopy, 2020, vol. 128, no. 6, pp. 820–831. https://doi.org/10.1134/S0030400X20060132Kudrin K. G., Rimskaya E. N., Apollonova I. A., Nikolaev A. P., Chernomyrdin N., Svyatoslavov D. S., Davydov D. V., Reshetov I. V., Optics and Spectroscopy, 2020, vol. 128, no. 6, pp. 820–831. https://doi.org/10.1134/S0030400X20060132Kulik S., Shtanko A., Procedia Computer Science, 2020, vol. 169, pp. 164–167. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.02.129Kulik S., Shtanko A., Procedia Computer Science, 2020, vol. 169, pp. 164–167. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.02.129Prilipsky R. E., Zaeva M. A., Procedia Computer Science, 2020, vol. 169, pp. 96–99. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.02.120.19Prilipsky R. E., Zaeva M. A., Procedia Computer Science, 2020, vol. 169, pp. 96–99. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.02.120.19Marchetti M. A., Liopyris K., Dusza S. W., Codella N. C., Gutman D. A., Helba B., Kalloo A., Halpern A. C., Soyer H. P., CurielLewandrowski C., Caff ery L., Malvehy J., Journal of the American Academy of Dermatology, 2020, vol. 82, no. 3, pp. 622–627. https://doi.org/10.1016/j.jaad.2019.07.016Marchetti M. A., Liopyris K., Dusza S. W., Codella N. C., Gutman D. A., Helba B., Kalloo A., Halpern A. C., Soyer H. P., CurielLewandrowski C., Caff ery L., Malvehy J., Journal of the American Academy of Dermatology, 2020, vol. 82, no. 3, pp. 622–627. https://doi.org/10.1016/j.jaad.2019.07.016Amelard R., Glaister J., Wong A., Clausi D. A., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2014, vol. 62, no. 3, pp. 820– 831. https://doi.org/10.1109/TBME.2014.2365518Amelard R., Glaister J., Wong A., Clausi D. A., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2014, vol. 62, no. 3, pp. 820– 831. https://doi.org/10.1109/TBME.2014.2365518Oliveira R. B., Papa J. P., Pereira A. S., Tavares J., Neural Comput. & Applic., 2018, vol. 29, no. 3, pp. 613–636. https://doi.org/10.1007/s00521-016-2482-6Oliveira R. B., Papa J. P., Pereira A. S., Tavares J., Neural Comput. & Applic., 2018, vol. 29, no. 3, pp. 613–636. https://doi.org/10.1007/s00521-016-2482-6Munir K., Elahi H., Ayub A., Frezza F., Rizzi A., Cancers, 2019, vol. 11, no. 9, p. 1235. https://doi.org/10.3390/cancers11091235Munir K., Elahi H., Ayub A., Frezza F., Rizzi A., Cancers, 2019, vol. 11, no. 9, p. 1235. https://doi.org/10.3390/cancers11091235Masood A., Ali Al-Jumaily A., International journal of biomedical imaging, 2013, vol. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/323268Masood A., Ali Al-Jumaily A., International journal of biomedical imaging, 2013, vol. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/323268Inskip M., Cameron A., Akay B. N., Gorji M., Clark S. P., Rosendahl N., Coetzer-Botha M., Kittler H., Rosendahl C., JDDG: Journal der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft, 2020, vol. 18, no. 9, pp. 969–976. https://doi.org/10.1111/ddg.14220Inskip M., Cameron A., Akay B. N., Gorji M., Clark S. P., Rosendahl N., Coetzer-Botha M., Kittler H., Rosendahl C., JDDG: Journal der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft, 2020, vol. 18, no. 9, pp. 969–976. https://doi.org/10.1111/ddg.14220Kittler H., Rosendahl C., Cameron A., Tschandl P., Dermatoscopy. An algorithmic method based on pattern analysis, Facultas Publishing AG, 2018.Kittler H., Rosendahl C., Cameron A., Tschandl P., Dermatoscopy. An algorithmic method based on pattern analysis, Facultas Publishing AG, 2018.Жучков М. В., Булиньска A. K., Киттлер Г. Применение алгоритма «Хаос и Признаки» в оценке дерматоскопических изображений пигментных новообразований кожи // Дерматология (Приложение к журналу Consilium Medicum). 2017. № 2. С. 5–13.Zhuchkov M.V., Bulinska A.K., Kittler H., Dermatoscopy (Suppl. Consilium Medicum), 2017, no. 2, pp. 5–13. (In Russ.)Кудрина М. А. Использование преобразования Хафа для обнаружения прямых линий и окружностей на изображении // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. №. 4 (2). C. 476–478.Kudrina M. A., Izvestia of the Samara Scientifi c Center of the Russian Academy of Sciences, 2014, vol. 16, no. 4 (2), pp. 476– 478. (In Russ.)Зотин А. Г., Борисов Ю. В., Лисица А. С. Сравнительный анализ методов формирования контурных представлений для поиска линий на основе метода Хафа // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнёва. 2013. Т. 47. № 1. С 24–30.Zotin A. G., Borisov Yu. V., Lisitsa A. S., Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. аkademika M. F. Reshetneva, 2013, vol. 47, no. 1, pp. 24–30. (In Russ.)Ильясова Н. Ю., Корепанов А. О., Чикулаев П. М. Метод выделения центральных линий кровеносных сосудов на диагностических изображениях // Компьютерная оптика. 2006. № 29. C. 146–150.Ilyasova N. Yu., Korepanov A. O., Chikulaev P. M., Computer optics, 2006, no. 29, pp. 146–150. (In Russ.)Taouil K., Romdhane N. B., Proceedings of 2nd International Conference on Distributed Frameworks for Multimedia Applications, Penang, Malaysia, 15–17 May 2006, pp. 1–12. https://doi.org/10.1109/DFMA.2006.296918Taouil K., Romdhane N. B., Proceedings of 2nd International Conference on Distributed Frameworks for Multimedia Applications, Penang, Malaysia, 15–17 May 2006, pp. 1–12. https://doi.org/10.1109/DFMA.2006.296918Taouil K., Romdhane N. B., Bouhlel M. S., Proceedings of 2nd International Conference on Information & Communication Technologies, Damascus, Syria, 24–28 April 2006, vol. 1, pp. 212– 220. https://doi.org/10.1109/ICTTA.2006.1684373Taouil K., Romdhane N. B., Bouhlel M. S., Proceedings of 2nd International Conference on Information & Communication Technologies, Damascus, Syria, 24–28 April 2006, vol. 1, pp. 212– 220. https://doi.org/10.1109/ICTTA.2006.1684373Fischer S., Schmid P., Guillod J., Proceedings of 3rd IEEE International Conference on Image Processing, Lausanne, Switzerland, 19 Sept. 1996, vol. 1, pp. 323–326. https://doi.org/10.1109/ICIP.1996.559416Fischer S., Schmid P., Guillod J., Proceedings of 3rd IEEE International Conference on Image Processing, Lausanne, Switzerland, 19 Sept. 1996, vol. 1, pp. 323–326. https://doi.org/10.1109/ICIP.1996.559416Fleming M. G., Steger C., Zhang J., Gao J., Cognetta A. B., Dyer C. R., Computerized medical imaging and graphics, 1998, vol. 22, no. 5, pp. 375–389.Fleming M. G., Steger C., Zhang J., Gao J., Cognetta A. B., Dyer C. R., Computerized medical imaging and graphics, 1998, vol. 22, no. 5, pp. 375–389.Grana C., Cucchiara R., Pellacani G., Seidenari S., Proceedings of 18th International Conference on Pattern Recognition (ICPR’06), Hong Kong, 20–24 Aug., 2006, vol. 2, pp. 275– 278. https://doi.org/10.1109/ICPR.2006.764Grana C., Cucchiara R., Pellacani G., Seidenari S., Proceedings of 18th International Conference on Pattern Recognition (ICPR’06), Hong Kong, 20–24 Aug., 2006, vol. 2, pp. 275– 278. https://doi.org/10.1109/ICPR.2006.764Anantha M., Moss R. H., Stoecker W. V., Comput. Med. Imaging Graph., 2004, vol. 28, no. 5, pp. 225–234.Anantha M., Moss R. H., Stoecker W. V., Comput. Med. Imaging Graph., 2004, vol. 28, no. 5, pp. 225–234.Sadeghi M., Razmara M., Ester M., Lee T. K., Atkins M. S., Medical Imaging 2010: Image Processing. International Society for Optics and Photonics, 2010, vol. 7623, pp. 762312.Sadeghi M., Razmara M., Ester M., Lee T. K., Atkins M. S., Medical Imaging 2010: Image Processing. International Society for Optics and Photonics, 2010, vol. 7623, pp. 762312.Sadeghi M., Razmara M., Lee T. K., Atkins M. S., Comput. Med. Imaging Graph., 2011, vol. 35, no. 2, pp. 137–143.Sadeghi M., Razmara M., Lee T. K., Atkins M. S., Comput. Med. Imaging Graph., 2011, vol. 35, no. 2, pp. 137–143.Гришанов К. М., Белов Ю. С. Морфологические операции для уменьшения шума на изображении // Наука, техника и образование: сетевой журнал. 2016. № 2. С. 90–95. URL: https://nto-journal.ru/catalog/informacionnye-texnologii/177/(дата обращения: 10.02.2021).Grishanov K. M., Belov Yu. S., Nauka, tehnika, obrazovanie, 2016, no. 2, pp. 90–95, available at: URL: https://nto-journal.ru/catalog/informacionnye-texnologii/177/ (accessed: 10.02.2021). (In Russ.)Zhang T. Y., Suen C. Y., Communications of the ACM, 1984, vol. 27, no 3, pp. 236–239Zhang T. Y., Suen C. Y., Communications of the ACM, 1984, vol. 27, no 3, pp. 236–239.tps://doi.org/10.37469/0507-3758-2019-65-5-638-644

The authors declare that there are no conflicts of interest present.