Биотехническая система дерматоглифических исследований ладони (1025062), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Комплекс дерматоглифических характеристик ладони включает количество и тип характерных точек, число мод нормированного угловогопространственно-частотного спектра, координаты характерных точекладони, координаты антропометрических точек ладони, среднюю пространственную частоту гребней, расстояние между характерными точками.2. Тип ладонных узоров, на которых отсутствуют трирадиусы и ядра, определяется числом мод нормированного углового пространственночастотного спектра по пороговому уровню α = 0,7: переходному узорусоответствует одна мода; дуге соответствует две моды.3.
Качество дерматоглифических изображений ладони определяется значением обобщенного контраста изображения, средней пространственной частотой и линейным коэффициентом вариации нормированногоуглового пространственно-частотного спектра.Апробация работыАпробация работы проведена на базе Центра медико-генетическогоконсультирования городской детской клинической больницы №13 им.Н.Ф.Филатова. Результаты представлены на выставках «Здравоохранение2007», «Мир биотехнологий-2007», «Здравоохранение-2008». Результаты работы внедрены в учебный процесс факультета «Биомедицинская техника»МГТУ им. Н. Э.
Баумана, научно-исследовательский и испытательный центрбиометрической техники МГТУ им. Н.Э. Баумана и Центр медикогенетического 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,42007), XV РНТК «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» (г.
Москва, 2008), X РНТК «Медико-технические технологии на страже здоровья» (г.Монастир, Тунис, 2008), XII Международной научно-технической конференции «Медико-экологические информационные технологии-2009» (г.Курск, 2009), XI РНТК «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Черногория, 2009).ПубликацииПо материалам диссертации опубликованы 2 научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 17 тезисов докладов на научных конференциях.Объем и структура работыДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов исписка литературы. Текст диссертации изложен на 144 страницах.
В приложения вошли результаты экспериментальных исследований. Список литературы включает 147 библиографических источников. Диссертация проиллюстрирована рисунками, таблицами, графиками.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы цель и задачи, положения, выносимые на защиту, представленаструктура работы.В первой главе представлен обзор методов диагностики и скринингаИЭ. На основе сравнительного анализа методов диагностики наследственных болезней обосновано применение дерматоглифических исследованийладони для скрининга ИЭ.Для формирования комплекса дерматоглифических параметров выполнен анализ и обобщение научно-технической литературы, позволившиеустановить, что КДПЛ должен содержать ТЛУ, ЛЛУ, ТЛТ, гребневой счет(ГС) и ладонный угол (ЛУ) между трирадиусами.На основе проведенных ранее исследований дерматоглифических параметров ладони (Гусева И.С., 1973, Солониченко В.Г., 2001) установлено,что узоры распределены на поверхности ладони не равномерно и могут бытьлокализованы в области тенара, гипотенара и в межпальцевой области.
Локализация узора на поверхности ладони характеризуется параметром ЛЛУ(рис. 1 а). Ладонные трирадиусы в зависимости от локализации на поверхности ладони принято классифицировать на карпальный, промежуточный исрединный (рис. 1 б). Показано, что для определения ЛЛУ и ТЛТ необходи5мо оценивать координатыинаты границ ладонных областей и координаты характерных точек ладонных узоров.узорова)б)Рис. 1. Топография ладонной поверхности:а) локализация ладонных узоров; б) локализация ладонных трирадиусовДля систематизации ТЛУ в диссертационной работе проведен анализнаучно-технической литературытературы и исследования ТЛУ практически здоровыхлюдей и больных ИЭ: выборкивыборк 114 и 96 человек.
Исследованиясследования ТЛУ позволили установить статистически значимые различия относительной частотывстречаемости переходных узоров у больных ИЭ и в норме (уровень значимости α < 0,05). На основе полученных данных к общепринятым типам ладонных узоров: дуга, петля,петля завиток, двойная петля, добавлен переходнойузор. На рис. 2 представлены типы ладонных узоров: дуга, переходной узор,петля, завиток, двойная петля (рис. 2).а)б)г)в)д)Рис. 2. Типы ладонных узоров:а) дуга; б) переходной узор; в) петля; г) завиток; д) двойная петля6Как показали исследования (В.А.Сойфер, 2000) пальцевых и ладонныхузоров, достоверность определения численных характеристик изображениязависит от качества ДИЛ. В диссертационной работе проведены исследования 52 ДИЛ и выявлено два источника дефектов дерматоглифических изображений: нарушение методики регистрации и биологические особенностигребешковой кожи ладони.
Дефекты, обусловленные нарушением методикирегистрации, представляют собой залипание папиллярных гребней, возникающее при наличии влаги на поверхности кожи, и непропечатки, появляющиеся при отсутствии контакта гребней с чувствительной поверхностьюустройства регистрации изображений ладони. Биологические особенностигребешковой кожи являются источником неустранимых дефектов дерматоглифических изображений, возникающих из-за низкого профиля гребней,дисплазии папиллярных гребней и исчерченности гребней поперечнымискладками.На основе экспериментальных исследований изображений ладони установлены априорные вероятности дефектов различного типа.Вторая глава посвящена формированию комплекса дерматоглифических характеристик ладони (КДХЛ), обеспечивающего численное описаниепараметров структуры и формы ладонных узоров.Значение ГС определяется на основе средней пространственной частоты гребней и расстояния между трирадиусами (И.В.Карасев, 2004), ЛУ вычисляется аналитически по координатам ладонных трирадиусов.Для создания алгоритма классификации ТЛУ выполнен анализ существующих методов распознавания и классификации папиллярных узоров(И.А.Аполлонова, 1999, И.В.Карасев, 2004, А.А.Хрулев, 2007), который показал целесообразность применения метода поля направлений и интегральных характеристик пространственно-частотного спектра (ПЧС).
Тип узоровгребешковой кожи определяется взаимным расположением и типом характерных точек узора, однако особенности ладонных узоров не позволяют выполнить классификацию ТЛУ только на основе типа и расположения характерных точек. Поэтому для классификации типов ладонных узоров необходимо учитывать особенности потоков папиллярных линий, формирующихузор.Распознавание петлевых, завитковых узоров и двойных петель на поверхности ладони выполняется на основе числа и типа характерных точекузора, определяемых по полю направлений (А.А.Хрулев, 2007), что неприменимо для дуг и переходных узоров.
Для разработки алгоритма классификации дуг и переходных узоров введен коэффициент β, характеризующийотношение площадей изображения с преимущественным направлением папиллярных линий и изображения, характеризующегося отклонением папиллярных линий более чем на 700 от преимущественного. На основе полученных данных в качестве признака разделения классов узоров предложено использовать число мод НУПЧС (kα), определяемых по пороговому уровню α(табл. 1).7Таблица 1.НУПЧС дуги и переходного узора ладониПереходной узорДугаИзображение фрагмента ладонногоузораНормированный угловой пространственно-частотныйспектр изображенияфрагмента ладонного узораNNДля определения порогового уровня α исследовано 114 ДИЛ и построены эмпирические зависимости вероятности классификации дуг и переходных узоров от порогового уровня.
Полученные результаты экспериментальных исследований показывают, что разделение классов дуг и переходных узоров выполняется по числу мод НУПЧС при пороговом уровне α =0,7 (k0,7). При этом переходными являются узоры, имеющие одну модуНУПЧС по пороговому уровню α = 0,7, дугами являются узоры, характеризующиеся двумя модами.При анализе научно-технической литературы установлено, что отсутствует формализованное описание ладонных областей: тенара, гипотенара имежпальцевой области, необходимое для определения ЛЛУ.
Для разработкиалгоритма определения ЛЛУ введены три антропометрические точки ладониR(xR, yR), U (xU, yU), расположенные на ульнарном и радиальном краях флексорной складки, и точка D(xD, yD), наиболее удаленная от линии флексорнойскладки (рис. 3 а). Разработана математическая модель границ ладонных областей, обеспечивающая определение ЛЛУ.Предложенная модель границ ладонных областей позволила такжеразработать алгоритм классификации ТЛТ на основе взаимного расположения трирадиусов и прямых t, t', t'', разделяющих область тенара и гипотенарана три равные части (рис.
3 б).8а)б)Рис. 3. Области ладонной поверхностиа) локализация ладонного узора; б) тип ладонного трирадиусаРезультаты проведенных исследований позволили сформироватьКДХЛ, включающий количество ядер и трирадиусов (Ntr, Nc), число моднормированного углового пространственно-частотного спектра по пороговому уровню α = 0,7 (k0,7), координаты характерных точек ладони (xi, yi), координаты антропометрических точек ладони R(xR, yR), U(xU, yU),D(xD,yD), среднюю пространственную частоту гребней ( ), расстояние между характерными точками (L) (табл.
2).Таблица 2.Комплекс дерматоглифических характеристик ладониКДПЛНаименованиеОбозначениеВзаимосвязь комплекса дерматоглифических параметров и комплекса дерматоглифических характеристикКДХЛОбозначениеНаименованиеКоличество ядер<core>( xс i, yc i)Тип узораТУ<triradius>( xtr i, ytr i)1 NcNtr,Количестворадиусовтри-Количество модпо уровню 0,7НУПЧС9Продолжение табл. 2Комплекс дерматоглифическихпараметров ладониОбоНаимезнанованиечениеЛокализация ладонногоузораЛЛУВзаимосвязь комплекса дерматоглифических параметров и комплекса дерматоглифических характеристик nx x x x x x y! x ! y yy y" ## y$ 2y! 3 x$ 2x!3to {<core>, <triradius>}Тип ладонноготрирадиусаЛадонный уголЛадонныйгребневой счет́ 4 567, 78=20 : ́ : ́ <9́ 4 567, 784 =' "()(*")+, -пром : 22́ < ' ́ : ́ <99́ 4 567, 78=' "()(*")+, -сред : 2 4́ < ' ́ : ́ <9Комплекс дерматоглифических характеристик ладониОбозначениеНаименование(xi, yi)(xR, yR)(xU, yU)(xD, yD)Координаты ХТузора и антропометрических точек ладониtoТип ХТ(xi, yi)(xD, yD)Координаты ХТti(xi, yi)Координаты ХТузораСредняя пространственнаячастотаРасстояние междутрирадиусами' "()(*")+, -кар : 2ТЛТЛУГСH G G F E"F "G "H *(I"J H G G F1 H G G FHGGFKL · NNВ третьей главе представлены результаты разработки биотехническойсистемы автоматизированных дерматоглифических исследований ладони,сформулированы показатели назначения, разработана структурнофункциональная схема биотехнической системы.Биотехническая система автоматизированных дерматоглифических исследований должна обеспечивать:− регистрацию полноразмерных изображений ладони;− обработку и хранение данных исследований, формирование отчетов с результатами исследований;− время проведения исследований не более 15 минут;− определение КДХЛ.10В процессе формирования требований к устройству регистрации полноразмерных изображений ладоней, вычислительным и программным средствам биотехнической системы и согласования биологической и технической частей системы выполнен анализ физических, структурных и семантических свойств изображений ладони, исследованы 128 ладоней и их изображений и установлено, что устройство регистрации ДИЛ должно иметь следующие характеристики: пространственное разрешение должно составлятьне менее 18 мм-1, окно регистрации – не менее 130×112 мм×мм, коэффициент локального контраста – не менее 0,3.Выполнен анализ объема памяти для хранения цифровых изображенийладони, временных характеристик процесса дерматоглифических исследований ладони и определены характеристики вычислительных и программныхсредств, входящих в состав биотехнической системы: объем памяти для хранения данных – не менее 170 Гбайт; время обработки данных – не более 200с; тип архитектуры системы – открытая, модульная, расширяемая; язык программирования – типизированный; модель хранимых данных – реляционная.Для обеспечения достоверности исследований при визуальной и автоматизированной обработке ДИЛ необходимо обеспечить качество дерматоглифических изображений или исключить области дефектов, в которых наблюдается нарушение потоков гребней.Для разработки алгоритма обнаружения и классификации дефектовДИЛ исследованы характеристики 52 дерматоглифических изображений, содержащих дефекты различных типов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
