Dokument: Automatisierte Quantifizierung der kornealen Fluoreszeinfärbung
| Titel: | Automatisierte Quantifizierung der kornealen Fluoreszeinfärbung | |||||||
| Weiterer Titel: | Automated Quantification of Corneal Fluorescein Staining in Superficial Punctata Keratitis | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64764 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20240130-124756-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kourukmas, Rashid Joseph [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Prof. Dr. med. Geerling, Gerd [Gutachter] Professor Aktas, Orhan [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Augenheilkunde, Hornhaut | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Die Beurteilung von punktförmigen Hornhautepithelläsionen, Keratitis superficialis punctata (KSP), durch Anfärbung der Augenoberfläche mit fluoreszein-haltigen Augentropfen gehört zu den häufigsten Untersuchungsmethoden in der Augenheilkunde - insbesondere bei der Diagnostik des trockenen Auges und hier insbesondere als primärer Endpunkt vieler klinischer Studien. Durch Fluoreszein werden die kleinen punktförmigen Epithelläsionen unter blauem Licht an der Spaltlampe erkennbar. Da es sich bei der Beurteilung des Schweregrades der KSP um den subjektiven Eindruck des Untersuchers handelt, wurden zwecks Standardisierung verschiedene Klassifikationen entwickelt.
Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es, eine bildgestützte, software-assistierte Methode zur Analyse der Fluoreszeinfärbung von Epitheldefekten der Hornhaut zu entwickeln und diese neue Methode mit menschlichen Untersuchern zu vergleichen. Dafür wurden alle roten und blauen Anteile des Bildes eliminiert und der grüne Farbkanal extrahiert. Sättigung und Kontrast wurden entsprechend geläufiger Methoden zur wissenschaftlichen Bildbearbeitung angepasst. Anschließend wurden nur Bildpartikel mit einer spezifischen Größe und Rundheit analysiert und gezählt. Hierzu wurde die Bildanalysesoftware ImageJ eingesetzt und ein Algorithmus entwickelt, über den alle Schritte der Bearbeitung und Analyse in Reihe geschaltet sind und automatisiert ablaufen. Zunächst wurden von 50 Augen von 50 verschiedenen Patienten mit unterschiedlich ausgeprägter KSP standardisierte Fotoaufnahmen angefertigt. Dazu wurden 2 µl Fluoreszein 2% mittels Eppendorfpipette in den unteren Bindehautsack getropft und nach einer Einwirkzeit von 30 Sekunden mit einer Fotospaltlampe unter Verwendung eines Cobaltblaufilters und vorgeschaltetem Gelbsperrfilter Bilder in 10-facher Vergrößerung aufgenommen. Zwanzig Bilder dienten als Trainings-Set zur Erstellung des Algorithmus. Die anderen 30 Bilder wurden als Test-Set durch den neu erstellten Algorithmus bewertet und zum Vergleich mit menschlichen Untersuchern in einen Online-Fragebogen eingepflegt. Die 30 Test-Bilder wurden von 22 Personen, davon 9 Fachärzte für Augenheilkunde, 11 Assistenzärzte und zwei PJ-Studenten nach dem Oxford-Schema (Grad 0-5) befundet. Nach 6-8 Wochen erfolgte ein zweiter Durchlauf, bei dem dieselben Bilder einmal als Original und einmal horizontal gespiegelt bewertet werden mussten. Die software-assistierte Analyse mittels des neu erstellten Algorithmus zeigte eine starke signifikante (p < 0.01) lineare Korrelation der gezählten fluoreszeingefärbten Epithelläsionen mit dem durch den menschlichen Untersucher am häufigsten gewählten Oxford-Grad (Sr=0,91). Die menschlichen Untersucher zeigten nur eine moderate Intrarater-Reliabilität (K=0,426). Die höchste Interrater-Reliabilität erlangte mit 75,6% der erfahrenste Untersucher mit 29 Jahren klinischer Erfahrung. Die größte Differenz zu den anderen Untersuchern erreichte ein Weiterbildungsassistent mit 2 Jahren klinischer Erfahrung mit nur 25,6% Übereinstimmung. Es konnte gezeigt werden, dass eine software-assistierte automatisierte Quantifizierung der KSP mittels des neu erstellten Algorithmus gute Ergebnisse liefert und für den klinischen Einsatz geeignet ist.Evaluation of superficial punctate Keratopathy (SPK) is one of the most common tests in ophthalmology, especially in evaluation of dry eye disease, and a primary endpoint in many clinical trials. Fluorescein eye drops are instilled into the lower fornix to stain the ocular surface and make epithelial lesions visible under illumination with blue light. Since evaluation of SPK is very subjective and can differ from examiner to examiner, numerous classifications have been designed to make evaluation of SPK more consistent. The aim of this study was to develop a software-assisted method with scientific image processing and analyses for automated evaluation of SPK and compare this new method with human graders of different levels of experience in ophthalmology. The images underwent elimination of the red and blue channels to isolate the green channel. Saturation and contrast were enhanced using common image processing techniques. Then, all particles of certain size and circularity have been counted. Therefore, the scientific image processing/analysis software ImageJ was used and an algorithm was written to run all the steps automatically. Corneal slit-lamp images of 50 eyes from 50 patients with different severity of SPK were taken under standardized conditions. 2µl of fluorescein 2% were instilled into the lower fornix with an Eppendorf pipette to stain the ocular surface. 30 seconds later corneal images were taken in 10x magnification with a Haag-Streit photo-slitlamp using a yellow-filter. The algorithm was designed using a training set of 20 images. The other 30 images were used as test-set and were evaluated through both, the new software-assisted method and 22 human graders, including 9 specialists in ophthalmology, 11 residents and two students, using the Oxford-Scheme (grade 0-5). After 6-8 weeks the same images were evaluated again by the same graders. All 30 images were mixed into the questionnaire as original image and also horizontally mirrored, to evaluate intrarater-agreement. The software-assisted analysis using the new algorithm showed strong significant (p < 0.01) linear correlation between the counted epithelial lesions to the Oxford-grade which was most frequently chosen by the human graders for each image (Sr=0.91). Human graders showed only moderate intrarater-agreement (K=0.426). The highest interrater-agreement was seen with 75.6% in the most experienced grader with 29 years of clinical experience. The lowest agreement with the other graders was seen in a resident with 2 years of clinical experience with only 25.6%. Our study showed that automated quantification of SPK is possible and achieves good results. Furthermore, we found high inconsistency in human evaluation of SPK not only regarding interrater-agreement but also intrarater-agreement. Therefore, we think a software-assisted method would be superior for evaluation of SPK, especially for follow-up examinations and in clinical trials. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 30.01.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 30.01.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 12.07.2023 | |||||||
| Datum der Promotion: | 25.01.2024 |
