Search

Kompleksnost i neregularnost objekata koji se sreću u medicinskim istraživanjima pokazuju potrebu za pronalaženjem novih adekvatnih načina opisivanja i za usavršavanjem postojećih metoda. Korist ovakvih novih metoda se ističe u boljoj klasifikaciji i razumevanju funkcije različitih fizioloških pojava i tkiva, kao i u dijagnostikovanju i prognozama rizika nekih oboljenja. Fraktalna analiza se pokazala kao korisno sredstvo u ove svrhe. Glavne teme ove teze su modifikacija i usavršavanje postojećih metoda fraktalne analize morfologije neurona i provera prognostičkog značaja monofraktalne i multifraktalne analize histopatoloških uzoraka tumora dojke. Predstavljene su modifikacije metoda brojanja kvadrata, metoda brojanja segmenata i kumulativnog metoda merenja mase. Modifikacijom metode brojanja kvadrata postignut je optimalniji zakon skaliranja i smanjen je uticaj promene rezolucije i rotacije objekta na vrednost fraktalne dimenzije. Modifikovanom metodom brojanja krugova preciznije se kvantifikuje nepravilnost dendrita. Modifikacijom kumulativnog metoda merenja mase izbegnut je problem višestruke vrednosti fraktalne dimenzije za isti objekat. Analizirane su morfološke razlike između neurona nukleusa kaudatusa i putamena (strijatuma čoveka) i između spoljašnjih i unutrašnjih graničnih neurona zupčastog jedra. Iz rezultata se zaključuje da metoda brojanja kvadrata ne razdvaja adekvatno grupe neurona. Statistički značajne razlike su primećene za parametre lakunarnosti i fraktalne dimenzije brojanja krugova u slučaju neurona zupčastog jedra. Monofraktalnom i multifraktalnom analizom histopatoloških uzoraka tumora dojke na binarnim slikama i slikama sive skale došlo se do zaključka da monofraktalna analiza slika sive skale daje najbolje prognostičke rezultate. The complexity and irregularity of objects encountered in medical research show the need for finding new and adequate ways of description and for improvement of existing methods. The use of these new methods is emphasized in better classification and understanding of the function of various physiological phenomena and tissues, as well as in the diagnosis and risk prognosis of some diseases. Fractal analysis proved to be a useful tool for this purpose. The main themes of this thesis are the modification and improvement of existing methods of fractal analysis of neuron morphology and the verification of the prognostic importance of monofractal and multifractal analysis of histopathological breast tumor samples. Modifications of the box-count method, segment count method, and cumulative mass method are presented. By modifying the box-counting method, better scaling law has been achieved and the effects of resolution change and rotation of the object on the value of the fractal dimension have been reduced. Modified segment counting method more precisely quantifies the irregularity of dendrites. Modification of the cumulative mass method avoided the problem of multiple values of fractal dimension for the same object. Morphological differences between the neurons of the caudate nucleus and putamen (human striatum) and between the external and internal boundary neurons of the dentate nucleus were analyzed. It is concluded from the results that box-counting method does not adequately separate the groups of neurons. Statistically significant differences were observed for the parameters of lacunarity and circle-count fractal dimension in the case of dentate nucleus neurons. Monofractal and multifractal analysis were performed on binary and grayscale images of histopathological breast tumor samples. It is concluded that monofractal analysis of grayscale images achieved the best prognostic results.

Uvod: Stereoskopskim pregledom očnog dna moguće je uočiti područje izlaska aksona ganglijskih ćelija mrežnjače koje nazivamo glavom vidnog živca. Glaukom predstavlja heterogenu grupu bolesti koja dovodi do progresivnog gubitka ganglijskih ćelija mrežnjače i oštećenja njihovih aksona, što za posledicu ima glaukomsku optičku neuropatiju sa odgovarajućim gubitkom vidnog polja i morfometrijskim promenama glave vidnog živca kao što je istanjenje neuroretinalnog oboda. Ciljevi istraživanja: Ciljevi istraživanja su bili da se utvrdi da li se parametri analize morfologije glave vidnog živca razlikuju između ispitivanih grupa sa različitim stepenom glaukomskog oštećenja, da se utvrdi da li postoji razlika u morfometriji parametara prostorne raspodele i razgranatosti krvnih sudova mrežnjače između ispitivanih grupa i da se utvrdi da li kvantitativna analiza omogućava klasifikaciju u odgovarajuće grupe napredovanja bolesti.Materijal i metodologija: Istraživanje je obuhvatilo 67 pacijenata sa dijagnozom primarnog glaukoma otvorenog ugla. Pacijenti su u zavisnosti od stepena glaukomskog oštećenja bili podeljeni u tri grupe. Grupu 1 su činili pacijenti sa malim stepenom glaukomskog oštećenja, Grupu 2 su činili pacijenti sa srednjim stepenom glaukomskog oštećenja i Grupu 3 su činili pacijenti sa velikim stepenom glaukomskog oštećenja. Nakon vizuelizacije i digitalizacije glave vidnog živca i krvnih sudova mrežnjače usledila je obrada snimaka u softverskom programu ImageJ 1.48v nakon čega je izvršena fraktalna analiza i statistička obrada dobijenih rezultata. Morfometrija je podrazumevala analizu neuroretinalnog oboda izračunavanjem binarne fraktalne dimenzije površine, skeletonizovane slike konture, površine i dužine. Morfometrijska analiza krvnih sudova mrežnjače podrazumevala je određivanje fraktalne dimenzije, dijametra grana centralne arterije mrežnjače i korenova centralne vene mrežnjače, ugla grananja centralne arterije mrežnjače i ugla spajanja korenova centralne vene mrežnjače, cirkularnost arterijskih i venskih krvnih sudova mrežnjače. Rezultati: Najveću vrednost binarne fraktalne dimenzije neuroretinalnog oboda bez arterijskih i venskih krvnih sudova mrežnjače imaju pacijenti Grupe 1, manju vrednost imaju pacijenti Grupe 2, dok najmanju vrednost imaju pacijenti Grupe 3. Najmanju dimenziju skeletonizovane slike konture neuroretinalnog oboda bez arterijskih i venskih krvnih sudova mrežnjače imaju pacijenti Grupe 1, nešto veću vrednost imaju pacijenti Grupe 2, dok najveću vrednost imaju pacijenti Grupe 3. Najveću površinu neuroretinalnog oboda imaju pacijenti Grupe 1, manja vrednost je uočena kod pacijenata Grupe 2, dok je najmanja vrednost uočena kod pacijenata Grupe 3. Najmanju vrednost binarne fraktalne dimenzije centralne vene mrežnjače imaju pacijenti Grupe 1, veću vrednost imaju pacijenti Grupe 2, dok najveću vrednost imaju pacijenti Grupe 3. Najveća vrednost ugla grananja centralne arterije mrežnjače je uočena kod pacijenata Grupe 1, manju vrednost ugla grananja imaju pacijenti Grupe 2, dok najmanji ugao grananja imaju pacijenti Grupe 3. Zaključci: Progresijom primarnog glaukoma otvorenog ugla dolazi do pada vrednosti binarne fraktalne dimenzije neuroretinalnog oboda, rasta vrednosti skeletonizovane slike konture neuroretinalnog oboda i pada vrednosti površine neuroretinalnog oboda. Binarna fraktalna dimenzija centralne vene mrežnjače i njenih grana raste sa progresijom primarnog glaukoma otvorenog ugla, dok se ugao grananja centralne arterije mrežnjače smanjuje sa progresijom bolesti. Kvantitativna analiza omogućuje klasifikaciju u odgovarajuće grupe napredovanja glaukoma., Introduction: Stereoscopic examination of the fundus of the eye reveals the exit of retinal ganglion cell axons, which we call the optic nerve head. Glaucoma belongs to a heterogeneous group of diseases which leads to progressive loss of retinal ganglion cells and damage to their axons, resulting in glaucoma optic neuropathy with corresponding loss of visual field and morphometric changes of the optic nerve head, such as a thinning of the neuroretinal rim. Aims: The aims of the research were to determine whether the optic nerve head morphology analysis parameters differ among the groups of respondents with different degrees of glaucoma, to determine whether there is a difference in the morphometry of spatial distribution parameters and retinal vascular branching among the groups of respondents and to determine whether quantitative analysis allows classification into appropriate glaucoma progression groups. Material and methods: The research included 67 patients diagnosed with primary open-angle glaucoma. The patients were divided into three groups, based on the degree of glaucoma. Group 1 consisted of the patients with mild glaucoma, Group 2 consisted of the patients with moderate glaucoma, and Group 3 consisted of the patients with severe glaucoma. After the visualization and digitization of the optic nerve head and retinal blood vessels, the images were processed using the software program ImageJ 1.48v, and then the fractal analysis and statistical processing of the obtained results were performed. Morphometry included the analysis of neuroretinal rim by calculating the binary fractal dimensions of the surface, skeletonized images of contours, surface and length. Morphometric analysis of retinal blood vessels included the determination of the fractal dimension, circularity, the diameter of the central retinal artery and vein branches, the branching angle of the central retinal artery and the angle of connection of the central retinal vein branches, the circularity of arterial and venous retinal blood vessels. Results: The patients from the Group 1 have the highest value of the binary fractal dimension of the neuroretinal rim without arterial and venous retinal blood vessels, the patients from the Group 2 have a lower value, while the patients from the Group 3 have the lowest value. The patients from the Group 1 have the lowest dimension of the skeletonized image of the neuroretinal rim contours without arterial and venous retinal blood vessels, the patients from the Group 2 have a higher value, while the patients from the Group 3 have the highest value. The patients from the Group 1 have the largest neuroretinal rim area; the patients from the Group 2 have a lower value, while the patients from the Group 3 have the lowest value. The patients from the Group 1 have the lowest value of the binary fractal dimension of the central retinal vein; the patients from the Group 2 have somewhat higher value, while the patients from the Group 3 have the highest value. The highest value of the branching angle of the central retinal artery was found among the patients from the Group 1, the patients from the Group 2 have a lower branching angle value, while the patients from the Group 3 have the lowest branching angle value. Conclusions: Progression of the primary open-angle glaucoma leads to a decrease in the value of the binary fractal dimension of the neuroretinal rim, an increase in the value of the skeletonized image of the neuroretinal rim contour and a decrease in the value of the neuroretinal rim area. Binary fractal dimension of the central retinal vein and its branches increases with the progression of the primary open-angle glaucoma, while the branching angle of the central retinal artery decreases with the progression of the glaucoma. Quantitative analysis allows classification into appropriate progression groups of glaucoma.