Published October 21, 2019
| Version v1
Publication
Open
Robust automated reading of the skin prick test via 3D imaging and parametric surface fitting
Creators
- 1. Universidad Tecnológica de Bolívar
- 2. University of Cartagena
- 3. Industrial University of Santander
Description
The conventional reading of the skin prick test (SPT) for diagnosing allergies is prone to inter- and intra-observer variations. Drawing the contours of the skin wheals from the SPT and scanning them for computer processing is cumbersome. However, 3D scanning technology promises the best results in terms of accuracy, fast acquisition, and processing. In this work, we present a wide-field 3D imaging system for the 3D reconstruction of the SPT, and we propose an automated method for the measurement of the skin wheals. The automated measurement is based on pyramidal decomposition and parametric 3D surface fitting for estimating the sizes of the wheals directly. We proposed two parametric models for the diameter estimation. Model 1 is based on an inverted Elliptical Paraboloid function, and model 2 on a super-Gaussian function. The accuracy of the 3D imaging system was evaluated with validation objects obtaining transversal and depth accuracies within ± 0.1 mm and ± 0.01 mm, respectively. We tested the method on 80 SPTs conducted in volunteer subjects, which resulted in 61 detected wheals. We analyzed the accuracy of the models against manual reference measurements from a physician and obtained that the parametric model 2 on average yields diameters closer to the reference measurements (model 1: -0.398 mm vs. model 2: -0.339 mm) with narrower 95% limits of agreement (model 1: [-1.58, 0.78] mm vs. model 2: [-1.39, 0.71] mm) in a Bland-Altman analysis. In one subject, we tested the reproducibility of the method by registering the forearm under five different poses obtaining a maximum coefficient of variation of 5.24% in the estimated wheal diameters. The proposed method delivers accurate and reproducible measurements of the SPT.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
القراءة التقليدية لاختبار وخز الجلد (SPT) لتشخيص الحساسية عرضة للاختلافات بين وداخل المراقب. يعد رسم ملامح عجل الجلد من SPT ومسحها ضوئيًا للمعالجة الحاسوبية أمرًا مرهقًا. ومع ذلك، فإن تقنية المسح ثلاثي الأبعاد تعد بأفضل النتائج من حيث الدقة والاكتساب السريع والمعالجة. في هذا العمل، نقدم نظام تصوير ثلاثي الأبعاد واسع المجال لإعادة البناء ثلاثي الأبعاد لـ SPT، ونقترح طريقة آلية لقياس عجل الجلد. يعتمد القياس الآلي على التحلل الهرمي وتركيب السطح ثلاثي الأبعاد البارامترية لتقدير أحجام الدواليب مباشرة. اقترحنا نموذجين حدوديين لتقدير القطر. يعتمد النموذج 1 على وظيفة مكافئ بيضاوي مقلوب، والنموذج 2 على وظيفة فائقة الغاوس. تم تقييم دقة نظام التصوير ثلاثي الأبعاد مع كائنات التحقق من الصحة التي تحصل على دقة مستعرضة وعمق في حدود ± 0.1 مم و ± 0.01 مم، على التوالي. اختبرنا الطريقة على 80 من SPTs التي أجريت في مشاركين متطوعين، مما أدى إلى اكتشاف 61 حالة. قمنا بتحليل دقة النماذج مقابل القياسات المرجعية اليدوية من الطبيب وحصلنا على أن النموذج البارامترية 2 في المتوسط ينتج أقطارًا أقرب إلى القياسات المرجعية (النموذج 1: -0.398 مم مقابل النموذج 2: -0.339 مم) مع حدود أضيق بنسبة 95 ٪ من الاتفاق (النموذج 1: [-1.58، 0.78] مم مقابل النموذج 2: [-1.39، 0.71] مم) في تحليل Bland - Altman. في أحد المشاركين، اختبرنا قابلية استنساخ الطريقة من خلال تسجيل الساعد تحت خمسة أوضاع مختلفة للحصول على معامل تباين أقصى قدره 5.24 ٪ في أقطار القمح المقدرة. توفر الطريقة المقترحة قياسات دقيقة وقابلة للتكرار للجنة الفرعية لمنع التعذيب.Translated Description (French)
La lecture conventionnelle du test de piqûre cutanée (SPT) pour le diagnostic des allergies est sujette à des variations inter- et intra-observateurs. Dessiner les contours des papules cutanées à partir du SPT et les numériser pour le traitement informatique est fastidieux. Cependant, la technologie de numérisation 3D promet les meilleurs résultats en termes de précision, d'acquisition rapide et de traitement. Dans ce travail, nous présentons un système d'imagerie 3D grand champ pour la reconstruction 3D du SPT, et nous proposons une méthode automatisée pour la mesure des papules cutanées. La mesure automatisée est basée sur la décomposition pyramidale et l'ajustement de surface 3D paramétrique pour estimer directement les tailles des roues. Nous avons proposé deux modèles paramétriques pour l'estimation du diamètre. Le modèle 1 est basé sur une fonction paraboloïde elliptique inversée et le modèle 2 sur une fonction super-gaussienne. La précision du système d'imagerie 3D a été évaluée avec des objets de validation obtenant des précisions transversales et de profondeur de ± 0,1 mm et ± 0,01 mm, respectivement. Nous avons testé la méthode sur 80 SPT menés chez des sujets volontaires, ce qui a permis de détecter 61 papules. Nous avons analysé la précision des modèles par rapport aux mesures de référence manuelles d'un médecin et obtenu que le modèle paramétrique 2 donne en moyenne des diamètres plus proches des mesures de référence (modèle 1 : -0,398 mm vs modèle 2 : -0,339 mm) avec des limites d'accord plus étroites à 95% (modèle 1 : [-1,58, 0,78] mm vs modèle 2 : [-1,39, 0,71] mm) dans une analyse de Bland-Altman. Chez un sujet, nous avons testé la reproductibilité de la méthode en enregistrant l'avant-bras sous cinq poses différentes obtenant un coefficient de variation maximum de 5,24% dans les diamètres de papule estimés. Le procédé proposé fournit des mesures précises et reproductibles du SPT.Translated Description (Spanish)
La lectura convencional de la prueba de punción cutánea (SPT) para diagnosticar alergias es propensa a variaciones inter e intraobservador. Dibujar los contornos de las ronchas de la piel del SPT y escanearlas para su procesamiento informático es engorroso. Sin embargo, la tecnología de escaneo 3D promete los mejores resultados en términos de precisión, rápida adquisición y procesamiento. En este trabajo, presentamos un sistema de imagen 3D de amplio campo para la reconstrucción 3D del SPT, y proponemos un método automatizado para la medición de las ronchas cutáneas. La medición automatizada se basa en la descomposición piramidal y el ajuste de superficie 3D paramétrico para estimar los tamaños de las ronchas directamente. Propusimos dos modelos paramétricos para la estimación del diámetro. El modelo 1 se basa en una función paraboloide elíptica invertida, y el modelo 2 en una función supergaussiana. La precisión del sistema de imagen 3D se evaluó con objetos de validación obteniendo precisiones transversales y de profundidad dentro de ± 0.1 mm y ± 0.01 mm, respectivamente. Probamos el método en 80 SPT realizados en sujetos voluntarios, lo que resultó en 61 ronchas detectadas. Analizamos la precisión de los modelos frente a las mediciones de referencia manuales de un médico y obtuvimos que el modelo paramétrico 2 en promedio produce diámetros más cercanos a las mediciones de referencia (modelo 1: -0.398 mm frente al modelo 2: -0.339 mm) con límites de concordancia del 95% más estrechos (modelo 1: [-1.58, 0.78] mm frente al modelo 2: [-1.39, 0.71] mm) en un análisis de Bland-Altman. En un sujeto, probamos la reproducibilidad del método registrando el antebrazo bajo cinco posturas diferentes obteniendo un coeficiente máximo de variación de 5.24% en los diámetros estimados de la roncha. El método propuesto proporciona mediciones precisas y reproducibles del SPT.Files
journal.pone.0223623&type=printable.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:246a7905c1044b075aa9898cc6740390
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- قراءة آلية قوية لاختبار وخز الجلد عبر التصوير ثلاثي الأبعاد وتركيب السطح البارامترية
- Translated title (French)
- Lecture automatisée robuste du test de piqûre cutanée par imagerie 3D et ajustement de surface paramétrique
- Translated title (Spanish)
- Lectura automatizada robusta de la prueba de punción cutánea a través de imágenes 3D y ajuste de superficie paramétrico
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2980924691
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0223623
References
- https://openalex.org/W1978846203
- https://openalex.org/W1985252208
- https://openalex.org/W1991598519
- https://openalex.org/W1993465480
- https://openalex.org/W1995885576
- https://openalex.org/W2008340958
- https://openalex.org/W2020334343
- https://openalex.org/W2022042472
- https://openalex.org/W2025798019
- https://openalex.org/W2037981988
- https://openalex.org/W2058306399
- https://openalex.org/W2071467620
- https://openalex.org/W2084349857
- https://openalex.org/W2090775669
- https://openalex.org/W2091329932
- https://openalex.org/W2103504761
- https://openalex.org/W2110049278
- https://openalex.org/W2125896682
- https://openalex.org/W2137609052
- https://openalex.org/W2149430368
- https://openalex.org/W2154056227
- https://openalex.org/W2295124130
- https://openalex.org/W2339481121
- https://openalex.org/W2402600118
- https://openalex.org/W2404945632
- https://openalex.org/W2463080998
- https://openalex.org/W2534633786
- https://openalex.org/W2570343428
- https://openalex.org/W2591741197
- https://openalex.org/W2592020850
- https://openalex.org/W2792513716
- https://openalex.org/W2807446818
- https://openalex.org/W2895010610
- https://openalex.org/W2946700658
- https://openalex.org/W2952134375
- https://openalex.org/W4251317798
- https://openalex.org/W621251951