Master's Thesis

Algorithmic analysis of the development of diseases of the posterior segment of the eye

Final Thesis 21.74 MB Appendix 60.56 kB

Author of thesis: Bc. Václav Trojánek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Martin Drahanský, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D.

Abstract:

Diabetic macular edema is one of the most serious complications of diabetic retinopathy and the leading cause of central visual acuity loss in diabetic patients. Optical coherence tomography is the current standard for monitoring this condition and evaluating the efficacy of anti-VEGF therapy. This master's thesis focuses on the design and implementation of a method for automatic segmentation of the internal limiting membrane and retinal pigment epithelium in image data acquired with the Zeiss Cirrus HD-OCT device.

The proposed algorithm utilizes a combination of bilateral filtering for speckle noise reduction and adaptive thresholding to identify key retinal interfaces within axial intensity profiles. The method includes a specific strategy to eliminate the influence of the photoreceptor layer and a multi-stage post-processing routine to ensure lateral continuity of the profiles even in the presence of pathological changes. Based on the segmented boundaries, a retinal thickness map is generated, and clinical parameters are calculated within the sectors of the ETDRS grid.

Validation was performed on a dataset of 27 longitudinal clinical records from the ophthalmology department of the University Hospital Brno. The results demonstrated a high degree of correlation with the manufacturer's commercial software, with a correlation coefficient of $r = 0.994$ for central subfield thickness in records with sufficient signal quality. The thesis further analyzes the impact of signal quality on segmentation accuracy and discusses the causes of the identified systematic bias. The implemented method reliably captures the treatment response trend in all monitored patients, confirming its utility for objective quantification of disease progression in clinical practice and research.

Keywords:

optical coherence tomography, diabetic macular edema, retinal segmentation, anti-VEGF therapy, ETDRS grid, retinal thickness, quantitative image analysis, diabetic retinopathy

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Ing. Jakubíček, Ph.D. položil otázku: Co znamená omezení bez 3D registrace objemů? Interpretujte Bland-Altmanův graf a vysvětlete parametry. Co znamená bias? Jaký je rozdíl mezi MAE a biasem? Jak lze hodnotit výsledek z hlediska korelačního koeficientu? Jak byste postupoval při vytvoření ground-truth? Jak dlouho by manuální anotace trvaly? Měl jste možnost konzultovat práci s oftalmologem? Ing. Lázňovský, Ph.D. položil otázku: Co je příčinou chyby 150 mikrometrů? Jakým způsobem jste vyřazoval obrazy s nízkým signálem? Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Bioengineering (MPC-BIO)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D. (předseda)
Ing. Roman Jakubíček, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Králík (člen)
Ing. Jakub Lázňovský, Ph.D. (člen)
Ing. Petra Nemčeková (člen)

viz přiložený soubor Points proposed by supervisor: 87

Grade proposed by supervisor: B

File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 230,96 kB

Reviewer’s report
doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D.

Diplomová práce Václava Trojánka se zabývá segmentací a následnou analýzou výsledků retinálních patologických snímku z OCT. Práce je psaná čtivě, formátování a prezentace výsledků jsou na velmi kvalitní úrovni, včetně jejich popisů a diskuse.
V oblasti zpracování obrazů hodnotím práci kladně, protože autor navrhl ucelený a technicky dobře zdokumentovaný postup pro předzpracování OCT dat, segmentaci vrstev ILM a RPE a následný výpočet klinicky relevantních parametrů. Za slabší místo považuji to, že některé kroky jsou optimalizovány převážně empiricky, s oporou o vizuální posouzení, nikoli například o manuální segmentaci na úrovni pixelových anotací. Z textu práce ale není úplně jasné, zda implementovaný postup navrhl autor sám nebo byl inspirován nějakou publikovanou prací.
Statistické vyhodnocení výsledků je zpracováno přehledně a obsahuje vhodné základní ukazatele shody, zejména Bland–Altman graf, MAE a korelační analýzu, stejně jako rozbor vlivu kvality signálu na přesnost segmentace. Jeho vypovídací hodnota je však omezena malým počtem pacientů a tím, že referenčním standardem není manuální expertiza, ale výstup komerčního softwaru, který sám může obsahovat chyby. Všechno toto však autor ve své práci diskutuje a je si toho vědom.
Diskuzi výsledků také hodnotím kladně, protože autor výsledky neinterpretuje nekriticky, ale rozebírá hlavní limity práce. Kladně také hodnotím srovnání výsledků s jinými pracemi, byť to nelze provést přímo a na stejných datech.
Celkově práci považuji za velmi zdařilou a navrhuji hodnocení A/92b. Topics for thesis defence:
  1. Z jakého důvodu nebyla detekovaná přední hranice RPE, ale střed této vrstvy?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová