Спосіб комп’ютерної обробки і аналізу мікроскопічних зображень субстратзалежних клітинних систем in vitro

Реферат: Спосіб комп'ютерної обробки та аналізу мікроскопічних зображень субстратзалежних клітинних систем in vitro включає створення бази цифрових зображень клітин, одержаних за однакових умов зйомки для всіх випадків, обробку кожного зображення методом бінаризації за Оцу, інвертування зображення, виокремлення цифрових даних щодо контурів клітин, позбавлення шуму методами ерозії, дилатації, морфологічного відкриття та закриття та формування на їх основі єдиної бази для аналізу статистичними методами, на основі яких комп'ютерна програма приймає рішення про відмінність декількох баз даних з виборками, або приналежність вхідного зображення до однієї з існуючих у програмі бази. Під час зйомки нативного препарату встановлюють високу яскравість підсвітлення, конфігурування зображення проводять з допомогою підпрограми конвертування. Отримані дані за інструкцією завантажують у програму, яка визначає ряд параметрів, на основі яких обчислюють питому вагу достовірності одержаних даних за відповідними показниками, що відрізняються від граничного значення 0,05 для різних культур і їх станів. UA 117349 U (12) UA 117349 U UA 117349 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до комп'ютерних засобів розпізнавання, обробки і аналізу зображень і може бути застосована у наукових і прикладних дослідженнях, зокрема для виділення заданих об'єктів при вірусологічних дослідженнях в субстратзалежних клітинних системах in vitro. Найбільш близьким аналогом до запропонованого способу, є градієнтний спосіб відділення контурів об'єктів на матриці тонового растрового зображення (патент RU № 2325044 С1, Гданский и др., 20.05.2008). Для всіх пікселів растрового зображення обчислюється норма або квадрат норми градієнту вимірювання їх яскравості, потім на новій чорно-білій монохромній матриці чорним кольором на білому фоні виділяються всі елементи, у яких значення норми або квадрата норми градієнту більше граничного значення, а контурами об'єктів на монохромній матриці вважаються зв'язані конфігурації елементів чорного кольору. Наводяться критерії, за якими визначаються контури об'єктів, які шукають. Недоліком вказаного способу є неможливість розрізнити об'єкти різної природи, що мають яскраво виражені межі (границі) а умови, що накладаються на модуль градієнта зображення, не дозволяють описати форму об'єктів. Задачею корисної моделі розробка досконалішого способу комп'ютерного аналізу нативних (не забарвлених) зображень проліферуючих субстратзалежних клітинних систем, що дозволить усунути недоліки найближчого аналога. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі комп'ютерної обробки та аналізу мікроскопічних зображень субстратзалежних клітинних систем in vitro, що включає створення бази цифрових зображень клітин, одержаних за однакових умов зйомки для всіх випадків, обробку кожного зображення методом бінаризації за Оцу, інвертування зображення, виокремлення цифрових даних щодо контурів клітин, позбавлення шуму методами ерозії, дилатації, морфологічного відкриття та закриття та формування на їх основі єдиної бази для аналізу статистичними методами, згідно з корисною моделлю, під час зйомки нативного препарату встановлюють високу яскравість підсвітлення, конфігурування зображення проводять з допомогою підпрограми конвертування, після чого отримані дані за інструкцією завантажують у програму, яка визначає ряд параметрів, на основі яких обчислюють питому вагу достовірності одержаних даних за відповідними показниками, що відрізняються від граничного значення 0,05 для різних культур і їх станів. Відмінною особливістю способу, що заявляється, є: встановлення високої яскравості підсвітлення нативного препарату під час зйомки, конфігурування зображення за допомогою підпрограми конвертування, інвертування зображення, автоматичне виділення контурів клітин на знімках з можливістю їх корекції в ручному режимі з наступною автоматизацією статистичного аналізу отриманих параметрів клітин у великих вибірках та порівняння великих чисельних масивів, що здійснюється за допомогою комп'ютерної програми, захищеної свідоцтвом України авторського права на твір № 67125 від 10.08.2016 Комп'ютерна програма "Аналіз цифрових мікроскопічних зображень субстратзалежних клітинних систем in vitro" (далі Програма № 67123). Спосіб здійснюють наступним чином: Проводять мікроскопію і фотографування моношару субстратзалежної культури клітин під інвертованим мікроскопом, наприклад PrimoVert Karl Zeiss, при яскравому освітленні, із збереженням зображення у форматі czi, або png. Для подальшої обробки зображення проводиться його попереднє конфігурування згідно "підпрограми конвертування" за пунктом 1. За інструкцією завантажують одержані дані у Програму № 67123, яка використовує наведену конфігурацію при подальшій автоматичній обробці зображення, що включає бінаризацію за Оцу та наступні морфологічні операції: ерозію, дилатацію, відкриття/закриття та алгоритм водорозділу. При необхідності виконують корекцію контурів в ручному режимі. Результат обробки фіксується у вигляді таблиці з набором параметрів, що підлягають статистичній обробці, в результаті якої виявляються відмінності між мікроскопічними зображеннями досліджуваних клітинних моношарів. Приклад 1 Суспензію перещеплювальної субстратзалежної культури клітин аденокарциноми гортані 6 людини НЕР-2 у посівній концентрації 0,5*10 кл/мл об'ємом 10,0 мл у ростовому живильному 2 середовищі вміщують у полістироловий культуральний матрац з площею поверхні 75 см і культивують при 37 °C. Через 48 і 72 години від початку культивування проводять мікроскопічні дослідження і фотографування клітинного моношару під інвертованим мікроскопом PrimoVert Karl Zeiss і зберігають його у форматі png з наступною попередньою конфігурацією за програмою (пункт 1). 1 UA 117349 U 5 10 За інструкцією завантажують сконфігуроване зображення за пунктом 1 у програму Свідоцтво № 67123, яка використовує наведену конфігурацію при подальшій автоматичній обробці зображення, що включає бінаризацію за Оцу та наступні морфологічні операції: ерозію, дилатацію, відкриття/закриття та алгоритм водорозділу. При необхідності виконують корекцію контурів клітин у ручному режимі. Результат обробки фіксується у вигляді таблиці з набором параметрів, що підлягають статистичній обробці. На Фіг. 1 наведені мікроскопічні зображення (збільшення 20х) моношарів культури клітин НЕР-2, нативного і обробленого за способом, що заявляється: а) через 48 год. культивування, нативне зображення); б) 48 год. культивування, оброблене зображення; в) через 72 год. культивування, нативне зображення; г) через 72 год. культивування, оброблене зображення. В таблиці 1 подані числові характеристики цифрових мікроскопічних зображень моношарів культури клітин НЕР-2 в динаміці культивування з набором параметрів та результати їх статистичної обробки і порівняння. Всі числові параметри клітин, що обробляються, поділяються на дві групи: геометричні параметри і спектральні характеристики. 15 Таблиця 1 Результати статистичної обробки числових параметрів мікроскопічних зображень культур клітин НЕР-2 через 48 і 72 години культивування (Р