Спосіб визначення часу формування гематом за допомогою статистичного аналізу поляризаційних зображень біологічних тканин трупа людини

Корисна модель відноситься до медицини, судової медицини, криміналістики та патологічної анатомії, а також фізичної оптики і може бути використана для визначення давності настання гематом, що актуально у діагностиці трупних процесів біологічних тканини. Відомий ряд оптичних способів поляриметрії, які досліджують координатний розподіл станів поляризації лазерного випромінювання біооб'єктами. Спосіб, описаний в [A.G. Ushenko, and V.P. Pishak. Laser Polarimetry of Biological Tissue. Principles and Applications // in Coherent-Domain Optical Methods. Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science / ed. V. Tuchin. - Kluwer Academic Publishers, 2004. - P.67], заснований на статистичному аналізі картини розподілу азимутів поляризації в лазерному зображенні гістологічних зрізів сполучної і м'язової тканини. Недоліком способу є низька точність вимірювання статистичних моментів розподілів азимутів поляризації у зображенні біологічних тканин. Аналогом запропонованого способу є спосіб визначення оптико-геометричної структури біологічних шарів шляхом оцінки величин статистичних моментів, які характеризують розподіли азимутів і еліптичностей поляризації [O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, Ye.G. Ushenko, Yu.Ya. Tomka, V.P. Pishak. Polarizationcorrelation mapping of biological tissue coherent images // J. Biomed. Opt. - 2005. - Vol.10, No.6. - P.064025]. У способі-прототипі за допомогою чверть хвильової пластинки і поляризатора вимірюють середнє, дисперсію, асиметрію та ексцес координатних розподілів азимутів і еліптичностей поляризації у площині лазерного зображення, за яким визначають дисперсію орієнтацій оптичних осей і фазових зсувів архітектонічної сітки сполучної і м'язової біологічних тканин. Недоліком способу-аналога, є відсутність даних про часові зміни значень статистичних моментів, які характеризують оптичні властивості біологічних тканин трупа людини, а також про точність визначення початку таких змін. Найближчим до способу, що заявляється є спосіб визначення часу формування гематом шляхом оцінки часових значень характеру змін тканин [Бедрин Л.М., Крюков В.Н., Литвак А.С. и др. Судебная медицина. - М., Медицина, 1987. - 464с]. Спосіб-прототип передбачає візуальну оцінку кольору змін тканин відповідно до часу, на підставі чого складають висновок про давність формування гематом. Недоліками прототипу є те, що відбувається відносне, суб'єктивне визначення часу настання смерті, що у більшій мірі залежить від кваліфікації експерта, низька точність визначення часу настання смерті з великим інтервалом коливання, необхідність врахування великої кількості факторів, які можуть значно змінювати час настання окремих трупних змін, необхідність проведення консультацій інших спеціалістів - екологів, ентомологів, ботаніків тощо, що значно гальмує діагностику у часі та призводить до залучення додаткових коштів. Недоліками прототипу є те, що така оцінка є відносною та значно суб'єктивною, вона в значній мірі залежить від кваліфікації експерта та не є точною. Нами пропонується рішення, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалити спосіб визначення часу формування гематом шляхом оцінки часових змін значень статистичних моментів поляризаційної структури лазерних зображень гематом для забезпечення розширення функціональних можливостей діагностики анізотропії різних біологічних об'єктів, а також у підвищенні точності вимірювання часу формування гематом. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі визначення часу формування гематом за допомогою статистичного аналізу поляризаційних зображень біологічних тканин трупа людини шляхом оцінки часових значень характеру змін тканин, згідно до корисної моделі, використовують висококогерентне лінійно поляризоване випромінювання з довжиною хвилі 0,6328мкм, формують поляризаційне зображення гематоми в площині світлочутливої цифрової камери, обчислюють статистичні моменти 1-го - 4-го порядків розподілів азимутів і еліптичностей, за часовою динамікою зміни яких судять про час формування гематом. Спільними ознаками прототипу та рішення, що заявляється, є використання для визначення часу формування гематом часових змін структури біологічних об'єктів. Корисна модель відрізняється від прототипу тим, що використовують висококогерентне лінійно поляризоване лазерне випромінювання із наступним часовим моніторингом зміни значень статистичних моментів, які характеризують поляризаційну структуру лазерних зображень гематом. Спосіб здійснюється наступним чином. Для оцінки часу формування гематом виконують зріз гематоми товщиною 20мкм. За допомогою пристрою проводять лазерне опромінення дослідного зразку. Вимірюють часові інтервали давності виникнення гематом шляхом вимірювання дисперсії, асиметрії та ексцесу розподілів еліптичності їх поляризаційних зображень, на підставі чого судять про час утворення гематоми. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. Найбільш повно поляризаційні характеристики світлових полів описуються у термінах параметрів вектора Стокса [А.Г. Ушенко, С.Б. Ермоленко, М.А. Недужко. Поляризационно-интерференционная диагностика внутренних напряжений // Дефектоскопия. 1991.6 - №6. - С.83-88]: S0=S{S1,S2,S3,S4) (1) де Si - параметри вектора Стокса, які мають наступний вигляд: S1 = I0 + I90; S2 = I0 - I90; (2) S3 = I+ 45 - I- 45; S 4 = IÄ - iÅ. Тут - І 0,І 90,І +45,І -45 інтенсивності ортогонально лінійно поляризованих компонентів оптичного поля, І Ä,І Å інтенсивності право- та лівоциркулярно поляризованих складових в електромагнітному полі. Для найбільш загального типу поляризації - еліптичної - вектор Стокса приймає вигляд: (3) S={1; cos2a cos2b; sin2a cos2b; sin2b} де a i b - відповідно азимут і еліптичність поляризації світлових коливань. Процеси перетворення поляризаційної структури, опромінюючого біотканини in vivo, висококогерентного випромінювання найбільш повно описуються за допомогою матричного оператора наступного вигляду: 1 ; 0; 0; d dö dö æ æ ç 0,5 sin4r sin2 ÷; 0; ç sin2 × cos 2r + cos2 ÷; 2 2ø 2ø è è dö d dö æ æ {Q} = 0; ç 0,5 sin4r sin2 ÷; ç - sin2 × cos 2r + cos2 ÷; 2ø 2 2ø è è 0; (sin2r sind); (- cos 2r sind); 0; (- sin2r sind); (cos 2r sind); (4) æ dö ç 2 cos2 ÷ - 1 ; 2ø è де d - величина фазового зсуву, який виникає під впливом двопроменезаломлення біооб'єкта. Результуючий вектор Стокса лазерного пучка, що пройшов крізь досліджувану біоструктуру, записується у вигляді: S={1; cos2a*cos2b*; sin2a*cos2b*; sin2b*}; (5) де a*, b* - відповідно азимут і еліптичність поляризації лазерного об'єктного випромінювання é ù; I33 - I34 - I31 - I32 a * = 0,5 arctanê ú ë (I11 - I12 - I13 - I14 ) - (I21 - I22 - I23 - I24 ) û (6) 1 ù é b* = 0,5 arccosêæ S2 + S2 ö 2 ú; ç 3÷ ú êè 2 ø û ë S2 = (I11 - I12 - I13 - I14 ) - (I21 - I22 - I23 - I24 ); S3 = I33 - I34 - I31 - I32 . (7) Таким чином, за виміряними інтенсивностями I jk висококогерентного лазерного випромінювання довжиною хвилі 0,6328мкм, можна однозначно визначити параметри поляризації зображення біооб'єкту в різні часові проміжки і обчислити статистичні моменти першого М1, другого М2, третього М3 і четвертого М4 порядків, які обчислювалися за такими алгоритмами M1 = 1 N å zi ; N i =1 1 N 2 å zi ; N i =1 1 1 N 3 M3 = å zi ; s3 N i =1 s 1 1 N 4 M4 = å zi , s2 N i =1 s M2 = (8) де N=800х600 - повна кількість пікселів цифрової камери. Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом: використано плоскополяризований опромінюючий пучок. В якості зразка - зріз гематоми товщиною 20мкм. В таблиці 1 наведені часові інтервали встановлення давності і точності виникнення гематом шляхом вимірювання дисперсії, асиметрії та ексцесу розподілів еліптичності їх поляризаційних зображень. Таблиця 1 Діапазони і точність статистичного поляризаційного визначення часу формування гематоми Статистичні моменти М1 М2 M3 M4 Діапазон визначення давності 1год. - 11год. 1год. - 12год. 1год. -14год. 1год. - 15год. Точність визначення давності 2год. - 3год. 2год. - 3год. 2год. - 3год. 2год. - 3год. Технічний результат: використання запропонованого способу призводить до розширення функціональних можливостей визначення часу формування гематом шляхом часового моніторингу зміни значень статистичних моментів структури зображень при одночасному покращення точності його визначення. Нами вперше використано висококогерентного лінійно поляризованого лазерного випромінювання із наступним часовим моніторингом зміни значень статистичних моментів, які характеризують поляризаційну структуру лазерних зображень гематом.