Спосіб напівавтоматизованого визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин

Реферат: Спосіб напівавтоматизованого визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин здійснюється на електронограмах гемосудин, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К та оцифрованих сканером Epson Perfection V550 Photo. При цьому попередньо розробляють алгоритм в програмі ImageJ, яким в напівавтоматичному режимі на електронограмах гемосудин, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К та оцифрованих сканером Epson Perfection V550 Photo з розширенням 1200 dpi, визначають діаметр просвіту та товщину стінки гемосудин і оцінюють їх морфофункціональний стан у нормі та при різних експериментальних патологіях. UA 102664 U (12) UA 102664 U UA 102664 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, а саме до патологічної фізіології, і може бути використана для визначення діаметра і товщини стінки гемосудин з метою аналізу їх морфофункціональних змін на етапах розвитку експериментальних патологічних процесів, які моделюються на тваринах. Гемосудини будь-якого органа одні з перших реагують на вплив факторів різного ґенезу. Найбільш аргументовану та об'єктивну оцінку перебудови гемосудин можна дати на основі їх морфологічних змін, що підтверджуються морфометричними показниками. У час стрімкого розвитку комп'ютерних технологій популярним стало застосування різноманітних програм для морфометрії, а особливо таких, які не потребують купівлі дорогих ліцензій. До таких програм належать, наприклад, ImageJ та ImageTool, які мають значний функціонал і є для морфолога потужним інструментом дослідження. Найчастіше для морфометричної характеристики гемосудин визначають діаметр їх просвіту і товщину стінки [1, 2, 3]. Слід відмітити, що переважна більшість програм для морфометрії, у тому числі і дві вищевказані, обчислюють не звичайний діаметр, а максимальний і мінімальний діаметри Фере. Перший з них є віддалю між двома найбільш віддаленими точками периметра [6], а другий - визначається за алгоритмами розробників програм. Зазвичай, при визначенні діаметра просвіту використовують такий спосіб - з мінімального та максимального діаметрів Фере знаходять середнє значення, що не відповідає дійсному діаметру просвіту гемосудин. Найчастіше для визначення діаметра просвіту гемосудин застосовують "математичний" спосіб вираховують діаметр із площі круга за формулою D  2 S /  , де D - діаметр; S - площа просвіту, що також некоректно, бо ендотеліоцити мають полігональну форму і нерівну люмінальну поверхню, а тому периметр просвіту гемосудин не може бути колом. Для визначення товщини стінки гемосудин необхідно проміряти відрізки, що з'єднують внутрішній та зовнішній периметри, і знайти їх середнє значення. При цьому відрізки необхідно проводити перпендикулярно до дотичних до периметра просвіту судини, що не так просто реалізувати. Тому при "ручному" способі визначення товщини стінки, який в основному використовується, кількість замірів обмежується, як правило, 10-20-а [5], що є некоректно, оскільки товщина стінки судини є доволі варіабельною. Інколи застосовують інший спосіб визначення товщини стінки гемосудин - обчислюють товщину стінки як різницю зовнішнього і внутрішнього радіусів [9], яке проводять на основі середніх значень обох показників, що дає неточні результати. Ще один важливий момент. Усі способи визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин мають суттєву вимогу - судини повинні бути зрізані перпендикулярно до їх повздовжньої осі. Однак, у площину зрізу такі судини ланок гемомікроциркуляторного русла більшості неплівкових препаратів попадають досить рідко, бо вони переплітаються в трьох взаємно перпендикулярних площинах [4]. У цілому, вищенаведені способи визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин є суб'єктивними і неточними та створюють значні труднощі, які пов'язані з великими затратами часу, нервовим напруженням, швидкою втомлюваністю і виникненням ймовірності помилок. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу напівавтоматизованого визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин. Поставлена задача корисної моделі вирішується тим, що, згідно з корисною моделлю, створюється алгоритм, який розробляється і виконується в програмі ImageJ [7, 8]. За допомогою цього алгоритму здійснюється визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин на електронограмах, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К та оцифрованих сканером Epson Perfection V550 Photo з розширенням 1200 dpi. Суттєвими відмінностями запропонованої корисної моделі є те, що попередньо розробляють алгоритм в програмі ImageJ, яким в напівавтоматичному режимі на електронограмах гемосудин, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К та оцифрованих сканером Epson Perfection V550 Photo з розширенням 1200 dpi, визначають діаметр просвіту та товщину стінки гемосудин і оцінюють їх морфофункціональний стан у нормі та при різних експериментальних патологіях. Дані дослідження проведені на кафедрі анатомії людини, оперативної хірургії та топографічної анатомії ДВНЗ "Івано-Франківський національний медичний університет" на електронограмах гемосудин, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К при прискорюючій напрузі 75 кВ з наступним фотографуванням при збільшенні від 1600 до 16000 разів. Отримані електронограми сканували сканером Epson Perfection V550 Photo з розширенням 1200 dpi. Оцифровані електронограми опрацьовують в програмі ImageJ за допомогою створеного нами алгоритму, який передбачає виконання наступних кроків: 1. Обводимо внутрішній периметр (контур просвіту) гемосудини. 1 UA 102664 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2. Визначається геометричний центр просвіту судини, контур якого обведений - точка А (Х0; Y0) (Фіг. 1). 3. Виконується повторюване визначення відстані від геометричного центра (точка А) до кожної точки, наприклад точки В (X1; Y1), яка належить внутрішньому периметру і відповідає одному пікселю. З отриманих значень обчислюється середнє значення радіуса (R), подвоєне значення якого є діаметром просвіту гемосудини. 4. Обводимо зовнішній периметр судини. 5. Виконується цикл (Фіг. 2), який визначає товщину стінки гемосудини. Вищевказаний цикл працює наступним чином: 1) визначається відстань W - від точки В на внутрішньому периметрі до певної точки F зовнішнього периметра; 2) визначається радіус просвіту R - від геометричного центра, який позначений точкою А, до раніше вибраної точки В; 3) визначається зовнішній радіус судини R1 - від геометричного центра (точка А) до точки F; 4) якщо R (АВ) + W (BF) > R1 (AF), то повторюються кроки 1-3 для кожної наступної точки зовнішнього периметра до тих пір, допоки не буде найдена точка Е й отримана рівність R (АВ) + W1 (BE) = R1 (AE). Тоді значення W1 (BE) приймається за товщину стінки і додається в масив її значень. 5) далі вибирається наступна точка внутрішнього периметра і виконуються кроки 1-4. 6) цикл повторюється стільки разів, скільки є точок (пікселів), які належать внутрішньому периметру судини. Після завершення циклу вираховується середнє значення товщини стінки з отриманого масиву значень W1. Таким чином, корисна модель дозволяє на основі створеного алгоритму в програмі ImageJ визначати діаметр просвіту та товщину стінки гемосудин, що дозволяє: 1) отримати об'єктивні результати у порівнянні з результатами інших способів; 2) більш точно оцінити морфофункціональний стан гемосудин на етапах розвитку експериментальних патологічних процесів; 3) нівелювати необхідність використовувати тільки ті судини, які були зрізані перпендикулярно до їх повздовжньої осі за рахунок вимірювання вказаних показників від геометричного центра просвіту гемосудини і великої кількості замірів; 4) значно зменшити затрати часу, нервове напруження, втомлюваність і ймовірність виникнення помилок. Джерела інформації: 1. Гаргула Т.И. Особенности ремоделирования артерий двенадцатиперстной кишки при экспериментальной язве в условиях алюминиевого отравления / Т.И. Гаргула, М.С. Гнатюк // Сибирский медицинский журнал. - 2013. - Т. 28, № 1. - С. 101-104. 2. Гнатюк М.С. Морфометрична оцінка вікових особливостей ремоделювання артерій піднижньощелепної залози / М.С. Гнатюк, Л.Я. Посоленик, Л.В. Татарчук // Вісник наукових досліджень. - 2011. - № 1. - С. 73-75. 3. Гойдало Т. Р. Морфометрична характеристика перебудови легеневих і бронхіальних артерій у динаміці експериментального моделювання гострої тонкокишкової непрохідності / Т.Р. Гойдало // Шпитальна хірургія. - 2013. - № 3. - С. 41-45. 4. Хэм А. Гистология; [у 5 т.] / А. Хэм, Д. Кормак; пер. с англ.; под ред. Ю.И. Афанасьева, Ю.С. Ченцова. - М.: Мир, 1983. - Т. 4. - 245 с. 5. Cuce G. Evaluation of TGF betal expression and comparison the thickness of different aorta layers in experimental diabetes./ G. Cuce, S.S. Kalkan, H.H. Esen // Bratisl Lek List.-2011. - V. 112, № 6. - P. 318-322. 6. Ferreira Т., Rasband W.S. "ImageJ User Guide IJ 1.46", imagej.nih.gov/ij/docs/guide/, 20102012. 7. Schneider C.A. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis/ C.A. Schneider, W.S. Rasband, K.W. Eliceiri // Nature Methods. - 2012. - V. 9, № 7. - P. 671-675. 8. Sheffield J. B. ImageJ, A Useful Tool for Biological Image Processing and Analysis/ J.B. Sheffield // Microsc Microanal. - 2007. - V. 13, Suppl 2. - P. 200-201. 9. Sosula L. Capillary radius and wall thickness in normal and diabetic rat retinae. / L. Sosula // Microvasc. Res. - 1974. - T. 7. - P. 274-276. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб напівавтоматизованого визначення діаметра просвіту і товщини стінки гемосудин, який здійснюється на електронограмах гемосудин, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К та оцифрованих сканером Epson Perfection V550 Photo, який відрізняється тим, що 2 UA 102664 U 5 попередньо розробляють алгоритм в програмі ImageJ, яким в напівавтоматичному режимі на електронограмах гемосудин, отриманих за допомогою електронного мікроскопа ПЭМ-125К та оцифрованих сканером Epson Perfection V550 Photo з розширенням 1200 dpi, визначають діаметр просвіту та товщину стінки гемосудин і оцінюють їх морфофункціональний стан у нормі та при різних експериментальних патологіях. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3