Спосіб визначення фрактального індексу анатомічних структур людини

Реферат: Спосіб визначення фрактального індексу анатомічних структур людини включає накладання на зображення структури морфометричної сітки у вигляді квадратів. Анатомічну структуру фотографують, з одержаної фотографії вирізають квадрат 4×4 см, на зображення накладають морфометричну фрактальну сітку, що містить чотири квадрати, зі сторонами розмірами 1/2×1/2 квадрата поля зору, підраховують кількість осередків, в яких знаходяться фрагменти анатомічної структури, сітку накладають з послідовним зменшенням сторони квадрата вдвоє відносно до попередньої сітки, кожного разу підраховують кількість фрагментів анатомічної структури в квадратах сітки, результати підрахунків вносять у таблицю, для подальшого дослідження використовують значення одержаних підрахунків фрагментів анатомічної структури в квадраті, починаючи з третього накладання сітки, будують графік залежності ln (N) від ln (1/box size) та розраховують фрактальний індекс за формулою:   1 1 Σ Ln( )  Ln( )(Ln(N)  Ln(N)    box size box size , D  2   1 1 Σ Ln( )  Ln( )  box size box size    де D - фрактальний індекс, N - кількість квадратів фрактальної сітки, що містять фрагменти анатомічної структури, box size - розмір квадратів морфометричної сітки. UA 117490 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ФРАКТАЛЬНОГО ІНДЕКСУ АНАТОМІЧНИХ СТРУКТУР ЛЮДИНИ UA 117490 U UA 117490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, а саме до нормальної, топографічної та патологічної анатомії людини, і може бути використана для визначення фрактального індексу анатомічних структур людини. Метричний підхід до вивчення внутрішніх органів людини спонукав до створення технічних прийомів, інструментів та пристосувань, методів вимірів тощо. Відомі морфометричні методи дозволяють визначати розміри та морфологічні характеристики біологічних об'єктів із простою геометричною формою. Для дослідження біологічних об'єктів із складною формою, яка не може бути описана за допомогою традиційних морфометричних методів, може бути використаний фрактальний аналіз. Всі біологічні об'єкти, структура яких має такі властивості, як самоподібність та масштабна інваріантність, можуть бути охарактеризовані за допомогою фрактального індексу - показника заповнення простору структурою. Для фрактального аналізу біологічних структур використовують різні методи, найбільш простим у застосуванні є метод розділення на квадрати. Методика фрактального аналізу найбільш близька до класичного методу морфометрії стереометричного аналізу [Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. Руководство. - Москва: Медицина, 1990.-384 с]. При стереометричному аналізі підраховується кількість вузлових точок (вершин квадратів), що потрапляють на об'єкт, або ліній, що його перетинають. Відомий спосіб визначення фрактальної розмірності мікросудин тканин, який відрізняється тим, що проводять фрактальний аналіз мікросудин в цифрових зображеннях гістологічних препаратів, оброблених за допомогою імуногістохімічного методу. Фрактальну розмірність судин визначають із урахуванням яскравості та насиченості кольорів гістологічного препарату [Патент № 104657598 (A), CN, МПК G06F19/00. Method for calculating fractal dimension of microvessels of tissue / UNIV PLA 3RD MILITARY MEDICAL.-3. № CN2015147378; заявл. 29.01.2015; опубл. 27.05.2015]. Відомий спосіб аналізу комп'ютерних зображень головного мозку немовлят, який відрізняється тим, що включає комп'ютерну обробку зображень головного мозку немовлят та обчислення фрактальної розмірності цих зображень. Дані дослідження використовують для прогнозування відставання в розумовому розвитку, паралічу мозку та інших захворювань [Патент № 101520893 (A), CN, МПК А61В5/055. Analysis method for infant brain medical computer scanning images and realization system / UNIV JINAN.-3. № CN2009137326; заявл. 23.02.2009; опубл. 02.09.2009]. Відомий спосіб фрактального аналізу текстури медичних зображень, що включає комп'ютеризований метод, систему та комп'ютерну програму для комп'ютеризованого фрактального аналізу текстури мамографічних зображень паренхіми молочної залози. Дані для аналізу формуються з вибраної зони інтересу оцифрованих медичних зображень мамографії. Метод реалізований у комп'ютерній програмі як пристрої обробки зображень, який аналізує дані мамографії в цифровій формі [Патент № 2004258310 (А1), US, МПК G06K9/00. Method and system for fractal-based analysis of medical image texture / Univ. Chicago.-3. № US20040777041; заявл. 13.02.2004; опубл. 23.12.2004]. Відомий також спосіб фрактального аналізу медичних зображень, що включає математичний аналіз зображень візуальної діагностики методами нелінійної математики, який відрізняється тим, що проводять математичний аналіз медичних зображень, отриманих з широкого діапазону джерел - променевої діагностики, ультразвукової діагностики, фотографічної інформації в ендоскопії, хірургії, стоматології, анатомії, а також мікроскопії, вексельних та векторних тривимірних зображень біомедичних об'єктів, який здійснюється за допомогою оцінки значень фрактальних показників цих зображень (фрактальної розмірності, індексу фрактальності та ін.) шляхом "накладання" на експертно відсегментований контур двовимірного зображення множини спеціальних (правильних) геометричних фігур (квадратів, прямокутників, трикутників, кругів, еліпсів) та тривимірних фігур (кубів, симплексів, куль, еліпсоїдів, пірамідок) - на поверхню створеної тривимірної моделі об'єкта [Патент України № 63457 U, МПК А61В 8/00. Спосіб фрактального аналізу медичних зображень / Бубнов Р.В., Мельник І.М, - З. № u201102941; заявл. 14.03.2011; опубл. 10.10.2011, Бюл. № 19]. Даний спосіб визначення фрактального індексу анатомічних структур людини є найбільш близьким аналогом. В основу корисної моделі поставлено задачу розширення арсеналу способів визначення фрактального індексу анатомічних структур людини. Задачу, яку поставлено в основу корисної моделі, вирішують тим, що у відомому способі визначення фрактального індексу анатомічних структур людини, який включає накладання на зображення структури морфометричної сітки у вигляді квадратів, згідно з корисною моделлю, анатомічну структуру фотографують, з одержаної фотографії вирізають квадрат 4×4 см, на 1 UA 117490 U 5 зображення накладають морфометричну фрактальну сітку, що містить чотири квадрати, зі сторонами розмірами 1/2×1/2 квадрата поля зору, підраховують кількість осередків, в яких знаходяться фрагменти анатомічної структури, сітку накладають з послідовним зменшенням сторони квадрата вдвоє відносно до попередньої сітки, кожного разу підраховують кількість фрагментів анатомічної структури в квадратах сітки, результати підрахунків вносять у таблицю, для подальшого дослідження використовують значення одержаних підрахунків фрагментів анатомічної структури в квадраті, починаючи з третього накладання сітки, будують графік залежності In (N) від In (1 / Box Size) та розраховують фрактальний індекс за формулою: D D 10 15 20 25 30 35 40 45 50   1 1  Ln( )  Ln( )(Ln(N)  Ln(N)    boxsize boxsize  ,   1 1  Ln( )  Ln( )(Ln(N)  Ln(N)    boxsize boxsize  , 2   1 1  Ln( )  Ln( )  boxsize boxsize    де D - фрактальний індекс, N - кількість квадратів фрактальної сітки, що містять фрагменти анатомічної структури, box size - розмір квадратів морфометричної сітки. Технічний результат корисної моделі, яка заявляється, а саме розширення арсеналу способів визначення фрактального індексу анатомічних структур людини, обумовлений синергізмом розроблених заходів. Спосіб виконують наступним чином: Досліджувану ділянку анатомічної структури фотографують разом з накладеною на неї калібрувальною лінійкою за допомогою дзеркального цифрового фотоапарата Nikon 3100. Отримані цифрові зображення обробляють і аналізують за допомогою комп'ютерної програми Adobe Photoshop CS5. Проводять калібрування збільшення і з зображення вирізають квадрат, відповідний ділянці 4×4 см на поверхні структури. На зображення накладають морфометричну фрактальну сітку, що містить чотири квадрати, зі сторонами розмірами 1/2×1/2 квадрата поля зору, і підраховують кількість осередків, в яких знаходяться фрагменти анатомічної структури. Потім послідовно накладають сітки, сторона квадрата яких в два, чотири, вісім разів менше, ніж першої. Кількість квадратів кожної наступної сітки в чотири рази більше, ніж попередньої. Зі збільшенням кількості квадратів сітки пропорційно зменшується площа поверхні анатомічної структури, що покривається одним квадратом сітки. Результати підрахунку кількості осередків, що містять фрагменти анатомічної структури, заносять в таблицю. На першому і другому етапах підрахунку всі осередки містять фрагменти анатомічної структури. Починаючи з третього етапу підрахунку кількість квадратів, що містять фрагменти анатомічної структури, не збігається із загальною кількістю квадратів, так як є "порожні" квадрати. Для подальшого дослідження перший і другий етапи дослідження пропускають, а враховують дані підрахунку на третьому, четвертому і п'ятому етапах. Далі будують графік залежності In (N) від In (1 / Box Size) і розраховують рівняння лінійної регресії. Коефіцієнт перед змінною в рівнянні лінійної регресії, що визначає кут нахилу графіка до осі X, і являє собою фрактальний індекс, який розраховують за формулою: 2   1 1  Ln( )  Ln( )  boxsize boxsize    де D - фрактальний індекс, N - кількість квадратів фрактальної сітки, що містять фрагменти анатомічної структури, box size - розмір квадратів морфометричної сітки. Спосіб пояснюють наступні приклади. Приклад 1. Об'єкт дослідження - мозочок людини жіночої статі, 37 років. При підрахунку виявлено, що на 1-му етапі дослідження 1 квадрат містить фрагменти судинної сітки (box size S), на 2-му - 16 (box size 1/4), на 3-му 53 (box size 1/8), на 4-му - 162 (box size 1/16) і на 5-му етапі - 427 квадратів (box size 1/32). Натуральні логарифми кількості квадратів складають на 3-му етапі підрахунку 3,970, на 4-му - 5,088, на 5-му - 6,057. Натуральні логарифми зворотного розміру квадратів (1 / Box Size) складають на 3-му етапі підрахунку 2,079, на 4-му - 2,773, на 5-му - 3,466. Розрахований фрактальний індекс судинної мережі дорівнює 1,5. Приклад 2. Об'єкт дослідження - мозочок людини жіночої статі, 37 років. При підрахунку виявлено, що на 1-му етапі дослідження 1 квадрат містить фрагменти білої речовини (box size 2 UA 117490 U 5 S), на 2-му - 16 (box size 1/4), на 3-му - 56 (box size 1/8), на 4-му - 165 (box size 1/16) і на 5-му етапі - 392 квадрата (box size 1/32). Натуральні логарифми кількості квадратів складають на 3-му етапі підрахунку 4,025, на 4-му - 5,105, на 5-му - 5,971. Натуральні логарифми зворотного розміру квадратів (1 / Box Size) складають на 3-му етапі підрахунку 2,079, на 4-му - 2,773, на 5-му - 3,466. Розрахований фрактальний індекс білої речовини мозочка дорівнює 1,4. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Спосіб визначення фрактального індексу анатомічних структур людини, який включає накладання на зображення структури морфометричної сітки у вигляді квадратів, який відрізняється тим, що анатомічну структуру фотографують, з одержаної фотографії вирізають квадрат 4×4 см, на зображення накладають морфометричну фрактальну сітку, що містить чотири квадрати, зі сторонами розмірами 1/2×1/2 квадрата поля зору, підраховують кількість осередків, в яких знаходяться фрагменти анатомічної структури, сітку накладають з послідовним зменшенням сторони квадрата вдвоє відносно до попередньої сітки, кожного разу підраховують кількість фрагментів анатомічної структури в квадратах сітки, результати підрахунків вносять у таблицю, для подальшого дослідження використовують значення одержаних підрахунків фрагментів анатомічної структури в квадраті, починаючи з третього накладання сітки, будують графік залежності ln (N) від ln (1/box size) та розраховують фрактальний індекс за формулою:   1 1 Σ Ln( )  Ln( )(Ln(N)  Ln(N)    box size box size , D  2   1 1 Σ Ln( )  Ln( )  box size box size    де D - фрактальний індекс, N - кількість квадратів фрактальної сітки, що містять фрагменти анатомічної структури, box size - розмір квадратів морфометричної сітки. 25 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3