Спосіб визначення давності настання смерті за допомогою фур’є аналізу поляризаційних мап азимута оптично активних сполук полікристалічних плівок ліквору трупа людини

Реферат: Спосіб визначення давності настання смерті за допомогою Фур'є аналізу поляризаційних мап азимута оптично активних сполук полікристалічних плівок ліквору трупа людини шляхом оцінки дегенеративних змін біологічних рідин трупа людини. Для оцінки таких змін проводять опромінювання полікристалічної плівки ліквору право-циркулярно поляризованим випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, за допомогою прямого і зворотного Фур'є перетворення виділяють дрібно- та великомасштабні мікроскопічні зображення полікристалічної плівки ліквору, які проектують за допомогою мікрооб'єктива крізь аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 0°, 90°, +45° і -45° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини азимута поляризації дрібно- та великомасштабного зображень полікристалічної плівки ліквору, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, виявляють часову динаміку зміни статистичних параметрів, згідно з якою судять про давність настання смерті. UA 116076 U (12) UA 116076 U UA 116076 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, судової медицини, криміналістики та патологічної анатомії, а також фізичної оптики, і може бути використана для визначення давності настання смерті та дослідження станів поляризації гістологічних зрізів та полікристалічних плівок біологічних шарів, що актуально у дослідженні динаміки розвитку трупних процесів біологічних тканин і рідин. Відомі способи визначення настання часу смерті є приблизними і засновані на оцінці швидкості настання дегенеративно-дистрофічних змін м'яких тканин. Вони базуються на визначенні первинних постмортальних ознак, ранніх та пізніх трупних змін. До первинних постмортальних ознак належить реакція скелетної мускулатури та гладеньких м'язів райдужки на механічні, хімічні та електричні подразники тощо. Первинні постмортальні ознаки дозволяють встановлювати час настання смерті протягом першої доби після її настання. До ранніх трупних змін належать висихання трупа, охолодження трупа, м'язове заклякання трупа, трупні плями та трупний аутоліз. Такі трупні ознаки починають з'являтись вже через 1,5-2 години після настання біологічної смерті, отримують повний розвиток протягом перших 2-х діб після смерті та не супроводжуються значними структурними змінами тканин. Пізні трупні зміни починаються також після настання біологічної смерті, але у більш пізні терміни. Це гниття, муміфікація, сапоніфікація, дублення тощо. Для точного визначення часу настання смерті експерт повинен враховувати велику кількість факторів, які впливають на труп, аналізувати можливу причину смерті, проводити додаткові дослідження та звертатись за консультаціями до спеціалістів різного профілю. В залежності від давності смерті та умов, в яких знаходився труп, визначення часу настання смерті є наближеним з коливанням до 2-3-х годин протягом першої доби та 15-20-ти годин у наступні доби. Велике значення при цьому має кваліфікація експерта. На даний час не існує об'єктивного, точного та зручного способу визначення часу настання смерті. Наш спосіб, що заявляється, дозволяє уникнути вказаних недоліків, значно об'єктивізувати визначення часу настання смерті та отримати точні дані, які не залежать від суб'єктивної оцінки судово-медичного експерта. Єрмаковим А.В. (А.В. Ермаков. Изменения уровня среднемолекулярных соединений в ликворе в зависимости от времени наступления смерти // Проблемы экспертизы в медицине. 2004. - № 16-4. - Т. 4. - С. 25) проводилися дослідження зміни рівня середньо-молекулярних сполук у лікворі в залежності від часу настання смерті методом спектрофотометрії по модифікованій стандартній методиці при довжині хвилі 254 нм, 260 нм та 280 нм, проте метод потребує значної кількості ліквору (до 18 мл), його діагностична значимість є обмеженою. Відомий ряд оптичних способів поляриметрії, які досліджують координатний розподіл станів поляризації лазерного випромінювання біологічними тканинами. Спосіб-аналог, 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 аналізі картини розподілу азимутів поляризації в лазерному зображенні гістологічних зрізів сполучної і м'язової тканини. Недоліком способу є низька точність вимірювання азимутів поляризації у зображенні та визначення їх координатного розподілу. Також аналогом способу, що заявляється, є спосіб визначення оптико-геометричної структури біологічних тканин шляхом оцінки розподілів азимутів і еліптичностей поляризації [O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, Ye.G. Ushenko, Yu.Ya. Tomka, V.P. Pishak. Polarization-correlation mapping of biological tissue coherent images // J. Biomed. Opt. - 2005. - Vol. 10, № 6. - P. 064025]. У способі-аналогу за допомогою чвертьхвильової пластинки і поляризатора вимірюють координатний розподіл азимутів і еліптичності поляризації у площині лазерного зображення, за яким визначають оптико-геометричну структуру архітектонічної сітки сполучної і м'язової біологічних тканин. Основним недоліком способу-аналога є відсутність даних про часові зміни оптичних властивостей біологічних тканин трупа людини, а також використання обмеженої кількості тканин різних типів. Окрім цього розподіли поляризаційних параметрів мікроскопічних зображень гістологічних зрізів біологічних тканин є азимутально-залежними від повороту площини зразка відносно напряму опромінювання, що значно понижує точність вимірювань. Найближчим аналогом корисної моделі є спосіб визначення часу настання смерті за оцінкою дегенеративно-дистрофічних змін м'яких тканин (Бедрин Л.М., Крюков В.Н., Литвак А.С. и др. Судебная медицина. - М.: Медицина, 1987. - 464 с.), при якому час настання смерті визначається за діагностикою дегенеративно-дистрофічних змін м'яких тканин. При цьому дегенеративно-дистрофічні зміни оцінюються шляхом виявлення ранніх та пізніх трупних змін 1 UA 116076 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (висихання, охолодження, м'язове заклякання трупа, трупні плями, трупний аутоліз, гниття, муміфікація, сапоніфікація, дублення), наявність яких співставляється із умовами, в яких знаходиться труп, можливими причинами смерті та граничним часом розвитку таких змін. Недоліками найближчого аналога 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. Нами запропонована корисна модель, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб визначення давності настання смерті шляхом оцінки дегенеративних змін за визначенням часових змін поляризаційної структури лазерних зображень полікристалічних плівок ліквору для забезпечення розширення функціональних можливостей діагностики анізотропії біологічних рідин органів трупа людини, а також у підвищенні точності визначення давності настання смерті на основі азимутально-незалежного вимірювання поляризаційних параметрів - азимута поляризації у точках мікроскопічного зображення. Поставлена задача вирішується тим, що у способі азимутально-інваріантного визначення давності настання смерті за поляризаційним картографуванням полікристалічних плівок ліквору трупа людини шляхом оцінки дегенеративних змін, відповідно до корисної моделі, для оцінки таких змін проводять опромінювання полікристалічної плівки ліквору право-циркулярно поляризованим випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, за допомогою прямого і зворотного Фур'є перетворення виділяють дрібно- та великомасштабні мікроскопічні зображення полікристалічної плівки ліквору, які проектують за допомогою мікрооб'єктива крізь аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 0°, 90°, +45° і 45° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини азимута поляризації дрібно- та великомасштабного зображень полікристалічної плівки ліквору, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, виявляють часову динаміку зміни статистичних параметрів, згідно з якою судять про давність настання смерті. Спільними ознаками прототипу та рішення, що заявляється, є використання для визначення давності настання смерті дегенеративних змін. Корисна модель відрізняється від прототипу тим, що використовують опромінювання полікристалічної плівки ліквору право-циркулярно поляризованим випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, за допомогою прямого і зворотного Фур'є перетворення виділяють дрібно- та великомасштабні поляризаційнонеоднорідні мікроскопічні зображення полікристалічної плівки ліквору із наступним часовим моніторингом та статистичною оцінкою їх змін. Спосіб здійснюється наступним чином. Для оцінки давності настання смерті в трупа забирають зразок ліквору. Наносять його на прозоре оптично-однорідне скло. Проводять опромінювання полікристалічної плівки ліквору право-циркулярно поляризованим випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, за допомогою прямого і зворотного Фур'є перетворення виділяють дрібно- та великомасштабні мікроскопічні зображення полікристалічної плівки ліквору, вимірюючи вектор Стокса до- та після опромінення. За оцінкою часового моніторингу змін статистичних моментів 3-го і 4-го порядків, які характеризують розподіли значень азимута поляризації визначають давність настання смерті. 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 Поляризационноинтерференционная диагностика внутренних напряжений// Дефектоскопия. - 1991.б - № 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. S3. = I+45-I-45. (2) S4. = I - I, тут - І0,І90,І+45,І-45 інтенсивності ортогонально лінійно поляризованих компонентів оптичного поля, І,І - інтенсивності право- та ліво циркулярно поляризованих складових в електромагнітному полі. Для право циркулярно поляризованої хвилі вектор Стокса приймає вигляд 2 UA 116076 U S = {1;0;0;1}. (3) Процеси перетворення поляризаційної структури, опромінюючого біологічний шар випромінювання, найбільш повно описуються за допомогою матричного оператора наступного вигляду 1; 5 0;     2   0;  sin 2  cos 2   cos2 ;  0,5 sin 4  sin  2 2 2    Q  0;   2   2   cos 2   cos2 ;  0,5 sin 4  sin ;   sin 2 2 2   sin 2  sin  ; 0; 10 0;  cos 2  sin   0;  sin 2  sin  ; cos 2  sin  ; , (4)   2   2 cos  1; 2   де  - величина фазового зсуву, який виникає під впливом двопроменезаломлення біооб'єкта. Результуючий вектор Стокса лазерного пучка, що пройшов крізь досліджувану полікристалічну плівку ліквору, записується у вигляді S  1; cos 2 * cos 2 *; sin 2 * cos 2 *; sin 2* , (5) де α*,β* - відповідно азимут і еліптичність поляризації лазерного об'єктного випромінювання. Значення азимута поляризації         S3    0,5 arctan    . (6)  S2          *  0,5 arctan 15 20 З метою виділення дрібно- та великомасштабної структури мапи азимута поляризації застосовують оптичну реалізацію прямого і зворотного Фур'є перетворення [Laser Speckle and Related Phenomena / edited by J. С Dainty // Statistical properties of laser speckle patterns / J.W.Goodman. - Berlin: Springer-Verlag, 1975. - P. 9-75]. Таким чином, за виміряними екстремальними значеннями інтенсивності І jk дрібно- та великомасштабного зображення біологічної рідини для кожного окремого пікселя (mn) CCD камери можна однозначно визначити асиметрію Z3 та ексцес Z4, які характеризують розподіли параметри поляризації просторово-частотно відфільтрованого зображення біологічного об'єкту в різних точках, кількість яких визначається числом пікселів цифрової камери Z3  Z4  25 30 35 1 1    3i ; (7) 3 Z 2  i 1 1 1    i4 ; (8) 4 Z 2  i 1 де N - повна кількість пікселів CCD-камери, яка реєструє поляризаційно-неоднорідне мікроскопічне зображення плівок ліквору. Таким чином, за виміряними просторово-частотно відфільтрованими інтенсивностями лазерного випромінювання довжиною хвилі 0,6328 мкм, можна однозначно визначити параметри поляризації дрібно- та великомасштабного мікроскопічного зображення полікристалічної плівки ліквору в різні часові проміжки. Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом: нехай опромінюючий пучок є плоскополяризованим з вектором Стокса вигляду {1,0,0,1}. Як зразок використали полікристалічну плівку ліквору товщиною 20 мкм. Статистичні моменти, що характеризують поляризаційну структуру просторово-частотно відфільтрованих зображень таких зразків відрізняються в 1,8-3,1 рази. Статистичні моменти Асиметрія Ексцес Давність настання смерті Точність Дрібномасштабне зображення Великомасштабне зображення Азимут Азимут 0,98 0,45 1,87 0,69 21 година 19 годин 20 хв. 1,2 год. 3 UA 116076 U 5 10 15 20 Технічний результат забезпечує нова сукупність дій, яка складає запропонований спосіб, що призводить до розширення функціональних можливостей визначення давності настання смерті шляхом часового моніторингу зміни статистичної структури зображень при одночасному високоточному вимірювання параметрів поляризації зображень біооб'єкта. При цьому вперше використано право-циркулярно поляризоване випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, пряме і зворотне Фур'є перетворення для виділення дрібно- та великомасштабних мікроскопічних зображень полікристалічної плівки ліквору та проведення часового статистичного моніторингу змін розподілів значень азимута поляризації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення давності настання смерті за допомогою Фур'є аналізу поляризаційних мап азимута оптично активних сполук полікристалічних плівок ліквору трупа людини шляхом оцінки дегенеративних змін біологічних рідин трупа людини, який відрізняється тим, що для оцінки таких змін проводять опромінювання полікристалічної плівки ліквору право-циркулярно поляризованим випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, за допомогою прямого і зворотного Фур'є перетворення виділяють дрібно- та великомасштабні мікроскопічні зображення полікристалічної плівки ліквору, які проектують за допомогою мікрооб'єктива крізь аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 0°, 90°, +45° і 45° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини азимута поляризації дрібно- та великомасштабного зображень полікристалічної плівки ліквору, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, виявляють часову динаміку зміни статистичних параметрів, згідно з якою судять про давність настання смерті. 25 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 4