Спосіб визначення давності настання смерті за статистичним аналізом комплексного ступеня взаємної поляризації мікроскопічних зображень полікристалічної плівки ліквору

Реферат: Спосіб визначення давності настання смерті за статистичним аналізом комплексного ступеня взаємної поляризації мікроскопічних зображень полікристалічної плівки ліквору включає визначення дегенеративних змін біологічних рідин трупа людини. Для визначення дегенеративних змін полікристалічної плівки ліквору використовують когерентне право циркулярно поляризоване випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, формують її зображення в площині цифрової світлочутливої камери, вимірюють у кожній точці значення азимутів і еліптичності поляризації, визначають координатні розподіли ступеня взаємної поляризації лазерного зображення полікристалічної плівки ліквору, обчислюють статистичні моменти 1-4 порядків, за часовою динамікою зміни яких судять про давність настання смерті. UA 117189 U (12) UA 117189 U UA 117189 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 основані 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 відносять реакцію 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 відносять 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 1520-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 експертизы в медицине. № 16-4. - Т.4-2004. - С. 25) проводилися дослідження зміни рівня середньомолекулярних 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 поляризаційної корелометри, що досліджують координатний розподіл станів поляризації лазерного випромінювання, розсіяного біологічними тканинами. 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.], оснований на аналізі автокореляційної картини розподілу азимутів поляризації в лазерному зображенні гістологічних зрізів сполучної і м'язової тканини. Недоліком способу є відсутність діагностичних параметрів, які ефективні для діагностики структури біологічних тканин. Відомий також спосіб визначення оптико-геометричної структури біологічних тканин шляхом оцінки півширини автокореляційних функцій поляризаційних зображень біологічних тканин [(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, No.6. - P.064025.)]. У способі за допомогою поляризатора візуалізують зображення архітектоніки біологічної тканини і вимірюють автокореляційну функцію такого лазерного зображення, за якою визначають оптико-геометричну структуру архітектонічної сітки сполучної і м'язової біологічних тканин. Основним недоліком способу-аналога, є відсутність даних про причини зміни оптичних властивостей біологічних тканин трупа людини, а також використання обмеженої кількості тканин різних типів. Прототипом корисної моделі є спосіб визначення давності 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 дегенеративнодистрофічні зміни оцінюються шляхом виявлення ранніх та пізніх трупних змін (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. 1 UA 117189 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Недоліками прототипу є те, що визначення давності настання смерті є відносним та суб'єктивним, залежить від кваліфікації експерта, має великий інтервал коливання результатів. Нами пропонується рішення, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлене задача удосконалити спосіб визначення давності настання смерті шляхом вимірювання часових змін координатного розподілу ступеня взаємної поляризації лазерних зображень полікристалічних плівок ліквору для забезпечення розширення функціональних можливостей діагностики давності настання смерті, а також у підвищенні точності такої діагностики на основі вимірювання сукупності статистичних моментів 3-4 порядків, які характеризують координатні розподіли ступеня взаємної поляризації лазерних зображень полікристалічних плівок ліквору. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення давності настання смерті шляхом визначення дегенеративних змін полікристалічної плівки ліквору, згідно з корисною моделлю, для визначення дегенеративних змін полікристалічної плівки ліквору використовують когерентне право циркулярно поляризоване випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, формують зображення полікристалічних плівок ліквору в площині цифрової світлочутливої камери, вимірюють у кожній точці значення азимутів і еліптичності поляризації, визначають координатні розподіли ступеня взаємної поляризації лазерного зображення полікристалічної плівки ліквору, обчислюють статистичні моменти 1-4 порядків, за часовою динамікою зміни яких судять про давність настання смерті. Спільними ознаками прототипу та рішення, що заявляється, є використання для визначення давності настання смерті дегенеративних змін біологічної рідини. Корисна модель відрізняється від прототипу тим, що використовують когерентне право циркулярно поляризоване лазерне випромінювання, визначають координатні розподіли ступеня взаємної поляризації та здійснюють моніторинг часових змін статистичних моментів 1-4 порядків, які характеризують координатні розподіли ступеня взаємної поляризації лазерних зображень полікристалічної плівки ліквору. Спосіб здійснюється наступним чином. Для оцінки давності настання смерті в трупа забирають зразок ліквору. За допомогою пристрою проводять лазерне опромінення дослідного зразка, використовуючи право циркулярно поляризований пучок. Вимірюють значення азимутів і еліптичності поляризації у точках лазерного зображення полікристалічної плівки ліквору, визначають координатні розподіли ступеня взаємної поляризації, обчислюють статистичні моменти 1-4 порядків, які характеризують координатні розподіли ступеня взаємної поляризації лазерних зображень полікристалічної плівки ліквору, здійснюють моніторинг часових змін статистичних моментів 3-4 порядків, на підставі чого визначають давність настання смерті. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. Одним з найвідоміших та ефективних підходів в аналізі (оцінюванні) координатної структури розподілів z( x, y) є їх автокореляційне порівняння [Coherence-domain methods in biomedical optics /Ed. V.V.Tuchin. Bellingham, SPIE, 1996. Vol. 2732.] з використанням наступної функції K(x, y) 1 x 0 X0 Y0 K(x, y)  lim y 0 45 xy   [z( x, y)][z( x  x, y  y)]dxdy . (1) 00 Тут ( x, y ) "кроки" з якими змінюються координати ( x, y) розподілу оптичного параметра z( x, y) зображення полікристалічної плівки ліквору трупа людини. Визначення ступеня взаємної поляризації базується на наступних етапах дослідження. 1. Використовуючи CCD камеру вимірюється координатний розподіл інтенсивності  r11,...r1m    зображення полікристалічної плівки ліквору I ..........  , де  r ,...r   n1 nm   r11,...r1m     ..........  - координати сукупності m  n пікселів цифрової камери.  r ,...r   n1 nm  2 UA 117189 U 2. Далі встановлюють аналізатор, площину пропускання якого послідовно орієнтують під  r11,...r1m   r ,...r   (90)  11 1m  ,  та вимірюють множини інтенсивності (0 )  кутами   0   90 I  ..........  ; I  ..........   r ,...r   r ,...r   n1 nm   n1 nm  3. Обертанням площини пропускання аналізатора на кут  в межах   0  180  5 10  r11,...r1m   r11,...r1m      визначають множини мінімальної та максимальної інтенсивності Imin  ..........  , Imax  ..........   r ,...r   r ,...r   n1 nm   n1 nm  лазерного зображення для кожного окремого пікселя (m, n) CCD-камери та відповідні їм кути   r11,...r1m    r11,...r1m       повороту  ..........   I ..........   Imin  .   r ,...r    r ,...r   n1 nm    n1 nm   4. Далі розраховується поляризаційна мапа зображення полікристалічної плівки ліквору, використовуючи наступні співвідношення:  r11,...r1m      ..........   (I(r )  Imin )  ; 2  r ,...r   n1 nm   r11,...r1m    I(r )min . (2)  ..........   arctg I(r )max  r ,...r   n1 nm  5. Розраховуються координатні розподіли фазових зсувів  r11,...r1m     ..........   r ,...r   n1 nm   tg2(r1)  (r1)  arctg ;  tg(r1)  15  tg2(r2 )  (r2 )  arctg  . (3)  tg(r2 )  6. На основі співвідношень (2) - (3) розраховують координатні розподіли комплексного  r11,...r1m    ступеня взаємної поляризації V  ..........  .  r ,...r   n1 nm  2 1 1   (0 ) (0) (90 ) 2  (I(90 ) (r 2 (rn,m ))  n,m  k )I  (I (rn,m  k )I (rn,m ))     V I(rn,m  k )I(rn,m ) (0 )  4(I (90 ) (rn,m  k )I (0 ) (rn,m  k )I (90 ) (rn,m )I (rn,m 1 2 )) .(4) cos(n,m  k (rn,m  k )  n,m (rn,m )) I(rn,m  k )I(rn,m ) 7. Обчислюються статистичні моменти першого Z1 , другого Z 2 , третього Z3 і четвертого Z 4 порядків, які обчислювалися за алгоритмами 20 Z3  1 1 N 3 1 1 3 3 z  ( z  z 3  ...  zN ) ; (5) 2 3 N i 3 N 1 Z 2 i 1 Z2 Z4  1 1 N 4 1 1 4 4 4 z  ( z1  z 2  ...  zN ) . (6) 2 N i Z 2 i 1 Z2 N 2 3 UA 117189 U 5 10  r11,...r1m    За виміряними статистичними моментами розподілів V  ..........  лазерного зображення  r ,...r   n1 nm  довжиною хвилі 0,6328 мкм, можна однозначно визначити давність настання смерті шляхом моніторингу часової зміни величини статистичних моментів третього Z3 і четвертого Z 4 порядків. Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом: нехай опромінюючий пучок є правоциркулярно поляризованим. Як зразки використали полікристалічні плівки ліквору товщиною 25 мкм. У таблиці 1 наведені часові інтервали встановлення давності настання смерті шляхом вимірювання асиметрії та ексцесу розподілів ступеня взаємної поляризації лазерних зображень полікристалічних плівок ліквору. Таблиця 1 Діапазони і точність статистичного поляризаційно-кореляційного визначення давності настання смерті за зображеннями полікристалічних плівок ліквору Статистичні моменти Z3 (Т) = const Z4 (Т) = const 15 20 Діапазон визначення давності 1 год.-32 год. 1 год.-34 год. Точність визначення давності 40 хвилин 30 хвилин Технічний результат забезпечує нова сукупність дій, яка складає запропонований спосіб, що приводить до розширення функціональних можливостей визначення давності настання смерті шляхом моніторингу часових змін поляризаційно-кореляційної структури лазерних зображень полікристалічних плівок ліквору при одночасному високоточному вимірювання параметрів поляризації зображень біологічного об'єкта. При цьому вперше використано проведення моніторингу часових змін статистичних моментів 1-4 порядків, які характеризують розподіли комплексного ступеня взаємної поляризації лазерних зображень полікристалічних плівок ліквору. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб визначення давності настання смерті за статистичним аналізом комплексного ступеня взаємної поляризації мікроскопічних зображень полікристалічної плівки ліквору, що включає визначення дегенеративних змін біологічних рідин трупа людини, який відрізняється тим, що для визначення дегенеративних змін полікристалічної плівки ліквору використовують когерентне право циркулярно поляризоване випромінювання з довжиною хвилі 0,6328 мкм, формують її зображення в площині цифрової світлочутливої камери, вимірюють у кожній точці значення азимутів і еліптичності поляризації, визначають координатні розподіли ступеня взаємної поляризації лазерного зображення полікристалічної плівки ліквору, обчислюють статистичні моменти 1-4 порядків, за часовою динамікою зміни яких судять про давність настання смерті. 35 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4