Спосіб дослідження біологічної рідини

Реферат: Спосіб дослідження біологічної рідини включає фіксацію на фотоматеріалі структури газорозрядного світіння зразка рідини у високовольтному імпульсному електромагнітному полі. Перетворення отриманого зображення в цифровий код півтонового растрового зображення, визначення розподілу кількості пікселів Мі за Nі піддіапазонами яскравості, нормованої від 0 до 0,8 середнього значення яскравості фону зображення. Для кожного піддіапазону розраховують коефіцієнт співвідношення різниць медіан яскравості Kі=(Мі+1-Мі)/(Мі-1-Мі). На базі застосування комп'ютерної системи здійснюють автоматизовану класифікацію зразка рідини шляхом порівняння отриманого числового ряду з еталонними, які відповідають зразкам рідини з відомими властивостями. UA 120502 U (54) СПОСІБ ДОСЛІДЖЕННЯ БІОЛОГІЧНОЇ РІДИНИ UA 120502 U UA 120502 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, зокрема до судової медицини, екології та біології, і може бути використана для дослідження динаміки фізіологічних та патологічних процесів в організмі людини шляхом аналізу змін параметрів біологічної рідини. Відомо, що біологічні рідини являють собою складні полідисперсні структури з нестійкими зв'язками компонентів, що входять до їх складу. За складом біологічні рідини є структурно упорядкованими розчинами біологічних макромолекул та мають у своєму складі розчинну у воді іонну та нерозчинну частини, при цьому, заряди макромолекул визначають біологічну активність рідини, тобто якість прямо або опосредковано впливає на рух біохімічних та фізіологічних реакцій в організмі (Платэ Н.А., Васильєв А.Е., 1986 г.). Це забезпечує можливість відображення динаміки фізіологічних та патологічних процесів в організмі людини на основі аналізу параметрів біологічної рідини. У сучасних дослідженнях біологічних рідин використовують біохімічні, хімічні, імуноферментні, радіоімунні, оптичні, кристалографічні, електричні та інші способи, які дозволяють оцінювати кількісний вміст речовин в рідинах та біологічну активність окремих компонентів (Роговий Ю.Є. Патофізіологія гепаторенального синдрому на поліуричній стадії сулемової нефропатії / Ю.Є. Роговий, О.В. Злотар, Л.О. Філіпова // Чернівці: Медичний університет, 2012). Недоліками відомих способів є істотна вартість, необхідність працювати з токсичними речовинами, значні часові затрати та недостатній об'єм інформації для аналізу біологічної рідини. Відомий спосіб аналізу біологічної активності біологічних рідин (патент Російської Федерації № 2605294, G01N 33/487, опуб. 20.12.2016 Бюл. № 35), у якому біологічну рідину збуджують шляхом примусового її руху механічним, тепловим, або імпульсно-електричним впливом. Потім реєструють спектральні криві ІЧ-випромінювання і НВЧ-випромінювання рідини і визначають яркісну температуру у НВЧ-діапазоні і яркісну температуру в ІЧ-діапазоні, як кількісні параметри біологічної рідини. Недоліком відомого способу є можливість використання тільки для досліджень сироватки крові. Відомий спосіб визначення кількісного вмісту біоактивних речовин в тканинах і рідинах тіла людини (патент України № 54582, МПК G01N 33/48, опубл.10.11.2010р., Бюл. № 21/2010/), який включає проведення тонкошарового хроматографування, отримання копії проявленої речовини на паперовому носії, при цьому, хроматограму з проявленою речовиною сканують, отримують її цифрове зображення, яке інвертують в монохромний колір, зберігають його монохромну копію на білому фоні з подальшим програмним розрахунком її площі та визначенням кількості речовини. Недоліками відомого способу є недостатній об'єм інформації для аналізу біологічної рідини, внаслідок визначення кількісного вмісту окремої біоактивної речовини. Відомий спосіб аналізу біологічної активності біологічних рідин (патент Російської Федерації № 2137126, G01N 33/487, опубл. 1999 p.), який включає визначення ступеня розсіювання світла (інфрачервоного спектра) в залежності від кількості часток в одиниці об'єму - чим менше часток, тим менший ступінь розсіювання світла. Спосіб забезпечує проведення аналізу властивостей біологічної рідини без її попереднього підсушування. Недоліком відомого способу є недостатня достовірність внаслідок проведення досліджень у вузькому діапазоні частот. Найбільш близьким аналогом по суті та отриманому технічному результату є спосіб оцінки біологічної активності води (патент України № 91003, МПК G01N 21/00, опубл. 25.06.2014, Бюл. № 12/2014), що включає фіксацію на фотоматеріалі структури газорозрядного світіння в імпульсному електромагнітномуполі досліджуваного зразка води, зображення якого перетворюють в цифровий код півтонового растрового зображення, потім визначають розподіл кількості пікселів в залежності від значень їх яскравості, яку нормують в діапазоні від 0 до 1,5 відносно середнього значення яскравості фону фотоматеріалу, при цьому як параметри для визначення біологічної активності води використовують числові ряди значень медіан кількості пікселів Мі та швидкостей їх змін у кожному з Nі піддіапазонів нормованої яскравості, виключаючи піддіапазони, які відповідають фону зображення. Спосіб дозволяє визначати біологічну активність досліджуваного зразка води шляхом порівняння отриманих даних з еталонними, що відповідають відомим значенням біологічної активності. Недоліком відомого способу є обмежена галузь застосування тільки для аналізу води внаслідок низької кореляції визначених параметрів зображення газорозрядного світіння з властивостями біологічних рідин, які мають велику кількість взаємодіючих біологічно активних компонентів. 1 UA 120502 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає в удосконаленні способу дослідження біологічної рідини шляхом використання у якості характеристичних параметрів рідини співвідношення змін медіан кількості пікселів зображення газорозрядного світіння Kі=(Мі+1-Мі)/(Мі-1-Мі), у кожному з Nі піддіапазонів яскравості нормованої від 0 до 0,8 середнього значення яскравості фону зображення. Поставлена задача вирішується тим, що у способі дослідження біологічної рідини, що включає фіксацію на фотоматеріалі структури газорозрядного світіння зразка рідини у високовольтному імпульсному електромагнітному полі, перетворення отриманого зображення в цифровий код півтонового растрового зображення, визначення розподілу кількості пікселів М і за Nі, піддіапазонами яскравості, нормованої від 0 до 0,8 середнього значення яскравості фону зображення, при цьому як параметри для аналізу використовують числові ряди змін медіан Nі у кожному з Nі піддіапазонів, згідно з корисною моделлю, для кожного під діапазону розраховують коефіцієнт співвідношення різниць медіан яскравості Kі=(Мі+1-Мі)/(Мі-1-Мі), потім на базі застосування комп'ютерної системи здійснюють автоматизовану класифікацію зразка рідини шляхом порівняння отриманого числового ряду з еталонними, які відповідають зразкам рідини з відомими властивостями. Кількість піддіапазонів Nі вибирають в залежності від характеру розподілу яскравості газорозрядного світіння еталонних зразків рідини. Запропонований спосіб дозволяє визначати кількісні параметри зображення газорозрядного світіння зразка біологічної рідини у вигляді числових рядів співвідношення змін значень медіан кількості пікселів у суміжних піддіапазонах яскравості зображення, що дозволяє здійснювати автоматизовану класифікацію рідини. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом реалізується таким чином. Відомо, що при впливі імпульсів високовольтного електромагнітного поля на зразок рідини (у тому числі і біологічного походження), у вигляді краплі, розташованої на фотоматеріалі, навколо неї розвивається газорозрядне світіння, зображення якого фіксують на фотоматеріалі (ефект Кірліан). Це обумовлено іонізацією молекул газового повітряного середовища над поверхнею краплі за рахунок електронів та фотонів, імітованих з електронно-збуджених складних молекул рідини (Коротков К.Г. Основы ГРВ биоэлектрографии. - СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2001). Використання при статистичній обробці вибірок зображень рідини усередненої оцінці кількості пікселів, які потрапили у певний піддіапазон яскравості, значення їх медіани зменшує вплив випадкових викидів. Визначення співвідношення змін різниць медіан яскравості зображення газорозрядного світіння у суміжних піддіапазонах Kі як параметра зображення, дозволяє аналізувати динаміку змін інтенсивності газорозрядного світіння в залежності від стану макромолекул рідини на квантовому рівні, що підвищує достовірність досліджень (Шустов М.А., Протасевич Е.Т. Теория и практика газоразрядной фотографии. - Томск: Изд-во Томск, политех. ун-та, 2001. - 252 с.). Використання числових рядів значень Kі дозволяє здійснювати автоматизовану класифікацію зразка рідини, яку досліджують. Суть корисної моделі пояснюють графічні зображення, де наведені: на фіг. 1, 2, 3, 4 розподіл коефіцієнта Kj еталонних зразків біологічної рідини (суспензія сполучної тканини Ахіллова сухожилка) для різних термінів аутолізу тканин: з посмертним періодом 2-3 доби (Т1), 4-6 діб (Т2), 7-9 діб (Т3), 10-20 діб (Т4), відповідно; на фіг. 5 - схема пристрою для отримання зображень газорозрядного світіння зразка біологічної рідини на фотоматеріалі, де 1 - плоский електрод; 2 - фотоматеріал; 3 - крапля досліджуваної рідини; 4 - мірна ємкість; 5 - штирковий електрод; 6 - металева порожниста трубка; 7 - джерело високовольтної імпульсної напруги. Запропонований спосіб здійснюють таким чином. Отримують зображення газорозрядного світіння зразка біологічної рідини за допомогою спеціального пристрою (фіг. 5), який забезпечує вплив імпульсним високовольтним електричним полем у режимі збудження газорозрядного світіння, фіксацію його зображення на рентгенівській плівці, її сканування та перетворювання у цифрове півтонове растрове зображення. За допомогою програмного забезпечення отримують числові значення медіан кількості пик селів у піддіапазонах яскравості, нормованої від 0 до 0,8 яскравості фона зображення. Потім визначають значення коефіцієнта співвідношення змін значень медіан для кожного піддіапазона яскравості Kі=(Мі+1-Мі)/(Мі-1-Мі). При цьому остаточні результати автоматизованої класифікації виводяться у вигляді оцінки мінімального значення евклідової відстані між параметрами досліджуваного зразка та еталонними значеннями. Приклад використання заявленого способу для аналізу зразків суспензії сполучної тканини Ахіллова сухожилку при різних термінах давності аутолізу тканин пояснюють графічні 2 UA 120502 U 5 10 зображення, приведені на фіг. 1, 2, 3, 4) Досліджували чотири групи зразків рідини, отриманої з Ахіллова сухожилку, які розрізнялись між собою за періодом часу смерті, Визначали вміст біохімічних речовин за стандартними методиками. Для кожної групи були отримані вибірки зображень газорозрядного світіння і застосовані статистичні методи обробки експериментальних результатів з метою виключення грубих похибок та викидів. Алгоритм статистичної обробки експериментальних результатів базується на виконанні морфологічного аналізу, який передбачає виділення окремих операцій параметризації цифрових зображень та обробки даних. При проведенні досліджень було встановлено, що заявлений спосіб дозволяє з достовірністю не менш, ніж 85 % класифікувати досліджуваний зразок рідини відносно чотирьох класів зразків, які відрізняються різними термінами давності аутолізу тканин. Таким чином, заявлений спосіб дозволяє здійснювати досліджування зразків біологічних рідин у скринінговому режимі та забезпечує їх автоматизовану класифікацію відносно рідин з відомими властивостями. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 1. Спосіб дослідження біологічної рідини, що включає фіксацію на фотоматеріалі структури газорозрядного світіння зразка рідини у високовольтному імпульсному електромагнітному полі, перетворення отриманого зображення в цифровий код півтонового растрового зображення, визначення розподілу кількості пікселів Мі за Nі піддіапазонами яскравості, нормованої від 0 до 0,8 середнього значення яскравості фону зображення, при цьому, як параметри для аналізу використовують числові ряди змін медіан Мі у кожному з Nі піддіапазонів, який відрізняється тим, що для кожного піддіапазону розраховують коефіцієнт співвідношення різниць медіан яскравості Kі=(Мі+1-Мі)/(Мі-1-Мі), потім на базі застосування комп'ютерної системи здійснюють автоматизовану класифікацію зразка рідини шляхом порівняння отриманого числового ряду з еталонними, які відповідають зразкам рідини з відомими властивостями. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість піддіапазонів Nі вибирають в залежності від характеру розподілу яскравості газорозрядного світіння еталонних зразків рідини. 3 UA 120502 U 4 UA 120502 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 5