СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ОБРАЗА ПРОБЫ ПЛАНКТОНА
METHOD OF OBTAINING THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF PLANKTON SAMPLE

Предлагаемое изобретение относится к области гидробиологических исследований и средств экологического мониторинга и может быть использовано для автоматизированной обработки существующих коллекций фиксированных проб зоопланктона.
В настоящее время накоплено большое количество проб зоопланктона, полученных по стандартным методикам (1). Биологические объекты, находящиеся в водной пробе, содержат в своем теле большое количество жидкости, по свойствам близкой к воде, что обуславливает их низкую рентгеноконтрастность. После фиксации пробы жидкость внутри биологических объектов заменяется фиксирующим раствором и объекты в пробе остаются рентгенонеконтрастными, что не позволяет получить качественное трехмерное изображение объектов пробы.
Известны способы лабораторной обработки фиксированных проб зоопланктона, содержащих множество объектов зоопланктона, включающие получение изображения проб в видимом участке спектра и дальнейшую обработку этого изображения, в том числе выделение и идентификация отдельных объектов пробы, количественный и качественный анализ пробы (SIPPER - Shadowed Image Particle Profiling and Evaluation Recorder (2, 3),
Известные способы имеют недостатки, которые заключаются в том, что для проведения автоматизированной обработки проба планктона должна быть разведена в большом объеме воды с последующим помещением ее в тонкий плоский слой или капилляр или разведенная проба должна быть пропущена через цилиндрическую камеру небольшого диаметра. В результате происходит механическое воздействие на объекты пробы, которое может приводить к их частичному разрушению. При малом разведении пробы существует высокая вероятность наложения объектов пробы друг на друга, что в последующем существенно затрудняет или делает невозможным их идентификацию. Выполняется оптическое сканирование или фотографирование ограниченного объема пробы. Известные способы имеют ограниченный размерный диапазон объектов, в котором проводится качественный анализ. Этот размерный диапазон различен в разных способах, например: для SIPPER - 0,2-30 мм, для ОРС - 0,25-2,5 мм, Flow CAM - 0,01-1 мм, ZooScan - 0,2-40 мм. При этом, размеры биологических объектов могут превышать глубину резкости используемых объективов. При использовании известных способов формируются двухмерные изображения пробы с содержащимися в ней биологическими объектами, в которых информация во многих случаях недостаточна для достоверной идентификации биологических объектов. В этих случаях успешность идентификации объекта зависит от ракурса, с которого происходит сканирование или фотографирование объектов и получение двумерного изображения, а определять нужный ракурс в существующих способах невозможно.
Известны способы получения трехмерного изображения индивидуальных объектов зоопланктона методом томографии(4-6).
Известные способы имеют недостаток, который заключаются в том, что для получения трехмерного изображения объекта, его необходимо предварительно отделить от остальных объектов пробы и затем исследовать индивидуально.
Наиболее близким к предлагаемому способу автоматизированной обработки фиксированных проб зоопланктона является способ обработки проб с использованием рентгеновской микрокомпьютерной томографии (6). Этот способ позволяет получать трехмерные изображения нескольких биологических объектов вместе, но только когда эти объекты находятся в рентгеноплотной твердой среде, в частности, этот способ используется для исследования биологических объектов в донных осадках.
Предлагаемый способ позволяет применить трехмерную рентгеновскую микрокомпьютерную томографию для пробы зоопланктона, содержащей в том числе рентгенонеконтрастные объекты.
Целью настоящего предлагаемого изобретения является получение трехмерного образа проб зоопланктона, собранных стандартными методами, с высокой детализацией объектов. (Полученные предлагаемым способом трехмерные образы проб в дальнейшем позволят проводить четкую идентификацию объектов пробы.) Поставленная цель достигается тем, что в известном способе рентгеновской микрокомпьютерной томографии процессу сканирования одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость. В варианте способа производится полная замена фиксирующего раствора в пробе на рентгеноконтрастную жидкость.
Возможность практической реализации
Для осуществления изобретения необходимо добавить в пробу рентгеноконтрастную жидкость для получения необходимой степени контрастности объектов (или заменить ею фиксирующий раствор) с сохранением биологических объектов в пробе. С подготовленной пробой проводят процедуру стандартной рентгеновской микрокомпьютерной томографии. В результате этой процедуры получается трехмерный цифровой образ совокупности объектов, содержащихся в пробе, представленных в виде трехмерных изображений высокого разрешения внешних контуров объектов, где каждый объект представлен в виде трехмерной фигуры, на которой видны все характерные особенности поверхности конкретного объекта, необходимые для последующего автоматизированного анализа биологических характеристик пробы (достоверной идентификации и биометрии объектов, качественного и количественного анализа). Полученный 3D цифровой образ позволяет осуществлять распознавание объектов и измерение геометрических размеров.
Компьютерный анализ трехмерного цифрового образа пробы и получение биологических характеристик пробы (достоверная идентификация и биометрия объектов, качественный и количественный анализ) значительно сокращает объем рутинных работ, повышает качество получаемой информации о биологических объектах, ускоряет обработку проб. Автоматизированный анализ не требует выполнения работ высококвалифицированным экспертом. Эксперт привлекается только для распознавания образов, не поддающихся классификации системой.
Применение способа позволит получить трехмерный образ пробы зоопланктона, который обеспечивает проведение количественного и качественного анализа пробы по ее цифровому образу, не обращаясь к первичной биологической пробе. Цифровой образ не подвержен деградации. Возможно создание резервных копий пробы, что исключает их потери.
Источники информации
1. Богоров В.Г. Стандартизация морских планктонных исследований // Труды Института океанологии, 1957. Т.24. С.200-214.
2. Samson S., Hopkins T., Remsen A., Langebrake L., Sutton T., Patten J. A system for high-resolution zooplankton imaging // IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2001. Vol.26. P.671-676.
3. Патент US 2004/0109586 A1
4. Патент US 7082182 B2.
5. Mazik K., Curtis N., Fagan M.J., Taft S., Elliott M. Accurate quantification of the influence ofbenthic macro- and meio-fauna on the geometric properties of estuarine muds by micro computer tomography // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2008. Vol.354. P.192-201.
6. Dinley J., Hawkins L., Paterson G., Ball A.D., Sinclair I., Sinnett-Jones P., Lanham S. Micro-computed X-ray tomography: a new non-destructive method of assessing sectional, fly-through and 3D imaging of a soft-bodied marine worm // Journal of Microscopy, 2010. Vol.238. P.123-133.