СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОЙ ПРИЖИЗНЕННОЙ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЫБ
METHOD OF NON-INVASIVE LIFETIME ESTIMATION OF PHYSIOLOGICAL STATE OF FISH

Изобретение относится к вопросам биологического мониторинга состояния окружающей среды, рыбоводства, а также популяционной ихтиологии, а именно к исследованиям с помощью оптических средств, в частности к области измерения цвета поверхности объектов, и может найти применение в различных областях, где требуется объективное определение цвета поверхности биологических объектов, в том числе в биологическом мониторинге состояния окружающей среды, рыборазведении и аквариумистике (при определении состояния организма взрослых особей), при проведении контроля качества пищевых продуктов и т.д.
Известен способ оценки рыбоводного качества икры самок осетровых рыб, описанный в заявке №2008152495 по кл. A01K 61/00, заявке 29.12.08, опубл. 10.07.10.
Известный способ оценки рыбоводного качества икры самок осетровых рыб производится по содержанию каротиноидов в тканях и отличается тем, что определяют удельное содержание каротиноидов в гонадах зрелых самок и при их значениях в пределах 44,6-58,6 мкг/г сырой ткани икру оценивают как пригодную для рыбоводных целей.
Однако, поскольку заявка не стала патентом, то суть осуществления способа, его достоинства и недостатки оценить трудно.
Известен способ измерения цвета (см. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. - М.: Мир. - 1978. - С. 249-251) на фотоэлектрических колориметрах путем определения координат цвета исследуемого образца по функциям сложения МКО 1931 г.
Данный способ включает в себя тонкую регулировку трех фотоэлементов или фотоумножителей так, чтобы их чувствительность была пропорциональна по всему видимому спектру, например, функциям сложения МКО 1931 г. При этом если получено точное воспроизведение функций сложения МКО, то реакция фотоумножителей при измерении цвета исследуемого образца должна соответствовать реакции образца сравнения, в таком случае делают заключение об одноцветности исследуемого образца и образца сравнения относительно стандартного наблюдателя.
Недостаток известного способа заключается в его сложности из-за применения фотоколориметров, необходимости их тонкой регулировки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ определения количества каротиноидов в мышцах лососевых рыб с помощью фотографического метода, представленный в статье авторов Yavuz Yagiz, Hordur G. Kristinsson, Murat O. Balaban, Brace A. Welt, Sivakumar Raghavan, Maurice R. Marshal «Correlation between astaxanthin amount and a* value in fresh Atlanticsalmon (Salmo salar) muscle during different irradiation doses» // Food Chemistry 120 (2010) 121-127 (см. приложения к заявке - Приложение 1 - оригинальный текст, Приложение 2 - перевод методической части на русский язык) и выбранный в качестве прототипа.
Известный способ включает в себя фотографирование с помощью цифровой камеры образца мышц, помещенных в световой короб, в условиях стандартного освещения лампами дневного света D65 и определение цветовых координат в пространстве L*a*b.
Недостаток известного способа заключается в следующем. Для определения состояния рыб требуется отделить мышцу рыбы (т.е. способ является инвазивным) и исследовать ее, что естественно, влечет за собой гибель животного. Кроме того, при измерении требуется размещение исследуемого образца в устройстве для измерения цвета, что усложняет методику исследования.
Задачей является исследование состояния рыбы без нанесения ущерба ее жизни и здоровью при упрощении использования способа в полевых условиях.
Поставленная задача решается тем, что в способе неинвазивной прижизненной оценки физиологического состояния рыб, заключающемся в исследовании одного из функциональных элементов организма рыбы путем фотографирования в условиях стандартного по цветовой температуре света освещении получения цветного изображения этого элемента, преобразования изображения и определения цветовых координат в выбранной цветовой модели пространства L*a*b, согласно изобретению, в качестве исследуемого функционального элемента организма рыбы используют ее плавник, фотографирование которого производят в условиях стандартного по цветовой температуре света освещении, преобразуют полученное изображение, применяя цветовой профиль, сгенерированный для данных условий освещения с помощью цветовой шкалы X-rite Color Cheker Passport, затем сохраняют его в формате TIFF 16 бит на канал, в пространстве L*a*b производят измерение цветовых координат усредненно по всей поверхности плавника, затем сравнивают координаты канала *а со значением показателя для здоровых рыб, при этом значения, превышающие показатели нормы, указывают на болезненное состояние исследуемого животного, перенесение им стресса.
Использование в качестве исследуемого функционального элемента организма плавника рыб дает возможность проводить исследование их состояния неинвазивно, сохраняя животным жизнь и здоровье без необходимости размещения исследуемого образца в устройстве для измерения цвета, что упрощает методику исследования.
Технический результат - возможность неинвазивного мониторинга состояния рыб с упрощением методики исследования.
Заявляемый способ обладает новизной, отличаясь от прототипа такими существенными признаками как использование в качестве исследуемого функционального элемента - плавника рыб, фотографирование плавника в условиях стандартизованного с помощью вспышки освещения, преобразование полученного изображения с применением цветового профиля, сгенерированного для данных условий освещения с помощью цветовой шкалы X-rite ColorCheker Passport, сохранение его в формате TIFF 16 бит на канал, выполнение измерения цветовых координат, усредненных по всей поверхности плавника в пространстве L*a*b, сравнение их с нормой, определенной для данного вида рыб, и оценка состояния рыбы, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ неинвазивной прижизненной оценки физиологического состояния рыб может найти широкое применение в биологическом мониторинге состояния окружающей среды, рыборазведении и аквариумистике (при оценке состояния организма взрослых особей), при проведении контроля качества пищевых продуктов и т.д., а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемый способ неинвазивной прижизненной оценки физиологического состояния рыб основан на определении цвета кожных покровов, а именно плавников рыб, поскольку было установлено, что цвет плавников рыб находится в достоверной зависимости от неблагоприятного влияния экологических факторов (например, ионизирующего излучения), инфицирования экзопаразитами.
Заявляемый способ неинвазивной прижизненной оценки физиологического состояния рыб заключается в следующем.
Исследуют один из функциональных элементов организма рыбы путем фотографирования его при освещении, получения цветного изображения этого органа и определения цветовых координат в выбранной цветовой модели пространства L*a*b. При этом в качестве исследуемого органа рыбы используют ее брюшной плавник, фотографирование которого производят в условиях стандартного по цветовой температуре света освещении. Затем преобразуют полученное изображение, применяя цветовой профиль, сгенерированный для данных условий освещения с помощью цветовой шкалы X-rite ColorCheker Passport. Преобразованное изображение сохраняют в формате TIFF 16 бит на канал. В пространстве L*a*b производят измерение цветовых координат усредненно по всей поверхности плавника. Далее полученные значения в канале *а сравнивают со значениями нормы, определенными для данного вида рыбы. Значения, превышающие показатели нормы, указывают на патологическое состояние исследуемого животного.
Способ обеспечивает оценку физиологического состояния рыбы без инвазивного вмешательства и размещения исследуемого образца в устройстве для измерения цвета.
Практически неинвазивная прижизненная оценка физиологического состояния рыб с измерением цвета поверхности плавника рыбы осуществляется с помощью заявляемого способа следующим образом.
1. Рыба фиксируется на поверхности с нейтральным цветом (белая бумага, ткань и т.д.) с помощью булавок или иным способом. Исследуемый плавник должен быть полностью отогнут от тела рыбы.
2. С помощью цифрового фотоаппарата получают цветное изображение в формате ARW (может иметь иную маркировку у других производителей, подходит любой 14 или 16-битный формат - NEF, TIFF, DNG и другие). Поверхность плавника, на которой будет происходить измерение, должна быть равномерно проэкспонирована.
3. К полученному изображению применяют цветовой профиль, сгенерированный для данных условий освещения (фотографическая вспышка, D55) с помощью цветовой шкалы X-rite Color Cheker Passport. Затем сохраняют в формате TIFF 16 бит на канал.
4. Далее производят непосредственно определение цветовых координат образца с помощью пакета программного обеспечения Adobe Photoshop: плавник необходимо выделить целиком, с помощью любого из инструментов раздела «выделение», затем с помощью фильтра Average усредняют цвет по всей поверхности плавника и с помощью инструмента Color sample производят замер цветовой координаты *а в пространстве L*a*b.
5. Полученные значения в канале *а сравнивают со значениями нормы (97,5% квантиль для выборки здоровых рыб из водоема контроля), определенными для данного вида рыбы, сезона, местности. Значения, превышающие показатели нормы, указывают на болезненное состояние исследуемого животного, перенесение им стресса.
Пример 1
2
В результате проведенных исследований на рыбах из радиоактивно-загрязненного водотока р. Теча и водотока сравнения - р. Миасс, обнаружено, что цвет брюшных плавников рыб, выловленных в р. Теча (среднее значение 28.6+1.5) достоверно более насыщенный в канале *а (Х=13.8, df=1, р=0.0002), чем цвет плавников рыб с контрольной территории (среднее значение 18.3+1,5). При анализе цвета плавников рыб с обеих станций вместе значения канала *а брюшных плавников рыб, зараженных эндопаразитами - трипаносомами (среднее значение 22,2+1,3), достоверно выше (Х2=18.1, df=1, р=0,000021), чем значения полученные у здоровых рыб (среднее значение 14,2+1).
Было определено верхнее значение нормы насыщенности цвета брюшных плавников в канале *а для окуней, выловленных на контрольной территории и не зараженных эндопаразитами, которое равно 25. Таким образом, окуни, имеющие более высокие значения насыщенности цвета брюшного плавника, находятся в патологическом состоянии или состоянии выраженного стресса.
Для определения физиологического/патологического состояния рыб иных видов, необходимо определить границы нормы, проанализировав значения цвета плавников рыб с контрольной территории. Определить в качестве критерия физиологической нормы границу 97,5% квартиля. Значения показателя больше этого могут быть интерпретированы как проявления патологического состояния у рыб или состояния выраженного стресса.
В сравнении с прототипом заявляемый способ позволяет исследовать состояние рыбы без нанесения ущерба ее жизни и здоровью при упрощении использования способа в полевых условиях.