КОМПЛЕКС КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СОСУДИСТО-ТКАННОГО МАТРИКСА

Полезная модель относится к области медицины, а именно к технологии и оборудованию, используемым для получения и анализа изображений медико-биологического назначения, в частности, при проведении гистологических исследований срезов биологических тканей.
В настоящее время для анализа состояния сосудистой ткани используют метод определения численной плотности и объема клеток в ткани. Данный анализ может проводиться путем визуального изучения полученных с помощью микроскопии изображений гистологических срезов ткани, либо путем обработки таких изображений в автоматизированной системе (Пантелеев В.Г., Егорова О.В., Клыкова Е.И. Компьютерная микроскопия. Москва: Техносфера, 2005. - 304 с.).
Наиболее близким по технической сущности является способ определения численной плотности и объема элементов микроскопических структур в тканях (RU 2013765, 1994). Его особенностью является проведение стереоморфометрического исследования тканей на гистологических срезах с помощью накладных или окулярных сеток и телевизионных анализаторов изображения. Недостатком такого способа является отсутствие возможности сохранения полученных изображений без применения дополнительных технических средств, а также необходимость расчета оператором численной плотности изучаемых структур в тканях и их объема по специальным формулам.
Технической задачей, решаемой авторами, являлось создание технологической схемы обеспечивающей контроль качества сосудисто-тканного матрикса за счет включения в нее оборудования для анализа изображений, позволяющего осуществлять контроль за целостностью и однородностью биологического материала.
Технический результат достигается включением в технологическую схему блока микроскопии и блока анализа данных, связанных между собой каналами передачи информации.
Блок микроскопии содержит световой и электронный микроскопы, имеющие выходы для передачи наблюдаемого изображения в цифровом или аналоговом виде.
Блок анализа данных создается на основе ЭВМ, комплектуемой программным средством предварительной обработки и анализа изображения, позволяющим осуществлять приведение изображения к заданному цветовому диапазону, дифференциацию фрагментов изображения на основе их контрастности, оконтуривание и дифференцированный подсчет таких фрагментов, вывод результатов анализа пользователю. Также в состав программного средства входит база данных, предназначенная для сохранения изображений и полученных в результате их анализа сведений.
Общая схема технологического комплекса приведена на фиг.1; на фиг.2 - изображение исходной сосудистой ткани, полученное с помощью микроскопа; на фиг.3 - изображение исходной сосудистой ткани на экране монитора ЭВМ до программной обработки; на фиг.4 - результат цифровой обработки изображения путем дифференцирования и подсчета фрагментов клеток сосудисто-тканного матрикса.
На фиг.1 использованы следующие обозначения:
1 - блок микроскопии (БМС);
2 - компьютерный терминал (КТ), в программное обеспечение которого входит блок приема и первичной обработки информации (БППОИ) 3, блок обработки данных (БОД) 4, база данных (БД) 5, блок вывода данных пользователю (БВДП) 6;
3 - блок приема и первичной обработки информации (БППОИ);
4 - блок обработки данных (БОД);
5 - база данных (БД);
6 - блок вывода данных пользователю (БВДП).
В БМС (1) входит световой и электронный микроскопы, имеющие выходы для передачи наблюдаемого изображения в цифровом или аналоговом виде.
КТ (2) представляет собой стандартную ЭВМ пятого поколения, содержащую программное обеспечение обработки полученной от БМС (1) информации.
БППОИ (3) представляет собой стандартные интерфейсы связи и программный модуль, позволяющие осуществлять прием данных от БМС (1).
БОД (4) является программным модулем обработки изображений, предназначенным для выполнения над ними следующих операций:
- Сохранение (загрузка) изображений в (из) буфер обмена или графический файл формата «gif», «jpg», «bmp»;
- Инвертирование цветов;
- Приведение изображения к монохромному виду на основе заданного порога отсечения пикселей по контрастности, либо градациям серого;
- Сохранение монохромного изображения в виде битовой карты в текстовом виде;
- Масштабирование как изображения целиком, так и отдельных его фрагментов;
- Ассоциирование типов графических файлов с приложением;
- Фильтрация изображения от помех;
- Подсчет количество фрагментов на изображении;
- Оконтуривание фрагментов и определение их формы;
- Градиентная заливка изображения;
- Выделение объектов в определенном цветовом диапазоне;
- Выдача результатов анализа, сохранение их в базе данных и передача полученной информации о состоянии сосудистой ткани в БД (5) и БВДП (6).
БД (5) - программное средство для приема, хранения и выдачи полученной из блока обработки данных (4) информации.
БВДП (6) представляет собой программный модуль, осуществляющий вывод информации, поступающей с БОД (4), на монитор, а также передачу поступающих от пользователя команд в БОД (4).
Комплекс функционирует следующим образом:
С использованием микроскопии в БМС 1 получают исходные изображения сосудисто-тканного матрикса для дальнейшего их анализа. В результате применения светового микроскопа получают изображения, предназначенные для оценки состояния (целостности) стенок сосудов, анализа вида клеточных компонент и межклеточного вещества. Электронный микроскоп используют для
получения изображений, предназначенных для анализа клеточной структуры и структуры волокон. Пример такого изображения приведен на фиг.2.
Полученные изображения через УППОИ (3) поступают в БОД (4), где производится их анализ. В частности, для определения степени децеллюляризации осуществляется подсчет количества клеток на изображениях сосудистой ткани, полученных путем исследований фрагментов стенок сосудов на светооптическом и электронно-микроскопическом уровнях. На фиг.3 приведен пример изображения, полученного от БМС (1), в окне программного средства.
Методика исследования полученных изображений фрагментов сосудов предполагает выполнение обработки изображения (удаление шумов и т.п.) и определение количественных и качественных показателей состояния сосудистой ткани для конкретного образца.
Возможность выполнения программным средством предписываемой ему в составе компьютерного терминала функции подтверждается научными и практическими разработками в данной области - «Способ распознавания и подсчета клеток в биологических средах человека и животных и устройство для его осуществления» (RU 2004138605, 2006). Отличием заявляемого комплекса является использование математических алгоритмов обработки изображений, а не обучаемой нейронной сети.
На первом этапе для обработки исходных изображений осуществляют предварительную обработку с использованием алгоритмов фильтрования и цифрового преобразования изображений. На втором этапе происходит определение количественных характеристик обнаруженных объектов на изображении при различном увеличении - подсчет количества клеток, определение их форм и размеров. На фиг.4 приведен пример изображения, полученного от БМС (1), после проведения необходимых преобразований и анализа, в окне программного средства.
Накопленная информация о состоянии сосудисто-тканного матрикса сохраняется в БД (5), а также передается в БВДП (6) оператору, который принимает окончательное решение о состоянии исследуемого медицинского образца.