Диссертация (1144795), страница 38
Текст из файла (страница 38)
При высыхании капель белково-солевых МЖ остаток рассекается на ячейки систе-230мой трещин, первоначально ориентированных в радиальном и тангенциальном направлениях. На последней стадии сформировавшиеся ячейки фации заполняются локальными кольцевыми трещинами.Вследствие ограничения подвижности растворителя при высыханиисложных коллоидных растворов минеральные соли, вытесняемые в центркапли, не могут сформировать кристалл и образуют характерные дендритные структуры, располагающиеся в направлении роста главных трещин.Геометрия структурных элементов определяется действием нескольких факторов. Исходная форма капли задает осесимметричные структурные элементы, характерный масштаб которых имеет порядок размера капли. Число таких элементов зависит от состава среды и текущего времени.В интересах решения задач диагностики и идентификации слабо различимых признаков патологического состояния исследована возможностькомпьютерного обнаружения, путем вэйвлентного анализа, отличительныхособенностей в образцах растворов МЖ.
Кроме того, полученные результаты указывают на необходимость строгого соблюдения стандартныхусловий выполнения метода клиновидной дегидратации при диагностикепатофизиологического состояния пациента.231Глава 5. Компьютерная идентификация отличительныхпризнаков и маркеров в текстуре фаций биологическихжидкостейИзвестно, что нарушение метаболизма, как основы патогенеза различных заболеваний, приводит к изменению химического состава и физикохимических свойств БЖ.
Сложные динамические процессы, протекающие вБЖ, отражаются в морфологических особенностях структур, образующихсяпри её переходе в твёрдую фазу. В настоящее время разработаны и используются в клинической практике оригинальные методы диагностики на основеструктурного анализа БЖ. Структуры твёрдой фазы БЖ формируются молекулами и микроагрегатами органических и минеральных веществ, растворённых в БЖ.
Специфические особенности структур определяются физикохимическими свойствами, количественным и качественным составом молекул данных веществ, их способностью устанавливать внутримолекулярные имежмолекулярные химические связи. В результате структура БЖ несёт интегральную информацию о состоянии метаболических процессов организма вцелом.При малейших нарушениях структуры белков, вызванных внутренними(в т.ч.
патологическими), или внешними воздействиями), при дегидратацииони начинают формировать специфические по структуре агрегаты, при этомизменяется их регулярное расположение в фации и появляются аномальныеформы. Таким образом, нарушения структуры белков на молекулярномуровне вызывают соответствующие изменения структур агрегации на макроуровне.
Если в норме всего до 2% белков имеют нарушения в структуре (третичной или четвертичной), то при патологии подобные нарушения могутвозникать у 50% и более молекул белков всех тканей организма.В настоящее время изучение структур фаций БЖ ведется по субъективным алгоритмам и классификациям. Такой подход эффективен в случае ярковыраженных отличий нормы от патологии. В то же время виды фаций БЖ,232взятых на этапах развития или свёртывания патологического процесса, атакже при полиморбизме (одновременном течении ряда заболеваний) частовызывают трудности в интерпретации диагностической информации, полученной при анализе структуры фации.В области цифровой обработки изображений используется математическая морфология.
Математическая морфология предназначена для исследования структуры некоторых множеств однотипных объектов. Любое изображение в компьютерной графике обычно представляется в виде набора пикселов, поэтому операции математической морфологии могут быть применены и к изображению - для исследования некоторых свойств его формы иструктуры, а также для его обработки.Современные технические и программные средства, ориентированныена автоматизированный анализ существующих и апробированных методикдиагностики, в большей степени подходят для окрашенных биопрепаратов.За счет этого достигается получение цвето-яркостных различий между объектами, что облегчает их распознавание.Картина фаций БЖ существенно отличается от традиционных окрашенных препаратов, используемых в клинической диагностике, значительнобольшим разнообразием структуры.
В связи с этим, для автоматизированногоанализа фации требуется разработка новых методов и алгоритмов количественной оценки её структурных составляющих. Под текстурой в рамкахданной работы понимается область растрового изображения, состоящая изболее или менее близких по восприятию элементов.Изучение процессов, происходящих при клиновидной дегидратацииБЖ и модельных белково-солевых растворов, имело следующую основнуюцель – понять, как связан состав капли БЖ (прежде всего, сыворотки крови)со структурой осадка капли, полученного в результате дегидратации.В данном разделе были решены две задачи.
Во-первых, мы выбралиусловия дегидратации, при которых более четко проявлялись структурныеособенности фаций БЖ и усиливалось проявление нужных диагностических233признаков. Для этого мы нашли наиболее инвариантные свойства высушенной капли. Это такие свойства, которые в минимальной степени зависят отусловий дегидратации и в максимальной степени зависят от формы капли исостава БЖ.Во-вторых, мы перенесли методику компьютерного анализа на обработку структур фаций уже реальных БЖ. По структуре фации БЖ − установили критерии нормы и патологии на основе полученных маркеров.5.1. Условия формирования структур фации в зависимостиот параметров капли биологических жидкостей и влажностисредыВ методе клиновидной дегидратации, меняя условия проведения процесса, можно управлять как параметрами, влияющими на форму капли и надинамику испарения (объем капли, площадь капли, высота капли, поверхностное натяжение, угол смачивания, гидрофобность поверхности подложки), так и параметрами, влияющими на скорость испарения (температура,влажность, скорость обдувания), а также параметрами, влияющими на структурные особенности окончательной стадии испарения капли БЖ, – её фации(состав БЖ, концентрация и состояние белков, концентрация липидов).Основной исследуемый нами вид БЖ – сыворотка крови (СК), не является однородным раствором белков и других веществ, её свойства в различных точках отличаются.
Различия в свойствах в разных точках в истинныхрастворах связаны с флуктуациями плотности веществ, вызванных движением молекул. В СК все обстоит гораздо сложнее. Глобулярные молекулы белков и других веществ, находящихся в ней, являются молекулами с гидратными оболочками. Молекулы белков и других веществ объединяются как в малые кластеры, так и комплексы большого размера. Эти объединения могутбыть устойчивыми и неустойчивыми, т.е. их размер и структура могут определятся как прочными, так и слабыми связями, при этом они постоянно пере-234группировываются. Локальные свойства СК в различных областях определяются размером и геометрией этих комплексов.Большую роль для формирования структур капли имеет перемешивание конвекционными потоками. Чем сильнее перемешивание – тем отчётливее разделение компонент.
При оптимальных условиях зоны конвекции имеют системную радиальную структуру, в результате происходит единое (повсему объёму капли) перемешивание от краев капли к центру.Важным параметром, определяющим структуру, капли, оказалась скорость испарения. Управлять ею можно путем изменения ряда факторов (температуры, влажности и скорости обдувания). При замедлении испаренияпроисходит упрощение структуры капли. Напряжения, возникающие в формирующейся фации, при медленном испарении, успевают релаксировать.При повышенной влажности будет образовываться меньше трещин, и структура капли упростится. Поэтому, после проведенного сравнительного анализа различных условий клиновидной дегидратации БЖ, в дальнейшем мы использовали строго стандартные условия дегидратации (Глава 2 настоящегоисследования), а также определённые материалы подложки, используемые втекст картах технологии «Литос-Систма».Форма капли определяется различными параметрами: 1) объем капли V;2) высота капли h; 3) площадь основания капли S; 4) радиус капли r; 5) краевой угол капли θ; 6) поверхностное натяжение σ.Для изучения формы капли проводили эксперименты, часть которыхвыполнена путем моделирования (Глава 3).
Объем, при котором форма каплипереходит от сферической к плоской верхней поверхности, определяли, каккритический объем. Соответствующие ему радиус, площадь и высота каплитакже называются критическими. Исследования зависимости высоты каплиот объема капли показали, что при малых объемах капли, её высота пропорциональна объему капли (Таблица 5.1). Как только высота капли достигаеткритического значения, она остается постоянной и не зависит от объема капли − уплощается.
Оптимальные условия для перемешивания всей массы кап-235ли создаются, когда объем капли не превышает критическую величину, т.е.когда капля остаётся сферической, а не переходит в плоскую.Наши эксперименты показали, что критическими параметрами каплиСК, нанесённой на поверхность стекла являются: объем − 100 мкл, радиус − 6мм, высота − 1 мм.Таблица 5.1 − Зависимость высоты капли от объема каплиОбъем капли, мкл2,5510203060 100 150Диаметр, мм34578101320Высота до начала0,15 0,2 0,3 0,6 0,75 0,90 1,0 1,0дегидратации, ммВысота центральной части после 0,037 0,04 0,05 0,06 0,08 0,09 0,1 0,1дегидратации, мм20022250241,01,00,10,1После высыхания капли СК ее оставшаяся высота составляла одну десятую часть от исходной высоты капли, т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
