Диссертация (1144795), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Любая биожидкость, будь то кровь, моча или слюнаявляется сложнейшей поведенческой системой в результате постоянно меняющихся меж- и внутримолекулярных взаимоотношений. «Увидеть» этипроцессы означает возможность получить объективные критерии гармонизации, или степени разбалансировки молекулярных взаимосвязей в каждомконкретном случае.Биологическойжидкостисвойственнаиммонентнаяспецификалокального формообразования при ее переходе в твердую фазу, авзаимосвязь локальных элементов формообразования определяет системнуюорганизациюсухойкапли–фации.Этовыявляетсядостаточнодемонстративно при исследовании формы структурных элементов фацийсыворотки крови. Как физиологические, так и патологические процессы всвоей основе определяются структурными изменениями белковоых молекул,которые клетка постоянно выводит в общую циркуляцию биожидкостейорганизма. Именно особенности структуры белковых молекул (безусловно, сучётом их органического и минерального окружения) и определяют формутвердофазных структур жидкости при ее самоорганизации в процессе клиновидной дегидратации.Одна из поставленных в работе задач заключалась в поиске механизмовформирования пространственно упорядоченных структур фаций на стадиях,предшествующих полному высыханию.
Для её решения были проведенытеоретические и экспериментальные (лабораторные) исследования механизмов формирования структур в реальных биожидкостях и их моделях (растворах различных минеральных солей, белков и их смесей). Теоретические исследования основывались на анализе решений уравнений механики неоднородных жидкостей, описывающих течения, возникающие в процессе высыхания капли многокомпонентной жидкости.
Также была разработана математическая модель процесса формирования системных концентрационных325кольцевых структур, возникающих при дегидратации белковых и белковосолевых растворов.В процессе выполнения работы дан теоретический и математическийанализ механизмов формирования морфологических структур в БЖ при физиологических и патологических состояниях человека:− проведены физические исследования процессов формированияструктур в толще жидкости и при изменении их фазовых состояний;− адаптирован к конкретным видам исследования основной метод, используемый в настоящей работе – метод клиновидной дегидратации биологических жидкостей;− отработаны способы исследования биологических жидкостей (сыворотка крови, ротовая жидкость, носовой секрет);− показаны особенности морфологической картины фаций БЖ у здоровых людей и у пациентов с различными видами патологии.Проведенные работы позволили создать математическую модель процесса высыхания капли, рассчитать форму ее поверхности, закономерностиизменения объема.
Построенная модель формирования последовательностиобразующихся кольцевых структур в высыхающих белковых и белковосолевых каплях описывает динамику высыхания капли, с учётом таких параметров, как поверхностное и межфазное натяжение, вязкость, адгезионнаяпрочность, процессы гелеобразования. В силу многокомпонентного составакапли БЖ, даже при поддержании постоянства внешних физических параметров (температуры, влажности, давления, светового и радиационного фона) их небольшие изменения, допускаемые в наших исследованиях, могливлиять на динамику фазовых переходов, однако это влияние не вносило значимых изменений в структуру фаций.Анализ формирования структур фации в бинарных растворах (альбумин-соль) показал, что кристаллизация и образование осадка одних компонент идет на фоне структур, сформировавшихся в полях градиентов другихкомпонент. В зависимости от соотношения концентрации соли и белка в рас-326творе и величины молекулярного сродства между белком и солью, картинараспределения твердой фазы может иметь различный характер.
Вещества,типа поваренной соли, начинают кристаллизоваться на затравочных структурах, порождая отдельные точечные группы кристаллов.На примере капли белково-солевых растворов показано, что параметрами, которые играют определяющую роль в процессе формирования кольцевой структуры фации являются поверхностное натяжение и адгезионнаяпрочность. Установлено функциональное соотношение между указаннымипараметрами и пространственным периодом кольцевой структуры, позволяющее по известному поверхностному натяжению и измеренному периоду колец λi найти значение адгезионной прочности на всех стадиях развития кольцевой структуры.
Это дало возможность количественно связать измеряемыемасштабы с изменчивостью показателей удельной поверхностной энергии,продвижением кольцевых структур за счет действия сил поверхностного имежфазного натяжения жидкой части капли.При клиновидной дегидратации растворов белка образуются периодические структуры, кольцевая форма которых определяется геометрией капли,а масштаб – составом и условиями высыхания. Разработанная нами методикапредусматривает сканирование величины яркости изображения по радиальным и угловым направлениям, получение массивов флуктуаций яркости ихспектров, проведение спектрального анализа изображений.
Разработаннаяметодика и математические алгоритмы количественной оценки параметроввнутренней структуры изображений фации показали перспективную возможность их использования для практической цели.Созданные алгоритмы, на базе спектрального анализа, позволили дополнить и уточнить эмпирическую модель структурной изменчивости радиально-аркадных структур в белково-солевых растворах, в которой установлена функция секторного угла θm от концентрации соли C в растворе.Применение этих алгоритмов для практических целей может обеспечить выбор оптимального сценария осаждения веществ, участвующих в об-327разовании колец, что расширяет возможности диагностики патофизиологического состояния человека.Анализ текстуры остатков, образующихся при высыхании (дегидратации) капель биологических жидкостей на твердых подложках (так называемых «фаций»), составляет основу новых интегральных методов медицинскойдиагностики.
Текстура сухого остатка начинает формироваться уже наначальном гидродинамическом этапе, на котором происходит пространственное перераспределение первоначально хаотично распределенных компонент истинных или коллоидных растворов.Анализ образующихся текстур фации путём микроскопии при различных коэффициентах увеличения, освещении белым (вертикальном и горизонтальном) или поляризованным светом проводился путём выявления отдельных характерных деталей (признаков) или системных изменений текстуры.Различие химического состава биожидкостей (проявлялось в зависимости отстепени тяжести заболевания) порождало многообразие картин сухих остатков капли, получаемых в режиме клиновидной дегидратации.Морфологический анализ полученных изображений фаций и данныетеоретических исследований позволили разработать автоматизированные алгоритмы выделения устойчивых признаков на структурном портрете фациибиологической жидкости.
Разработанный нами метод ввода, обработки ипредставления изображений фаций позволяют автоматизировать процесс выделения информативных признаков и оценивать их диагностическую значимость с учетом накопленной эмпирической информации, а также минимизировать влияние субъективных факторов.Статистический анализ изображений фаций по текстурным признакамвторого порядка позволил обнаружить патологические изменения при формировании кристаллических структур фации на надмолекулярном уровне.Эти изменения могут служить ранним диагностическим критерием развитияпатологического процесса.328Текстурный анализ фаций биожидкостей показал, что наиболее информативными текстурными признаками являются – энтропия, фрактальная размерность и степень однородности, а другие статистические признаки (контраст, инерция, корреляция и затенение) четкого различия между нормой ипатологией не выявили.
По-видимому, это связано недостаточным качествомисходных изображений фаций, полученных в разных условиях экспериментаи различными характеристиками регистрирующей аппаратуры.Важной специфической морфологической особенностью фации, является наличие качественно различных системных и локальных структур с ярковыраженными пространственными характеристиками и текстурой.
Значимыедля диагностики структуры устанавливаются путём сравнительного анализафаций биожидкостей здоровых людей и пациентов с различными видами патологии. Статистически достоверные различия выявленных особенностей вструктурах фаций позволяет относить эти особенности к маркерам той илииной патологии.Распознавание подобных объектов, группирующихся в конгломераты,мы проводили в два этапа. На первом этапе использовались методы двумерной фильтрации изображения по всей его площади.
Выбор пространственного фильтра определялся геометрическими особенностями неоднородностей,что вело к обнаружению искомых объектов. В качестве основы алгоритма мыиспользовали фильтрацию по алгоритму Лапласа-Гаусса, позволяющую выделить маркер на фоне остальных элементов, а затем проводили микроструктурный анализ вэйвлентными методами. Это позволило установить, что длякаждого класса текстуры существуют информативные признаки, позволяющие отличить текстуру от фона.
Использование этих текстурных признаковпозволило модифицировать существующие методы сегментации и распознавания для решения задач выделения маркеров, соответствующих определенной патологии с минимальными ошибками.На основе анализа текстур структурных элементов фации построенклассификатор, который позволяет определять тип маркеров в фациях сыво-329ротки крови.
Методами морфологического анализа был получен набор из 4текстурных признаков (контраста, энтропии, энергии и однородности), чтодаёт возможность сформировать пороговые значения для классификациимаркеров изображений.Важный вклад данной работы в науку и практику состоит в том, чтоона развивает принципы физико-математических подходов в клиническойдиагностике, которые не только дополняют данные биохимических исследований, но позволяют получать принципиально новую диагностическую информацию в систематизированном виде, объективизировать процесс диагностики по морфологическим структурам биологических жидкостей.330Выводы1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
