ФайлыДляЛабРаботMsOffice / Word / оглавление

4

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГИСТОЛОГИЧЕСКИХ СРЕЗОВ МИОКАРДА (з 1)

Гудкова А.Я., Мироненко Е., Пыко С.А., Ульяницкий Ю.Д.,

1. Введение и обоснование актуальности темы. Описание объекта исследований. (з 2)

Участие специалистов в области технических наук в решении медицинских диагностических задач направлено на разработку методики, алгоритмов и аппаратуры для наиболее достоверного оценивания тех процессов, которые протекают в организме человека, извлечения максимального объема информации о его состоянии и выявления тех показателей, которые оказываются наиболее чувствительными к изменениям состояния организма человека.

2. Краткое описание программы ВидеоТест – Мастер. (з 2)

Для количественной оценки исследуемых параметров использовался пакет ВидеоТест–Мастер – это программное обеспечение Анализатора Изображений или Системы Анализа Изображений ВидеоТест [ВидеоТест-Морфо. Руководство пользователя программы, СПб.: изд-во «Иста-ВидеоТесТ», 1997]. Программа ВидеоТест-Мастер позволяет выделить из изображения отдельные элементы по яркости или цвету (эта операция называется бинаризацией). Бинарное изображение состоит только из двух цветов – цвета объектов и цвета фона и служит для идентификации объектов на изображении при автоматических измерениях. При автоматическом сканировании будут измеряться все имеющиеся на бинарном изображении объекты или, если на изображении установлена прямоугольная рамка, объекты внутри рамки. Основной задачей при подготовке бинарного изображения к измерениям является преобразование его таким образом, чтобы на нем остались только интересующие элементы без искажения их формы и размеров по сравнению с исходным полутоновым (цветным) изображением.

В программе возможно использование двух режимов измерений: ручного и автоматического. Ручные измерения производятся на полутоновом (цветном) или бинарном изображении, а автоматические доступны только на бинарном изображении. При работе в режиме ручных измерений необходимо осуществить вручную выделение графических объектов, представляющих интерес для исследователя. В данном режиме удобно осуществлять измерение их линейных и угловых размеров. В автоматическом режиме без участия пользователя осуществляется выделение всех присутствующих в изображении объектов, оценивание их формы, геометрических и оптических характеристик с помощью ряда предусмотренных разработчиками программной среды параметров.

Для точного измерения параметров объектов изображений в реальных единицах измерений следует провести калибровку, в процессе которой определяется размер точки изображения – пиксела при рабочем увеличении системы в используемых единицах измерения. При проводимых измерениях размер тоски изображения по горизонтали и вертикали был одинаковым и составлял 0.412 мкм/пиксел.

3. Анализ линейных структур (з 2)

По структуре среза можно судить о наличии или отсутствии патологии. Описательный метод дает возможность увидеть патологию, определить вид патологии, но не показывает степень отклонения от нормы. Требуются количественные показатели, а значит, и количественные методы анализа. Объектами проведенных исследований являлись линейные структуры и замкнутые контуры.

О линейности структуры позволяет судить характер расположения кардиомиоцитов (КМЦ), представляющих собой вытянутые компоненты мышечной ткани, которые в норме имеют почти одинаковую ориентацию. Количественно оценить линейность КМЦ можно с помощью предлагаемого коэффициента криволинейности, равного отношению длины КМЦ L к длине хорды l (прямой линии, соединяющей начало и конец КМЦ): k=L/l.

Чем ближе исследуемый показатель к единице, тем меньше степень отклонения от нормы. На рис.2 приведен участок среза миокарда, для которого среднее значение коэффициента криволинейности по всему срезу составляет k = 1,007. Для данных, представленных на рис.3, где наблюдается диффузно-фокальный вариант патологической гипертрофии миокарда МЖП, средний коэффициент k = 1,232. Существенное отличие количественных оценок k подтверждает различие в структуре анализируемых срезов. Предварительные исследование позволяет надеяться на диагностическую значимость предложенного показателя.

4. Анализ замкнутых контуров (з 2)

В срезах миокарда замкнутые контуры образуют сечения сосудов, ядра КМЦ и ядра клеток стромального комплекса (КСК). Замкнутые контуры можно исследовать с точки зрения размеров и формы.

В качестве объектов исследования в данной работе выступали ядра КМЦ. На первом этапе было необходимо отделить их от ядер КСК. Программа ВидеоТест – Мастер позволяет выделить элементы из цветного изображения по указанному цвету, в результате чего получается бинарное изображение, которое в дальнейшем используется для автоматических измерений. Чтобы ограничить исследования только ядрами КМЦ, потребовалась предварительная обработка изображения, которая внесла некоторую погрешность и заключалась в выделении исследуемых ядер другим цветом с помощью программы ACD FotoCanvas v2.0. Далее была проведена бинаризация по цвету и автоматическое измерение заданных параметров с помощью программы ВидеоТест – Мастер.

5. Статистический анализ полученных результатов (з 2)

В рамках статистического анализа гистологических срезов миокарда представляет несомненный интерес распределение радиусов (диаметров) ядер КМЦ. В этой связи целесообразно рассмотреть следующую модель в предположении, что ядра представляют собой шары одного радиуса.

Так как положение плоскости равновероятно по отношению к шару, то плотность вероятности (ПВ) случайной величины y определяется следующим образом:

Необходимо найти ПВ наблюдаемой величины x. Пользуясь правилом определения ПВ функции случайной величины , получим: где ПВ наблюдаемых радиусов сечений, соответствующая полученному выражению, представлена на рис.5.

При наличии в гистологическом срезе М типов ядер различного радиуса, ПВ определяется выражением

,

где p_i – вероятность наличия в гистологическом срезе ядер с радиусом R_i, т. е. величина, характеризующая относительную концентрацию ядер данного типа. В качестве примера на рис. 6 представлен вид ПВ, соответствующий наличию ядер радиусов R₁, R₂ и R₃, присутствующих в срезе с вероятностями p₁=0.2, p₂=0.6, p₃=0.2 соответственно. Плотность распределения в таком случае имеет вид:

.

По полученным измерениям элементов, представляющих собой замкнутые контуры и линейные структуры, были вычислены описательные статистики, построены гистограммы и осуществлена проверка их соответствия известным законам распределения. Обработка результатов производилась с помощью программы STATISTICA.

6. План дальнейших исследований (з 2)

6.1. Исследование углов отклонения (з 3)

В рамках планируемых в дальнейшем исследований предполагается осуществить с помощью программы ВидеоТест – Мастер измерение углов отклонений мышечных волокон от первоначального состояния (рис.9).

6.2. Исследование толщины (з 3)

Представляет интерес также измерение толщины стенок сосудов, расположенных в срезе, оценивание доли площади сосудов относительно площади препарата и доли площади заполнения сосуда внутренними элементами относительно площади сосуда. Подобные измерения могут быть выполнены с помощью программы ВидеоТест – Мастер.

6.3. Исследование регулярности (з 3)

С целью исследования регулярности структуры срезов миокарда (расположения ядер КМЦ, мышечных волокон и других элементов) предполагается разработать методику изучения их корреляционных свойств. Данные исследования подразумевают предварительную фильтрацию изображений, которая может быть реализована как в среде программы ВидеоТест – Мастер, так и с помощью современных графических редакторов, а также разработку дополнительного программного обеспечения, осуществляющего расчет и визуализацию корреляционных зависимостей.