Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы криобиологии и криомедицины |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2005
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137845 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo / Д.Г. Луценко, Н.В. Марченко, В.С. Марченко, И.В. Слета // Проблемы криобиологии. — 2005. — Т. 15, № 3. — С. 516-518. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-137845 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Луценко, Д.Г. Марченко, Н.В. Марченко, В.С. Слета, И.В. 2018-06-17T16:48:01Z 2018-06-17T16:48:01Z 2005 Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo / Д.Г. Луценко, Н.В. Марченко, В.С. Марченко, И.В. Слета // Проблемы криобиологии. — 2005. — Т. 15, № 3. — С. 516-518. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137845 612.135.085.1.087 ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии и криомедицины Гипотермия и экстремальная криотерапия Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo |
| spellingShingle |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo Луценко, Д.Г. Марченко, Н.В. Марченко, В.С. Слета, И.В. Гипотермия и экстремальная криотерапия |
| title_short |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo |
| title_full |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo |
| title_fullStr |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo |
| title_full_unstemmed |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo |
| title_sort |
комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo |
| author |
Луценко, Д.Г. Марченко, Н.В. Марченко, В.С. Слета, И.В. |
| author_facet |
Луценко, Д.Г. Марченко, Н.В. Марченко, В.С. Слета, И.В. |
| topic |
Гипотермия и экстремальная криотерапия |
| topic_facet |
Гипотермия и экстремальная криотерапия |
| publishDate |
2005 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы криобиологии и криомедицины |
| publisher |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| format |
Article |
| issn |
0233-7673 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137845 |
| citation_txt |
Комплекс для фрактальной морфометрии микроциркуляторного русла in vivo / Д.Г. Луценко, Н.В. Марченко, В.С. Марченко, И.В. Слета // Проблемы криобиологии. — 2005. — Т. 15, № 3. — С. 516-518. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lucenkodg kompleksdlâfraktalʹnoimorfometriimikrocirkulâtornogoruslainvivo AT marčenkonv kompleksdlâfraktalʹnoimorfometriimikrocirkulâtornogoruslainvivo AT marčenkovs kompleksdlâfraktalʹnoimorfometriimikrocirkulâtornogoruslainvivo AT sletaiv kompleksdlâfraktalʹnoimorfometriimikrocirkulâtornogoruslainvivo |
| first_indexed |
2025-11-26T14:28:06Z |
| last_indexed |
2025-11-26T14:28:06Z |
| _version_ |
1850626377203580928 |
| fulltext |
516ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 15, 2005, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 15, 2005, №3
УДК 612.135.085.1.087
Комплекс для фрактальной морфометрии
микроциркуляторного русла in vivo
Д.Г. ЛУЦЕНКО1, Н.В. МАРчЕНКО2, В.С. МАРчЕНКО1, И.В. СЛЕТА1
1Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
2Национальный технический университет «ХПИ», г. Харьков
Адрес для корреспонденции: Луценко Д.Г., Институт проблем
криобиологии и криомедицины НАН Украины, ул. Переяславская,
23, г. Харьков, Украина 61015; тел.:+38 (057) 373-30-07, факс: +38
(057) 373-30-84, e-mail: cryo@online.kharkov.ua
После появления в 1977 году работы Ман-
дельброта [6] физиологи и врачи обратили
внимание на наличие в животном организме
большого количества фракталоподобных образо-
ваний в нервной системе, в дыхательных путях, в
кровеносной системе и т.д. [3, 4] С развитием
вычислительной техники появилась возможность
количественно анализировать хаотичность
динамических процессов и фрактальные свойства
биологических структур. Это позволило разра-
батывать более тонкие методы анализа различных
нарушений функций организма. Больших успехов
в применении фрактального анализа достигнуто как
раз в изучении сердечно-сосудистой системы [3].
Фрактальная размерность D является одним из
интегральных показателей, позволяющих оце-
нивать структуру и динамическое состояние
микроциркуляторного русла. Для получения
фрактальной размерности микрогемоцирку-
ляторного русла нами создан комплекс, позво-
ляющий наблюдать микрогемоциркуляторные
изменения в органах и тканях in vivo, фиксировать
наблюдаемую картину фото- и видеографическим
способом, анализировать полученные фото – и
видео материалы.
Комплекс состоит из микроскопа «Люмам К-
1», снабженного средствами фото- и видео
регистрации (рис.1). При видеорегистрации
изображение с объектива проецировалось на
черно-белую телекамеру Panasonic VC 45
BSHRX-12, при этом размеры поля зрения
составляли 10% того поля, которое фиксировалось
на фотопленке. Данная телекамера имеет
высокую разрешающую способность (600 твл)
и высокую чувствительность (восприятие
освещенности до 0,02 люкс). Захваченные
телекамерой видеоматериалы и фотоизоб-
ражения с использованием платы видеозахвата
“AverMedia EZCapture 2.3” и соответствующего
програмного обеспечения (AverMedia Studia,
Pinnacle Studia 9.0.5) вводились непосредственно
в компьютер в режиме on-line. Максимальный
размер захватываемого видеофайла составлял
не более 4 Гб (около 15 мин непрерывной записи
Рис. 1. Установка для исследования микроциркуляции
органов in vivo.
без компрессии – для сохранения всех захва-
тываемых кадров). Это ограничение связано со
следующими причинами: а)на данный момент
максимальный объем хранимого файла , с
которым удобно работать , ограничивается
объемом, который может быть целиком записан
на DVD-носитель (4,7 Гб) или на USB Flash Drive
(до 4 Гб); б)очень мало программ для видео-
редактирования позволяет без проблем работать
с файлами больше 4 Гб ; в) ограничения ,
накладываемые конфигурацией подключенного
в систему компьютера (процессор Celeron 800
Гц, ОЗУ 256 Мб, емкость винчестера 20 Гб). В
большинстве случаев размер захватываемого
видеофайла составлял не более 700 Мб (около
1,5 мин непрерывной записи без компрессии),
чтобы его можно было записать на стандартный
CD-носитель.
Комплекс может быть использован для
проведения всех традиционных измерений микро-
циркуляторного русла, которые обычно оцени-
ваются методом прижизненного микроскопи-
рования: измерение диаметров кровеносных
сосудов, изучение структуры потока крови,
измерение скорости кровотока в различных органах
и тканях [2, 5, 8, 9], а также для расчета
фрактальной размерности D как интегрального
показателя морфофункционального состояния
системы микроциркуляции.
Для компьютерной обработки и вычисления
фрактальных размерностей фрагментов микроцир-
куляторного русла анализировались видео-
517ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 15, 2005, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 15, 2005, №3
изображения и фотографии, сделанные обычным
фотоаппаратом с того же объекта. Видеофайлы
предварительно обрабатывались в видеоредак-
торах Pinnacle Studia 9.0.5 или Virtualdub 1.5.9.,
затем из них выделялись отдельные стоп-кадры
или же готовился видеофрагмент для анализа.
Фотографии сканировали с высоким разрешением
(600 dpi) и сохраняли файлы изображений в
формате *.bmp. Подготовленные изображения в
графическом редакторе Adobe Photoshop 7.0
приводили к равномерному распределению по
яркости и контрастности. Для каждого изобра-
жения в среде Power Point выбирали траекторию
и время перемещения по экрану монитора
изображения анализируемой области кадра
(например, частая синусоида, 5 секунд). Используя
программу захвата движущегося изображения
Snaglt 5.2.0, создавали видеофайл с параметрами:
частота – 50 кадров в секунду, размер скани-
рующего кадра – 0,1 сканируемого изображения,
который сохраняли в формате *.bmp с помощью
программы ACDSee 7.0 или Virtualdub 1.5.9. В
результате анализируемое изображение разби-
валось на n кадров (n=600÷1000), каждый из
которых с помощью разработанной нами прог-
раммы FRAM (авторы Марченко В.С. и Марчен-
ко Н.В.) [7] переводили в цифровые матрицы и,
используя известный математический аппарат [1],
рассчитывали фрактальные размерности.
Для характеристики мультифрактального
множества используют так называемую функцию
мультифрактального спектра f(б) (спектр сингу-
лярности мультифрактала)[1]. Одной из основных
характеристик мультифрактала является набор
вероятностей ip , показывающих относительную
заселенность ячеек, которыми мы покрываем это
множество. Для самоподобных множеств зави-
симость от размера ячейки имеет степенной
характер
i
ip αεε ≈)( (1),
где iα представляет собой некоторый показатель
степени (разный, вообще говоря, для разных
ячеек i). Известно, что для однородного фрактала
все показатели степени одинаковы и равны
фрактальной размерности D
D
i Np εε ≈= )(/1 (2).
Однако для мультифрактала вероятности
заполнения ячеек ip неодинаковы, и показатель
степени iα для разных ячеек может принимать
различные значения. Физический смысл функции
f(б) заключается в том, что она представляет
собой хаусдорфову размерность однородного
фрактального подмножества из исходного множе-
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4
Lg
S
c
l.
Lg S fr.y =1,3243x-1,5476
R2 = 0,9125
a
Dp
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
б
y = -0,0219x2 + 0,4337x - 0,7681
R2 = 0,9885
p
Рис. 2. а) расчет фрактальной размерности для светло-
серой области. Ось Y – логарифм площади (в пикселях)
изображения заданной интенсивности (250-245) окраски
объекта. Ось Х – логарифм площади ячейки, в которой
находится участок изображения. Фрактальная раз-
мерность D равна наклону аппроксимирующей прямой
y(x). R2 – оценка достоверности аппроксимации;
б) спектр фрактальных размерностей от белой–оттенков
серого до чёрной области изображения.
ства, характеризуемого одинаковыми вероятностями
заполнения ячеек.
В первом приближении одинаковым веро-
ятностям заполнения ячеек соответствует
одинаковая окраска участка изображения.
Поэтому все множество точек изображения
можно понимать как некое объединение одно-
родных фрактальных подмножеств разных
оттенков цвета. Например, на рисунке 2, а показан
расчет фрактальной размерности для светло-серой
области изображения (250-245 по 8-битной шкале).
Аналогичным образом рассчитывалась размер-
ность D для остальных оттенков окраски (0-255),
строился график (рис.2, б) и проводилась аппрок-
симация полиномом второй степени с оценкой
достоверности аппроксимации.
Строилась зависимость площади изображения
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 15, 2005, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 15, 2005, №3
анализируемого участка изображения, выраженная
в пикселях на дюйм (dpi), состоящего из точек
равной интенсивности окраски, от площади ячейки,
в которую этот участок попадает. После этого
проводилась линейная аппроксимация по 10000 dpi
и по наклону аппроксимирующей прямой опреде-
лялась величина D.
Разработанным нами методом проведена
оценка фрактальных размерностей микроцирку-
ляции in vivo в подкожной клетчатке, пародонте,
мышечных тканях, коре головного мозга, печени,
селезенки, поджелудочной железы и т.д. в норме
и при различных холодовых воздействиях.
Синхронно с прижизненной видеорегис-
трацией наш комплекс позволяет регистрировать
изменение температуры исследуемых органов
и тканей, регистрацию ЭЭГ и ЭКГ. Температура
тканей в течение экспериментальных исследо-
ваний измеряется медь–константановыми термо-
парами, подключенными к вольтметру универ-
сальному В7-21А. Электрокардиограмма при
помощи программного обеспечения фирмы «Ней-
рософт» вводится в персональный компьютер.
Таким образом комплекс позволяет проводить
полноценный физиологический эксперимент с
различными физическими и фармакологическими
воздействиями с непрерывным мониторингом всех
показателей. Например, при работе с крысами
при помощи дополнительного устройства
существует возможность оказывать ритми-
ческие гипо- и гипертермические воздействия
на животное, закрепленное под микроскопом.
Еще одной особенностью комплекса является то,
что при необходимости блок фото- и видео-
регистрации довольно быстро может быть
установлен на любой другой микроскоп, что даст
возможность исследования других биологических
фракталоподобных образований.
Литература
Божокин С.В., Паршин Д.А. Фракталы и мульти-
фракталы.- Москва, Ижевск: НИЦ «РХД», 2001.– 128 с.
Власов Т.Д., Пантелеев В.Г. Программная обработка
телевизионного изображения микрососудов // Физиол.
журн.– 1995.– Т.81, №6.– С. 105-107
Голдбергер Э.Л., Ригни Д.Р., Уэст Б.Дж. Хаос и фракталы
в физиологии человека //В мире науки.– 1990.– №4.– С.25-32.
Кратчфилд Дж.П., Фармер Дж.Д., Паккард Н.Х., Шоу Р.С.
Хаос //В мире науки.– 1987.– №2.– С.16-28
Левкович Ю.И., Огурцовский Ю.Г., Мальцев Н.А.
Кинотелевизионный комплекс для исследования
микроциркуляции и прижизненной морфометрии //
Физиол. журн.– 1981.– Т.67, №12.– С. 1890-1895
Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы М.:
Инс-т компьют. исследований.– 2002.– 656 с.
Марченко В.С., Бабийчук ГА, Грищенко В.И, Бабийчук В.Г.
К концепции экзистоэнцефа-лической системы охлаж-
денного мозга. Часть 4. Фрактальная морфометрия
триггерных структур терморегуляции при холодовом
стрессе// Проблемы криобиологии.– 2002.– № 4.– С. 30-40.
Мельникова Н.Н.Микроциркуляция в мозге крысы в
условиях ишемии при гипотермическом воздействии //
Физиология и медицина:Сб.материалов Всерос. конф.
молодых исследователей;14-16 апр.2005 г., г. С Пб.-
СПб.:[Б.и.],2005.-С.74.-(Вестн.молодых ученых.Сер.Науки о
жизни.2005.Прил.).
Московская С.В., Иванов К.П., Левкович Ю.И., Мальцев Н.А.
Микроциркуляция в коре головного мозга крыс на разных
стадиях глубокой иммерсионной гипотермии // Физиол.
журн.– 1995.– Т.81, №6.– С. 95-98.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
518
|