 |
Проблема разработки автоматических систем оценки результата кристаллогенеза
|
|
|
|
Кристаллографические методы исследования - совокупность методологических подходов к извлечению информации о метаболизме и гомеостазе организма и/или его частей, основанных на феномене свободного или инициированного базисными веществами различного химического состава кристаллообразования высушенного жидкого или приводимого в жидкое состояние биологического материала с последующей интерпретацией результатов кристаллогенеза.
Фация - образец биологического субстрата, приготовленный по любой методике кристаллографического анализа.
Кристаллограмма - изображение всей поверхности образца высушенного биоматериала.
Особенности описания результатов свободной и инициированной кристаллизации биоматериала. Основные и дополнительные критериев оценки кристаллограмм, для учета характеристик фации, включают:
) Индекс структурности (ИС) - отражает состав элементов образца, наличие, относительное и абсолютное количество тел аморфного и кристаллического строения в микропрепарате. ценивается по 4-балльной системе: 0 баллов - присутствие в микропрепарате только вещества аморфного строения, 1балл - дискретная часть образца, представленная аморфными телами и единичными кристаллами; 2 балла - наличие в фации, кроме вышеуказанных элементов, дендритного компонента; 3балла - большая часть поля зрения или все поле образовано крупными дендритными структурами; аморфные тела и одиночные кристаллы немногочисленны.
) Кристаллизуемость (К) - индикатор активности процесса кристаллогенеза. Определяется по 4-баллой шкале: 0 баллов - нет центров кристаллизации; 1 балл - единичные мелкие кристаллы преимущественно одиночного ряда (не более 10 в поле зрения); 2 балла - значительное количество центров кристаллизации (более 10 в поле зрения); 3 балла все поле зрения покрыто кристаллами одиночно-кристаллического или дендритного ряда.
|
|
|
) Тип взаимодействия кристаллических и аморфных структур (ТВ) Биологическая сущность и информативность данного феномена не изучены.
) Степень деструкции фации (СДФ) - интегральный показатель, отражающий правильность протекания кристаллогенеза и суммирующий как экзогенные, так и эндогенные факторы. Выражается в четырех степенях: 0 степень - все элементы фации правильной конфигурации, не разрушены как в целом, так и на отдельных участках; признаки разрушения текстуры фации отсутствуют; 1 степень - элементы фации имеют начальные признаки разрушения, деструктивные изменения текстуры не наблюдаются; 2 степень - визуализируются многочисленные разрушенные или измененные структуры; есть локальные нарушения целостности текстуры; 3 степень - все элементы фации разрушены, невозможно различить отдельные части фации и структуры, образец представляет собой бесформенную массу аморфного, зачастую окрашенного, материала; отмечаются четкие признаки разрушения текстуры.
) Равномерность распределения кристаллических и аморфных эле-ментов фации (R) - критерий, свидетельствующий о правильности протекания процесса свободного кристаллогенеза. Интерпретируется с использованием шестибалльной шкалы: 0 баллов - полная хаотичность фации, наличие разнородных элементов, пустот, мест скопления кристаллических структур, различная ориентация образований в поле зрения.1 балл - некоторая сгруппированность кристаллов, намечаются единичные участки правильного их построения, занимающие менее 30% от общей площади поля зрения, направленность фигур еще хаотичная.2 балла - наблюдаются четкие "островки" упорядоченности, занимающие от 30 до 50% поля зрения (изучаются не менее трех), расстояния между элементами в группах приблизительно уравниваются, регистрируется некоторая закономерность направленности структурных образований фации.3 балла - элементы фации в значительном числе (более 50% от общего количества) структурированы, "островки" равномерности переходят в участки сравнительно большой площади. Внутри этих зон наблюдаются правильное расположение и равномерность расстояний между отдельными образованиями. Закономерность направленности элементов и зональность просматриваются достаточно четко.4 балла - элементы фации в большинстве своем структурированы (свыше 75% от общего количества), остальные распространяются "островками" по полю зрения, чаще в краевой (маргинальной) зоне. Расстояния между отдельными образованиями практически постоянны. Ориентация элементов подчиняется определенной закономерности почти по всему полю зрения.5 баллов - все элементы тезиграфической фации четко структурированы на всем поле зрения, что подтверждается рассмотрением нескольких полей. Деление на центральную, промежуточную и краевую зоны четко просматривается. Границы последних можно установить даже без микроскопа. Расстояния между элементами картины постоянны, ориентация фигур правильная, закономерная на всей поверхности фации.
|
|
|
) Степень выраженности ячеистости фации (С) отражает особенности органико-минеральных взаимодействий в фации. Оценка производится по шестибалльной прямой шкале: 0 баллов - полное отсутствие признаков появления ячеистости, однородность картины, нет выделения "островков" кристаллов. Фации представляют единый "пласт" кристаллических образований.1 балл - наличие первых признаков неоднородности, "дробления" кристаллоскопической картины (выделены наиболее диагностически значимые принципы):
начало обособления групп элементов (менее 30% от числа всех образований, занимающих менее 30% поля зрения);
появление некоторой неоднородности картины;
начало "дробления" единого "пласта" кристаллических фигур.
2 балла - отмечается достаточно просматриваемая тенденция к "дроблению" фации, образованию "островков" кристаллов (выделены наиболее диагностически значимые принципы):
|
|
|
количество обособившихся элементов в "островках" - от 30 до 50% от числа всех структур, они занимают более 30% поля зрения фации;
выраженная неоднородность, зональность картины;
визуализируется процесс "разделения фации на участки, регистрируются формирующиеся пояса кристаллизации, служащие границами последних, в некоторых случаях не на всем протяжении, толщиной в 1 кристалл.
3балла - наблюдаются выраженные изменения в фации (выделены наиболее диагностически значимые принципы):
элементы в "островках" составляют от 50 до 75% от общего числа, занимаемая ими поверхность - более 50% поля зрения (по нескольким полям);
выраженная неоднородность, "зернистость" картины;
четко просматривается процесс "расчленения" фации в нескольких полях зрения;
пояса кристаллизации довольно четкие, образованы более чем одним рядом кристаллических структур.
4балла - достоверно просматриваются признаки появления ячеистости (выделены наиболее диагностически значимые принципы):
число сгруппированных в ячейки структур от 75 до 100% от общего количества;
сгруппированные элементы занимают все поле зрения (при изучении не менее чем трех полей);
очень четко выражены "дробность", "зернистость" картины;
пояса кристаллизации образованы более чем одним рядом кристаллов, имеются на всей поверхности поля зрения, окружают "островки" полностью.
5баллов - картина характеризуется следующими наиболее диагностически значимыми морфологическими признаками:
число сгруппированных в ячейки структур от 75 до 100% от общего количества;
сгруппированные элементы занимают все поле зрения (при изучении нескольких, не менее чем трех полей зрения);
очень четко выражена "дробность", "зернистость" картины;
пояса кристаллизации образованы более чем одним рядом кристаллов, имеются на всей поверхности поля зрения, окружают "островки" полностью;
присутствуют "разломы" картины (кроме фаций сыворотки крови, для которых данный феномен является самостоятельным диагностическим признаком).
|
|
|
) Выраженность отдельных зон кристаллизации (Z) - четкость формирования зон в фации высушенной биологической жидкости. Выражается в баллах (от 0 до 3): 0баллов - невозможность выделения каких-либо зон кристаллоскопической фации; 1балл - при малом увеличении светового микроскопа выделение зон неотчетливое, наблюдаются незначительные признаки зонализации; 2балла - наличие зон фации четко определяется при малом увеличении микроскопа; 3 балла - четкая визуализация зон даже без микроскопа.
) Выраженность краевой белковой зоны (Кз) указывает на относительное содержание в биологической среде компонентов с высокой молекулярной массой, прежде всего белкового состава. Данный показатель оценивается по 4-балльной прямой полуколичественной шкале: 0баллов - полное отсутствие краевой зоны, невозможно выделение краевой зоны под "малым" (мельче х56) увеличением микроскопа; 1балл - краевая зона присутствует нечетко и/или не на всем протяжении фации; 2балла - при микроскопии по всему периметру микропрепарата отмечается наличие выраженной краевой зоны; 3балла - соотношение "ширина краевой зоны - радиус фации" превышает 1: 3; 4балла - выраженная краевая зона в сочетании с наличием "разломов"; 5баллов - краевая зона визуализируется даже без использования микроскопа.
) Рельефность текстуры (Т) позволяет оценить состояние и особенности фонового рисунка, на котором располагаются основные кристаллические и аморфные структуры. Оценивается по прямой 4-балльной схеме: 0баллов - нет признаков наличия текстуры; 1балл - едва заметные при микроскопии элементы (участки) текстуры; 2балла - хорошо различимая при микроскопии текстура фации; 3балла - визуализируемая без использования микроскопа текстура микропрепарата.
Можно заметить, что основная проблема разработки автоматических систем оценки результата кристаллогенеза заключается в большом объеме критериев и субъективности их оценки. Для её решения необходимо минимизировать количество критериев, устранить субъективный аспект с помощью компьютерного анализа и создать конкретную шкалу оценок.
Для уменьшения количества критериев, мы провели их тщательный анализ, проверили сложность их вычисления, применимость к различным методам и информативность. По его итогам был выбран один критерий - степень деструкции фации (далее СДФ), несущий, на наш взгляд, максимальное количество информации о фации и дающий исчерпывающую картину о протекании процесса кристаллогенеза, имеющий линейную шкалу оценки и простоту вычисления. СДФ суммирует как экзогенные факторы дегидратационного процесса (температура, влажность, давление, скорость потоков воздуха, попадание дополнительных веществ и т.д.) так и эндогенные (термодинамическая составляющая кристаллообразования, наличие адекватного для формирования кристаллогидратов и стабилизации органических макромолекул количества воды и т, д.).
|
|
|
Исходя из описания критерия и сопоставления данных, взятых из работ по кристаллографическим методам исследований, можно точно сказать, что величина СДФ определяется плотностью трещин, отношением радиальных трещин к тангенциальным и их распределением по зонам фации. Следовательно, система, распознающая форму разломов, их направление и плотность распределения в зависимости от зоны, позволит нам устранить субъективный аспект и даст исчерпывающую информацию.
|
|
|
