автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка метода и автоматизированной системы диагностики и контроля состояния жидкофазных биологических объектов

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОгДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ.Г '.БОЛЩИИ в ОЩЕНА ВДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЙКИ ТЕД ЛОГИЧЕСКИ РНСТИТУТ имени ЛЕНСОВЕТА

РУДАКОВА Галин" Зусмановна

РАЗРАБОТКА МЕТОДА К АНГ МАТИЗИГОВАШОл ОГТЕМЫ . ДИАГУДУгЙКИ И .КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЛЩКМАЗНУХ БИОЛОГК хИЗКИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.13 * Прибор- и методы кс гройя ¡природной среды, веществ, материалов я изделия

Автореферат дне,зрТс на соискание ученей степени кандидата технических к^ук

Нг правах рукописи■

Ленинград - 1990

Работа-выполнена в Лен^гредском ордг -а Октяорьской Революции к ордена Трудового Красного Знамени технг оги-ческом инст гуте w Ленсовета.

. Научный руково; 'тель:

д «ор технически наук, КАЕМКЕ

профессор Владшшр Ьасильо?"ч

. Официальные ошЬненты:

док*"ор технических наук, РУСИНОВ

профессор Леон Абрамович

кадд дат физико-иате^атичсо.лх ЛКУЛШЖВ

» jk . Валерий Бенедиктович

Ведущее продггчятие - Г**0 Гидролиз, г. Ленинград.

состой? i " 27 " декабря • 1990 года •Б18 часов в ауд. 61 ь р^седашш спе-

циализированного cor та А 063.25.08 в Ленинградском технологической институте иыени Тенсовета по адресу: I980I3, г. Ленинград,, Московский п*., 26, ЛТП иы. Ленсовета.

С диссертацией иозлю ознакомиться в библиотеке Лен..л-градского текнологачг-кого института'им. Ленсоь.на.'

Отзывы и замечания в 1-й эйзскх"т>е, з<*зереннь, j. jp-бов'оЕ io4U2*"s ■просим 'отпра~ 1ять по адресу: I980I3, г. Ле-нш^'рг *, Московский пр., 26, ЖЙ w. ^совета, Ученый Совет. •

• *

Автореферат разосл. а

" " JUCJI^LA I9£Q г.

Ученый секрет рь спег 'чизированного совета,

канд. техн. наук' '-f Г Н.В. Лисицин

f

ОЕШ ХАРАКТЕРКСТКС А .ЛЕОТЫ

Актуальность проблема. Проблема з^ектк^нссти б-'о'ло-днц.чнскод диагностики в настоящее время уделяется Оильаоо зшшдвие 2 сгяаи с необходимостью получения оптп .льиого количества объективной информации при поьшонии точности G2 к пественних попг лателой и сокравднпи .рокоз проставления.

Пспользова ю для этих целей автс1<агпз::ро2ан.чьх систем поу.золяит осуществить л¿обход jya ^ор.'ла.'лоац:!« ncoqe-зур of>ca6ow::i данных, что з значительной степей., по^пает оперативность процесса диагностики, иск.лэт"ч при этом элемент субъектшзг оти. Существенно, что испил"зог чко ЗЗУ и нагегдха .зсодрс цето^оз обработки данных диктуе ;я по тольяо иосбгодкмосгь» анализа больагг* «..»сснзоз ил£ор-гации, но и оперативного воздействия ча ход химических, ÍH3L-еских, би^логиче._с;и прсцесеэз, осуэд*, з: тещего их коррекции.

Проблем" диагностики з^-ых организксш, з ж чг. ла i:nr,Moía3i.jx биологических оОьекгоз, особенно а:с?уалн."» для -¿оди' чнц, экологии, ниг.роСполсгпче :с пракгика. D:t-спросс-апализ фаз роста и акр эргдч.чзг'.ов с целхз олоратиз-пого воздействия на пгтдесс кулм.'Изпроь л-.л; xapai" ч?а воздействия патогенных факторов на прирот^ио среды обитания гизызс оргапизиов, з • 'рзуа о^реь_,, водную; контроль за динамикой раззиздейся патологии з ори. наяне чолозо"а, оценка клинической эффективности проводимся терапк.. и ряд zmyrax задач прогнозирования н да— агностики требувт длл своего ревенпя нозих дкагп^оапчос-itnz методов и разработки па их основ0 а. .гонатизироваяпнг систем па С зо - эв-эившшг тоагачс лшх срадстз.

Актуальность данной работы сосз jг з той. что исследование направлено на войск новых подходов к проблоио диагностики состоянн- ("дологических обьектоз па.основе использования нер*1 зруЕаюидх цоюдо. ионтрслч п ловреион-hiíx технических средств с цольп разработки язтоиатэпро-ванп. *о диагностического вошлояса.

4.''; Среди иетод'-ъ, использующих регистрацию проц- соь а _.<де изоо'раконий, иироко известен метод .'азе.изрядной визуализации (ГРВ), который применяется б ряде областей ""ля ..¿лучен л газоразрядных изображений рельефа поверхности с целы че контроля, а таг з никро! ;одно-ро^остей внутр 'него объема гчэличного рода объектов. Цетод ГРВ основан на анализе параметров газового наряда. возг-кающе^ вблизи и^верхн исследуемого объекта при попечении его в электрическое поле высокой напряженности ДО^В/см).

Анализ физиче^ой сущности метода ГРВ и особенностей иолучения его юмощьг информации показывает, что ранний ыет^п отражает характер 'ункционироваиия объектив, в той числе биологических, на различных уровнях их организации, лс юиу он к._)«ех быть применен для ис-ол дования значительного класса объектов с цель» г*аг-ностыи ьХ состоянии (. иш.^оорганизиов и образцов биологической жидкости до организма человека.

В то «в время иг-юкоиу использована метода на практике препятствует проблема чахоидекия адекватных алгоритмов обработки газора рядных изображений и в связи с -ятим отсутствие дс товарных количе< ванных оценок получаемой информации.

В настоящей работ на примере исследования -икроби-логической дроюсевой культуры рассмотрены го».росы разработки методики получения' газоразря^шх характеристик и^о^вных биологических оолектов с использованием по-верхнь-гей ГРВ, оценки параметров . зооражений, рав^а-бс ки автоматизипованнок системы на основе компьютерного анализа сигналов по заданному Рпгор'-:му.

Выполненная работа продолжает цикл исследований, связанных с примен' :шем физических методов воздейств. I на объек. л биологической природы, которыь проводятся в течение ряда лет в ЛГИ им."енсовег;. Диссертация выполняла^ в соо-эетствии с компл'ченой целевой . рограымой Минвуза РСФСР "Датчик.." и соответствует координационному плану АН СССР (раздел 6.2.2.17 - Приборы для диагно-

с.ич9ских исследов.лий), в которой с^чсцолчихслеи явлр т-ся ¡¿инвуз РСССР.

Цель работы. Разработка автоматизированного дир^нос^и-ческого комплекса, позволздэго получить интегральную ха~ рактеристику состояния кидкофазного биологическо -) объеь та, на основа которой возможно осуществление оптимизации биотехнологических юцессов, оценка кли-.лческой эффективности проводимой терапии, прогнозирование течения заболеваний " ряд др'.^их важнейших задач.

Научая новизна. Разраоотан ь год оперативного к. ¡т-роля " диагностики состояния кидкофазных б;голо1~.чеслих объектов, основанный на и' -ерении интвьсир-о^ти, спектрального состава, араыетоов пространственное ра' реда-ления газоразрлдного свечания, возникающего в ж>зду1 вблизи поверхности последуещм'О объект?

Разработано устройство дли реал: ацин иетода, затидеп-ное авторскими свидеа-льстваии СССР.

Разработана математическая иод.ль ро^та двуиерных стримерных чруктур газоразрядного свечения 1 .здухь и на ее осново предложен аторити обработки этих структур, сос-оящк.. в измерении универсальной хь.. а:. еристики саио-подобных объектов - фрактал: .ой размерности.

На примере исслег вания др-таавых 1^лыур пр«д«окон . аехаь .зк влияния биологического объекта на развитг4 околь-зпцр^о разряда в воздуха. Разработе ы притеки „иагностм-., кн физиологического состояния аидкофазных объектов.

Впервые юследованы газоразрядные характеристики крови человека л на ыод'льных экспериментах показана возцо* ность оценки функционального состояния больного.

Практическая ценность. Лрактачегкаи значимость работы состоит в . ^дс. .и-- комплекса методических, технических и програикно-алгоритиичоскях соедств ,ля опорр-ивной регистрации газоразрядных пара-ех^ов и ах обргЧотии в ревимо реального вреиени. Г> :иуцестваии предлагаоцого ивтод:. является возиоян-оть получения шп.-гральнгч хагчптэристи-ки фазиолг ""нческого состояния обьектч, простота используемо». конструвдии прибора, воячовность вазуальпого контре -п о'"знки параметров.

ь

учетом при. ладной надр"членности исследоват.. дани рекомендации по применению гг заложенного иыода. в ркдо отраслей шшро*'^ .огцческой, пищею!!, фармакологически»! про-1ШВЛОШК 1и. Приведены прицэры реионая отдельных медицински.4* зад?ч контроля, диагностики п.прох-.озироваь/^ гЬунк-Ц1 нального сост1_.а1ия человека По материалам диссертации получены удостоверения на рационализаторские предлолонич,

■шняше к .¿пользованию в г родск^.* болъниг- (.2 I имени В.И.Ленина г.Ленинграда.

еалиг ция роз "штатов. Разра( лалннй ые^од и созданный г*1 его основе -комплекс методических, технических ц прог! .ыиных средств и,ля авт. латизированной обработка сиг-нг -об приня л к использованию Ш... лазерной хирургии, г.Москва, в составе оборудования для реализации в клинической практике. ,. ■

А работ: Отделение положения и резуль'. ,ты

диссертации докладывались на всесоюзных конференциях "Диагностик- и лечение инф^жта ипокарда" (Тбилиси, 1935), "Новые перспективы л ¡ения и профилактики острого инфаркта миокарда" (Тбилиси, 1989/, Международных симпозиумах "Применение лазерной хирургии в медицине" (Самарканд, Т~>89),. "Сиь зтрия структуры" (Будаполг, 1989).

• Публикации. По теме диссертации одублиг.тно 9 науч-'-вых рг от.. .

Объем работы. Диссертация изяокер° на Ь- 3 стра.' щ..х машинг-иснат текста," состой™ из 5 разделов (включая введена г выводы), содержит 34 рисунка, 12 таблиц и .3 приложений, список литературы насчитывает 116 наименования. , ' .

основное содержание работы

проблемы автоматизации диагностики состояния Биологи1."

объектов. постановка задачи исследования

^ настоящее время уровень технических средств позволяв! оперативно ро-штв одн" из вакьейиих информационных проблем связанных с д: лгностикой состояния ".^вых организмов I б**о-логиче. их систем.

?

Специфические трудности решения "->их проблем опрег. тя-ются, з первую очередь, особенное ш биологических сис-теы, как природных объектов, имеющих сложную структурную и функциональкуи организации на всех уровнях иерархии,' ■высокую степень индивидуальности. Эти свойства ж.^ых объектов приводят к значительной вариабельности характеристик физиологических ;роцессов как в нерп«,, так и па' "»логин, сникающим эффективность их статистической об^чботки.

Су зственн^ ионентом "чляется также неМходлиость получения 1 ряда случаев интегральных характеристик чего фи' юлогического состояния в реальнгч шсытаие времени. Б то же врэця в области б. медицинской дне рустики наиб -лее многочисленные. является именно целевые а. :они .ныв системы для применения в отдельных' функциональных ос._ас-тях, например, с"стеыы автоматической с 'работки электро-физ>,ологи"~ско,ч информации, предста! еиной в виде записей кривых (ЕКГ, РаГ, ЭЭГ и другие). При этом рнация ос объекте как целостной биосистеиа ч^сто созывается или недоступно! , или ее получо.чие связано со значат елы..лш затратами времени.

Наконец, отсутствие формального ог.„Си.»ия диагностируемых признаков того или иио1о состояния и, в "алой ряде случаев, принцкпиалы. Л певозу юности \uitoro описания, приводит к несоответствию формы представления каче твен-ных риэнаков входному языку ыаиин.

Эти и другие особенности биомадицинской диагностик., превращают адачу ее автоматизации з слоануп научнуо проблэку. Эффективно ревениа этоя пробл^ш, позволяющее сформировать необходимую информацию о состоянии '".сследу-еасго объекта для последую..зго прнл 1виля методов теории автомат"ч9охого р. опознавания, связано с разработкой экспресс-метода, допускающего создан;..; фориал* 'оваппой подели диагностируемого объе: та - биологиче :ой системы. Создание такой моде.,.1, заменяющей собой объект псслед..ла-ниа, позволяет п,и алгоритмизации диагнос тчес ого процесса в значительной степени упростиь прс'чецу, связанную со спецификой биоцодицинг"ой диагностики.

О этих.позиц 1 в настоящрй работе рассматривагся задача теоретического и экспер"иентального и^ле* вания метода ГРВ с пол. ) оценки состояния кидкофазных биоло. .лес-ких объ. тов. Анали~ физической сущности метода поверхностно ГРВ и особеннс :ей получения с 61 поцоюы. информа-Ш ■ о свойствах ;ъектов показ- т, что информация пьредает-ся 8а счет воздействия объекта на характеристики ги-ювого азря„а (и; енсивниоть, прос^ранст лшое ра^ределение, спектральный состав свечения,). позволяет выделить широк" 4 спек-р информативных паране-чоь объекта, определяемых <*изико-хишческим состоянием его поверхности

С ,новные этапы проведен, лх исследований формулируются с. дующий с разом:

- разработка методики получения газоразрядных характеристик кидкофазных биол -'ических об-чктов с использованием повер аос чой ГРВ;

- разработка спосооа и устройства для регистрации гаао-разряднг характеристик биологических объектов

- выявление осно_.шх параметров га''вого-разряда, информативных в отношении Микологического состояния объектов исследования; .

- разработка математической ыод^л: стримерной струк""7-ры газоразрядного свечения воздуха; .

- разработка криториев диагност ки состояния жидкоф'з-ьых биологических объектов; • • .

' - чкспер'шентальныа исследования состояния биологически; объектов по разработанным ыетодш ц и оценка перспектив использования методе ГРВ для диагностики состояния кидкофазных биох гических объектов любой прирогн;

- выбор структуры и разработке про^аыыно-алгоритмичэ-ского обеспечения автоматизированного диагностического ком-пл ~ ¡сса.

РАЗРАБОТКА ИЕМ^А РЕГИСТРАЦИИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ХАРАКТЕРИСП »ЧДКОФАЗНвХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Газовый р°зряд поверхностного ти-а возникает в системе -электронов "острие-плоскость" (АВ, ^ис.1а), к которым при-

лихено импульсное высоковольтное нап.гчжениа и развивае. ся вдоль поверхности тонкослойного д- лектрикэ* ого вид ыокет меняться от квазиодиомерных структур до сильно ветг цих-ч картин пробоя в зависимости от диэлектрических характеристик вещества пробоя, формы импульса и его полярности, конфигурации электродов к других факторов. Радиально разветвленные структуры, з. фиксированные на фотоматериале, лвлпю-щиеся результатом развития коронных и искровых ра^ядов, извесг ч под названием "фип,фы Лихтенберга" Ваако, что при так' I разряде вещество разделится на области д'^ект-ричес: ")й и проводящей фазы, так что гргт'ица этих фаз является динамический объекто! сложной стохаст гзкой формы (рис.16)

В данной работе установлено, что если "острие" з^а-амь капилляром, заполненным -"чучаемой идкостью с введенный в нее -1ектродои, то фигуры Лиха нбзргя будут видоизменяться 2 ЗаВИСИиОСТИ ОТ фИЗИОЛОГЛЧеСКОГО оО^а'ОЯЫИЯ объекта. На этом эффекте основан иетод диаг чстики состояния аидкофазнох биологического объекта. Схема осуществления погода и вид фигур Л;г-,ьнберга приведены на рис.1а, б.

■и л} > -*1*» Л _ . .- . . -

г"™-5

о-V,—! |

Рис.Х а - пр:шц«»Л1. .льная схаиа метода диагностики со^-оя-ния аидкофазных биологически объектов; б - лд фигур Лит-тенбзрга в системе электро-, эв-"'острие - ш.-ско^ть". 1.2 -'сторанезой и плоский электроды, 3 - фотоматериал, 4 - капилляр с исследуемой жидкостью.

Ялп исследо! ния объекте", находящиеся в вдк '1 ф«зе, разработано устройство (I), ч котором дозь^ова. joe количество пробы i"б ралось металлическим поршнем шприца, ¿наб-кенного ¡иэлектриче^киы наконечником с калиброванным ка-пил~ярныи отверстие! радиуса гс . Б н осредсге_.ачной близ- "¡та от менискь жидкости на с сстоякии ~ 2 мм размещался фотоматериал, расположенный над слоем диэлектрика, лрепят-~твую-,им с оэноыу пробою пг плось 3 электрод - полированную стальную плотину радиуса R , причем Й^П, . Контроль за ютоя'^.твом профиля капли осу вселялся выбором конструктивных элементов разрядного устройства. Высота капилляра жидкости По его рг иус определялись из ус. овия (? ^/¡fS^l/" гДе d и f с00т 'Тсгвенно коэффициент поверхностного натяжения и плотность »идкости, д - ускорение свободного пад-лия.

Г-ра>'чтры элект-чческой схемы высоковольтного "энерате ра были выбраны таким!., чтоЛы обеспечить реяиц работы устройства при котором оказывалось миниыальнив .оздействио на объект. Это доен алось при использовании одиночных импульсов напряжения 3-5 кВ . ри длительности порядка 10 икс, т.е. сущесть-ано меньше времени протекания биохимических процессов ~ кивом рганизые. При эи' обеспеч^алоеь постоянство амплитуды, длител ности, формы электрического импульс , что "являлось ..аряду с постоянством параметров рчеш--dtt среды (влажность, температура, давление воздуха*1 условием "оспроизводимойи результатов экспериментов.

Инициируемое газовым разрядом излечение, возникающее вблизи поверхности исследуемой кид-ости при помещении ое в импульсное электрическое поле высокой напряженности^ регистрировалось либо инструменталь"о с эмоцыо спектральной аппаратуры; либо на фотоматериале. Источниками инфор-uf -ии о состоянии объекта слунили параметры газоразр .дно-го свечения (интег^ивьость, спектральный состав, форма простоанственного распределения д. умерных структур).

Наиболее сложной оказалась проблема аде^атной оценки $игур Лихтен^рга. В ходе зкеперимеггов были предложены

и

два основных подхода к методике обработки фигур, которые ■могут быть условно наз."чны морфологический й системны? Сущность первого подхода заключаемся в г j, что для количественной оценки наблюдаемых закономерностей изменения характера изображений предлояэл набор геомет.'ччесяих парапет, jb, определяющих морфологические признаки: нарушение формы контура, и шение топологии разрядных к-чалов.

Второй подход обусловлен необходимостью математически характеризовать скользящий газовый разряд, поскольку возникающая в процессе роста протяженная стрццерная структура обладает не .оторыии общими глокэльными свойствами, называемыми фрактальными.

Задача ис ледования состояла в в. явлении связи параметров газоразрядного свечения г физиологическим состоя-н-дм исследуемых ; даофазных бъвкт.л.

иЗРАБСГКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ГГОРАЗРЯДНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Основу расчета параметров ГРИ .составляет форма фигур, которая была образована соедине юм' концов разрядных зет-,'вей плавной кривой. Граьлцы контура определялись наиболь-'ujm плотностыэ ,а'четки фото: черпала. Еторш опорным элементом слудил 'зародышевый центр,- являющийся проекцией мениска жидкости на плосг-сть диэлектрика. Исследование и<-роорганизмрв показало, что наиболее характерным пр...)наком динамики примерных структур являлось 'закономерное наруг--ние лх симмегчш /9/ Эт~ обстоя эльство служило осново-попгаюцим принципом в отборе информативных пара..зтров. На рис.2 показана ехг ia фигур Лихтенберга, в таб ьцв I приведены основные параметры,, использ^ча!. ые при обработке.

Таким образом, морфологический подход к оценке фигур Лихтенберга медставляет и способ описания nenpt-рывяс v системы с помощью дискретного набора (вскозно больиего числа) шрам- тров. Ограниченность га"ого подхода проистекает из стохастической природы процесса, v. которой следует, что описание целостной системы, ка..ой ..вляотся фрактальные структуры, не мохет быть полностью сведено к сумме от зль-.lux, составляющих ее элементов. Серьезную задачу ллч лам-

I 2

Таблица I Параметр' формы и структуры ГРИ

Рис.." Схема фигур. Лихтенберга с указа-

аец элоценюг сг^ктуры

Пг иметр контура Площадь (по ореолу) Коэффициент формы К Отношение максимальной и минимальной хорд § число точок пересечения контура ; окружностью радиуса пг

где П -1,2,3... Г=5мм Диаметр'зародышевого центра Число разрядных ветвей Число концевых ветвей 1..,сло точек ветвления

Р Л

и

л

н

x

ных объектов представляет также способ измерения необходи-^ г "личин в условиях 1Щ флук' уацпи длины стримеров.

По эи' : причинам представляется конструктивным подход, основанный ча описа ии фрактальных объектов с помощью ха-рангерисхшн', определявшей внутренние свойства процесса п не двисящей от способа/ее измерения'; Такой характеристикой является фрактальная размерность, называемая иногда-парагетрой:ХаусдорФа..Поскольку длина фрактальной кривой не является представительной велич чой вследствие эагчси-мости ее-'величины ст исполгдуемого масатаба, в математике вычисляют "размерность" фрактала, чтобы. ..ачоственно оценить, как он'заполняет пространство.'

Фрактальную структур" фигур Лихтенберга шоено описать, исходя из закона роста ветвящейся физической системы. Фраг-'алытя размерности определяется путе-' подсчета стр. -мерных ветвей, содержащихся в сфере радиуса Я .

' (I)

где д(г-) - плотность распределения стримерных ветвей, ~ размерность пространства. Отсюда следует, что плотность расг еделения стримеров у .оьлетворяет мкону

р(г) ~ , (2)

где Ъ - фрактальная размерно сь.

Для удобства расчета фрактальной размерности цояно ввести следующие паранетры: ^ (л) - полна? длина линий разрыта в окружности ради} а Л ; /(л) - число ветвей, перосекагаг'х окруинг-чь данного радиуса; (Г ) - число точек ветвления в диапазоне Г-~Г*(1г\ - число

свободных концов в диапазонъ г— г+ сСг- . Таким образом, для фигур Лихтенбврга фрактальная размерность может бить определена оггчи из следуйщих вариантов

^М-г* (з)

Апалязир^ I зависимость (3) в ло1ирифмпческоы масптао'е, мокко с помощью метода наименьгс х квадратов попосредствен-определить раь-ерпость 2? . Для других лара-зтров соот-х тственно выполняются соотноаенпя*

1(г)~г34;. г- со

В диссертации проанализирох ,ни риббты, в которых иоде-■ лиоу-'^ся п; >цес'сы роста проводящей фазы при условии, что ое рост - процесс пробоя кет ллических свяаей,.сосуавляю-.щих простую кубическую репетку. Процесс роста моделируется вероятностью пробоя уз 5 рг етки Р^ , которая пропорщ нальйа локальному 'электрическому пи.лэ '

" рГ $ . : ^

' где О - произвольный показатель степени. Щ . этом пс. ■ •казано, что фрактальная размерность"разрядного г честера; вероятность роста которого опоеделяет^я ютнопениац (5), не являётся постоянной величиной,.а- зависит от данного вида распределения вероятности, отражающего ояред.ленн'-"* физические свбйства процесса пробоя диэлектриков.

'ГСЛЬ^ОЗАНИЕ В.ТИЛН'ЛЯ 1ИДК0САГ~0Г0 ЕЮЛОШЕСКОГО ОБЪЕКТА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГА ВОРА 31 .¿ДНОГО СВЕЧЕНИЯ

В настоящем разделе представлены основные экспериментальные исследования физиологического состояния кидко^азно-

го объекта, выполненные^ примере дронжевых культур с использованием для оценки их состояв ч характеристик гаво-раяоядного свечения. Отде; -,ный раздал посвящен о' тсанию основных свойств микробиологического объекта. Сделан об-оор существующих • этодов определения физиологического сос-тояниг дрожжей. Проведен анализ возможных причин влияния объекта на ра витаестшшерного разряда и пбсуждекы механизмы этого лияния,

пределен з. ектрс^ьный лиап^зон свечения, воькикйюще-го в присутствии микробиологического объекта, находящийся в ди^чазоне 28С-620 им. Показано, что дрогаевые культуры, находятся в раздкчныг £азах роста, независимо от видо-~ой лринадлеаг-сги х бактеризуются различной спектральной обi .сию газоразрядного свечения и его интенсивностью.

Анализ рез'ч^тг-ов бе..*ее £0 серий опытов, пров^де^лых при раз ччных условиях культивирования дрожкевь'х микроо^ • ганиэмов в периодическс режиме, установил корреляции зк-К .31; ценными зависимостями параметров ГРИ и кривыми, характеризующими физио~.)гическоэ состояние культур (кривой роста, инт^ юивностлй дыхания, удельной скоростью роста). На рис.За по-.а'зан в качества примера.вид зависимостей отделкой группы-па; ыегров Г^й.от времени культивирования, сопоставленных с кривой роста (зависимостью роста биомассы со временем), -лтучещцрс при культивировании в качалоч-ной колбе кулыгурк С. у. íLliermonuii ( ЗБ 569). Аналогичные сшисгимости получены и V.-ш других ви^ое -дрогаей.

Изучение динамики поведения, параметров ГРИ в ходе исследований (¿аз роста показало, что те из них, которые в той или иной степени отрг. .акта характер фигур Лихтенбер-ч как целостной системы взаимосвязанных признакеj (Л",\ обнаж/»или тенденции к периодическому (колебательному) закону изменения ;зна "ший со временем, согласованному с изменениями параметров роста куьтуры. Напр-тив параметры, отр; :авшие частные детали формы иль структуры ( d, N ,Р) не обнаружили какой-либо общей для ьсех закономерности пс эдения.

Системней под- од к оценке ГРИ позволяет решат задач/

У'{О'

сл

!2 & 25 43 . сО

Рис.3 а -. арскошйм эависикрозл параметров фор« и структура Г*Ч и кривая роста ¡:улычры С.¡'ЛШегтопсСи ; о' - сре«зш&1е зависимости ^ахтаг чс 4 размерности и удзльной скорости роста. Б - кривая роста,г/л;

- удельная си „меть-роста, ч; К , N , £ , я , Ц) - па^ _и,:етри ГРЛ, чтн.од.; 1,2,3,4 - фззы роста; £ - время куяьгавироаадия, ч.

4 I

оце^чи состояния биологического объекта, используя ® качестве критерия значение фрактальной размерности стримерных структур с учетом п.риоди зского закона изменен« параметра ог» временем. Значения параметра Л лекат в диапазона 4. 2 для плс кой геометрии или К-И)** 3 для сфериче-

ской геометрии. На рис.36 показаны кривые зависимостей па-' рамет^а -Хаусь рфа 3) и удельной скорости роста /И от времени кул: .'ивирования. Из графика следует, что кривая имее. „ва-вг^ажел'-чх &..стремума; порвкй из них -середине экспоненциальной фазы роста (участок 2), второй в области сч? -ионарной фазы (участок 3), которые соответствуют значениям пксииалыюй и минимальной скорости . оста ыикроор' .низыс на графике ). В фазе деграда-

ци. культуры (участок *0'ход кривой 3) {-¿г ) однозначно экспоненциален

В е ссертации показано, что основным фактором:, влия. -щим на формирование фих^р Лихгенберга, и, следователи. , не. зе'личииу параметра 3) , является искажение электрического поля « разрядно- промежутке за счет неоднородности структура .оверхносхя объекта, связанной с гетерогенностью его фиэико-хлмических свойств. Выдвинута гипотеза, что в закиноце'рности на; ушения фрактальной- симметрии в процесс/ жизнедеятельности биологических объектов :находят отражение наиболее обмиа'сво"ства .биологических систем такие, как термодинамическое нера'ь звосиа и с.ьяза! ая с ним спооиб- ' ность к саийор'ганизации. С ..тих-позиций ^ано обоснование перспектив использования метода для широкого класса обьок-тов. '.. ■

В работе приведены щ..шеры решения отдельных ыаджг'н-ских задач методой ГРВ с использованием в кач.зтве объекта «^следования кро'ви больного. В частности, впервые показана принципиальна возможность использования газоразрядных характеристик крови для г;'¡агностики г"стрмальных состоя. ий, контроля за динамикой состидот организма при терапевтическом воздействии облучений к других целей биоме-д. инской практики.

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЙИДПФАЗНОГи БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТ/.

Сущность разработаннс з метода диагностики состоит в оценке газоразрядных характеристик свечения, возникающего вблизи поверхности объектов, находящихся в различных физиологических или функциональных состояниях. Основу метода составляеа иатоматичас я модель, описывающая рост ветвящейся систеш - стряыерного разряда в воздухе - и определяющая гран, .ы изменения параметр в при переходе от нормы к патологии по разработанным критериям.

С целью кс лыстерной обра бот.-J информации разработан автоматизированный комплекс технических и программно-аг^о-ритыических средств на базе ЭВМ "ДВК-З". Структурная схема комплекса изобоааена на рис.т. Гчгнал с телевизионной 1.и»меры поступает на вход модуля 'записи и обработки сигна-

Геиерхтор ВВП

Объект

Устройства

^ЗиСЛ. SHUL

Т~

г

вкь

foaSi'vnj/pa.

L-1-Ь—ь'

Оптический 5/JCK

I

МоЛуЛЬ записи и б$ра£отки i"''-сигнала

Мнтеррейснш

i

Выёо? на neva/m

i

Процессор АВК-3

{¡¡ГЦ*

J Сь.мВнг*

памяти

Рис.А. Структурная схема автоматизировавшего диагностического комплекса

лоз выход с которого свя-dH с видеоконгролышн уст^ойст- -вом и SEL!, которая укомплектована имволы'чм и графически» терминалом a.xiLjiicñ ' шятыз иа магнитном ис пело. Подуть преобразовывает аналоговый видеосигнал амплитудой *В, днскрегнанрук его по двум уровнях и времени в растр размег"'Ц 256x256 точек, кандая из кот^ош: соответствует I биту ОЗУ, Сбг и вводимой в память информаа"н сосгпгляег С4 кБ.

"ользоваг.л- ведг^ дnariv с спстемол, попользуй терш-нал с клавиатурой и алфавитно-цифровым дисплее:,;. Обработанные грсчишно (err Еешшо, без помех) изобракеыия, а так- • ке полученные при маиипой обработке параметры, записшаш-п в (Хайл и х; нятся jo внешюй памяти, что позволяет опера: jpy проводить сравнительный анализ изображений я их параметров.

Пра' тика расчета отдельных параметров ГРП с использованием 8BL5 даст погрсаь.сгь результата от 1-5/5, что на э-дп .зя в пределах допустимого пятипроцентного уровня значи-.мосте критерия. Габона комплекса была испытана на кафедра обцеи флзи. j ЛТК ии.Лспсовста и положительно оценена представителями заказчика ШЩ лазерной хирургии (г.Москва) ■

■ . - V. ' . ' . "' ■ I БОЙ! , ' :

1. Анализ состояния проблем автоматизации биоиедкцип-ской диагностики показа'", что оо э^ект-вкое решение ья- •■ sano с. разработкой зксперсс-метода, позволяюцого получить инт&грздьную характеристику исследуемого .объекта с по-модьв формализованной модели, которая дает возможность при алгоритмизации диагностического процесса определить границы перехода состояния объекта от нормы к патопгии по раз-.. работанныы критериям.

2. На основани" проведенных исследований показана целесообразность использования метода ГРВ для диагностики.и кон^ооля состояния объектов, находг дася в видной фазе. Разработаны способ и устройство для реализации метода.

3. Установлены закономерности изменения параметров газоразряд!..,го свечения, возникающего вблизи i jbs^xhoctr

• кидксфазнсго объекта: интенсивности, спектрального соста-? ва, распределения стримерных -труктур (фигур Лихтенбе^г") в зависимости от физиологически • состояния исследуемого объекта.

Предложена математическая модоль роса стримерных структур и на оо основе ш ;дон алгоритм их обработки, сущность которого состоит в измерении фрактальной симметрии самоподобных объектов,

5. На примере исследования дроздовых культур показано, что контроль за динамикой ра^ития микроорганизмов мозно осуществить непосредственно в процессе культивирования по измерении фрактальной размерности фигур Лихтен-берга в реальном масштабе времени. " этом состоит прей. у-цество метода по сравнению с крчестишга.

6. Исследовав схохасги^скда эдели пробе диэлектриков. На примере образования фигур Лихтенберп показано, что прь иной изменения фшктальпой раз зрностп 2 для плоской геометрии) — ксяаязнцэ электрического поля а разрядном промежутке. Предлоге иохь^пз-л влияния объекта

' па р-ззигг стрииерного разряда.

• 7, Разрабо.а' ч устроЯот: ; для рзптегрзцки ¡г сдоооб ; оценка газоразрядпих параметров- яровн'челогеяа, завдцоа-ные авторскими евпдетг ьст" ть^а СССР. Пр:стзд"ао обоснов • пае перспектив применения истода д~л дндглсзтпзи ьисгоя-ния аирокого класса объекте®

8. Разре 'отан а-тоу тизлроз, .щмй ги'лгнсстлчеркий кост-лг-с технических и программпо-адгоршшг-мских средств дли ' получения п обработ1 ; газоразрядных харапгэрпег.л видпо-фазг :х объектов. • ,

Основное содержанка диссертация изложено в'следующих публикациях: '

I. А.С.12Ш31 С 03 С 17/00. УстрсГ тзо для фотографирования газ^ого разряда от «идкофа'чых объектов в электрическом поле высокой папряаопиости/Гал..лдпи В.А., Гудапо-ва Г.З., Коротков К.Г., Колесников С.к. СССР/.Опубл. а Б.И. 1985. 2*».

V 20

А.С .1377813 0 03 В .1/00. Способ определения Физиологического состояния биологическ'ло объекта/Галын-кин В.А., Гудакова'Г.3., Гчрновой А.И., Коготков Ч.Г. ССьР/Опубл.в Б.К.;1988, й 8.

Ь. А.С.156106г С Со С 17/00. Устройство для фотографа-" рован!"' газового разряда от нидкофазных объектов в электрической поле высокой ныряаенности/Г^дакова Г.З., Ев-чук B.C., К( 'оеков К.Г., Кукуй Л.М., Попов Ю.В., Шарапов \М. СССР. С уо.в Ч.И.-ТЧ90, i 16.

4. Рудакова Г.З., Галынкин В Л ., Коротков К.Г, Иссле-довапче спектралыц'".'характернее газоразрядного свече- . Лия микробиологических чульгур//1урн.пршсл.спектроскопии. т988. Ï.49, № % сЛ~2-417.

5. Гудакова Г^ЭГ, Кукуй Л.М., Ганелина И.Е. Первый . опыт 'пркмеяешг* га^ораар^дной визуализации цля оце ки ^е-чонин с трого инфаркта миокарда/Дез. докл.- В сб.: "Дна -Еостика и лечение инфа1 :та миокарда". Тбилиси, ; J87,

С ."2-54.

6. noi.jB Ю.В., К.куй Л.М., Гудакова Г.З. Применение : лазерного ястракориоральнсго облучения крови при лечении хронической ЛВС'и острого инфаркта миокарда/Дез.докл.-. ' В Co.: "Применен? лаззойоР хирургии'в иед-ицаив". Саыар--канд, 1988.. С:85. •.

7. Люблинская. ".Éi, .Рудакова Г.З. Физическая цодедь образования фигур. Листе.берга при ^овдг 'ствии иыпулк.» высокого'найрякения на. асидкофазный биологический объект. Деп.ВИНИТИ 23.05,89 И 34Ю-В8ЭгЛ.:.ЛГИ,' 1989, 13 с.

8. Гудакова Г.З,, Галынкин В.А., Коротков К.Г. Исследование фаз роста культу, грибов рода Candida методоу газоразрядной ви8уализац"и//Мик0логия и фитопат логин. 1990, X.2/ , Ш 2. ,0.174-179. .

9. frudâkova ublinskaiaI. £ Broken symmetry of structure of Gas-diicAarj " ¿¿сЧелбег* /inure when ti. logical Liquid is placed it. io electric /¿eld ff Proc. о/ symposia ¿¡immet/y of structure. /SâS.

*udape£i. p. /76,

'23.11.90 г. Злк.694-ГЭ. Бесплатно РТП ЛТИ e .Ленсоватр .Moc.-jec "tô пр. ,26