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

t

.®НИНГРДДСКИП ОгдЕНА 01СГЙБРЮК0Я I ;В0ЛЩИ И ОРДЕНА ■ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗИАЖНИ ТЕ». ЛОГИЧЕСКИ ГКСТ1!ГЛ ниэня ЛЕНСОВЕТА

ГУДАКОВА Галин" Зусманопна

РАЗРАБОТКА МЕТОДА if АНГ MATíBMFOBffiHLÍj. С1П®Ш ' диАгташш И КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ШЩШАЗННХ БИОЛОГ*. Я5КИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.13 * Пряборг я мотодн ri rpüiut' природной среды, вгцеетв, матордалов я из доляЯ

Автореферат дис.зрп 4V на соискание у~«оной степени кандидата технических i.ays .

Нг правах рунопнкг

Ленинград - 1990

.-■" 2 .

Работа,выполнена б Лещ.^грйдском ордг -а' Октяорьской Революции и' орчена Тр-/довоГи Красного Знамени технслогическом инст .уте и' Ленсовета.

. Научный р^'КОБО; 'тель: , ,

д tiop техиичвсьл наук, KÄMET

профессор Владимир Васильевич

. Официальные опйокентк:

док~ор теун>5Ч0^йих наук, .^УСШОВ

профессор , - Леон Абрамович

каад дат физико-иате^атичсе.лх АКУЛИШ1ЧЕВ

i ук Валерий Венедиктович

Ведущее продггчяти» - Г"0 Гидролиз, г. Ленинград,

~*шцг'^а состоит г " 27 " декабря - 1990 рода -в' 18 часов в ауд. ' 61 к р^седании спе-

циализированного cor са К 063.25.08 в Ленинградском технологическом, институте вденп 1енсовета по адресу: I980I3, г. Ленинград, Московский п*., 26, ЖИ им. Ленсовета.

С диссертацией дагно ознакомиться в библиотеке Лен.,.1-

градского технологического института-им. JieHcot.ra.'

*"'•.* . » '

Отзывы и замечания в 1-й зкзешг -'ре, з^верекнк А jp-бов'оt гечат^, проспи 'отпра- тять по адресу: I980I3, г. Ле-mjwpr Московский пр., 26, ЖИ иг. ." ^совета, Уч~чый Совет. - ■ . . •

Автореферат разоол. н

"Щ- " UCifi^U^ 1990 г.

Ученый секреа ръ спег 'пизирояанного оовета,

канд. техн. наук' »rfГ Н.В. Лисицин

ОЕШ ХФАКТЕРКСТШ .АЕОТЦ

" Актуальность проблемы. Проблема з^фекгк^нсста б"оио-дицйнспЪй диагностики в настоящее время уделяется Оилыаов внимание в с^язи с иеобходииосгяо получения оптп .льного количества объективной информации при повышении точности ее качественных тюкг^ателой. и сокращении .роков пре^таз-ления.

Йспользова 16 для эмх целей автоматизированных систем позволяет осуществить ьеобход 1уш формализацию псоцо-дур обработки данных, что в значительной степей.. поьлкаог оперативность процесса диагностики, иск.шч^т при этом элемент субъентлвг •ли. Существенно, что испо.-'зог тло ЭВМ и катемати .зских петомсз обработки данных дшнуе ;я но только необходимость» анализа больши"" ^ссизоз информации, но и оперативного воздействия ча год хииипеских, $¡131. .ескнх, бл^.логиче..;п>: процессов, осуце„ в: такого пт коррекцию.

Проблем диагностики з^ых организмов, в ои чг. до апро$аз1.лх биологических объектов, особенно актуальна дяг меди: "шы, экологии, цикробг.одогичо х практика. 0::-спресс-апализ ¿аз роста микр эрганизиов с целью оперативного зездойетвкя на пгоцесс куд^тквиров лш; ысш^Башю харак' 'ра воздействия патогенных факторов на приро^но средк обитания гилыг организмов, а : ^рзуа люд-

ную; контроль аа динаиаяой развившейся патологии в оргь, ■ннзма чвлозе-ч, оценка клинической эффективности проводимой терап^ и ряд других задач прогнозирования и диагностики требуют для своего решения новых диагностических методов и разработки па их основ-5 аггоиатпзированпия спстеи на С зо ■ )в-9ненпьх техннчс.,кнх средств.

Актуальность данной работы сост я в тон. что исследование направлено на покск новых подходов "с проблоио диагностики состояни", ^дологических объектов па основе использования нер" зруанвадх цвтодо. контроля п повроион-¡шх технических средств с дезьо разработки явтоимизпро-ваян. 'о диагностического комплекса.

Среди методов, использумшх регистрацию проц' coi, в изображений, широко чзвесхен метод .'азе разрядной вазуалязат"ш (ГРВ), который применяется б ряде .областей -чая -¿лучен л газоразрядных изображений рельефа поверхности с целы? ээ контроля, а таг з микро! .юдно-ро^остей внутр 'него объема наличного рода объектов. Метод ГРВ основан на анализь параметров газового j. .з-ряда. возникающее вблизи ппверхн- "хк иоследуемого объекта при помещении его в электрическое поле высокой нап^якенности Д05В/сц).

Анализ физической сущности метода ГРВ и особенностей аолучения его юмоцьг информации показывает, что рннаый ывт^ч отраиаег характер ~/акционирования объектив, в том числе биологических, на различных уровнях их организации, лс хоиу он ияет бить применен для ис-сл дования аначигединого класса объикгов с целью Г'аг-носглки и£ состоянии < . ыи-.рсорганизмов и образцов биологической видкости до организма человека.

В зо ев время Ej'^ch-jiay использованию метода на практике препятствует проблема нахождения адекватных алгоритмов обработки газора .шдных изображений и в связи с яхим отсутствие дс товарных колкчес .ванных оц<.лок получаемой информации. •

В настоящей работ на пряыере исследования *икроби-'глогической дрожжевой культуры рассмотрены г опросы ^заработки методики получения газоразря*лых характеристик ви^о^аныХ .'иологаческих оьлвктов с использованием по— EQpxHt-тей ГРВ, оценки параметров . поражений, рав^а-бс ки автоматизмпованнок системы на основе компьютерного анализа сигналов по заданному рпгорт"гму.

Вшолненная работа продолкает цикл исследований, связанных с прилен':шем физических методов воздейств. i ча обз.ек. i биологической природы, которые проводятся в течение ряда лет в ЛГИ им^енсовес Диссертация выполняла^ в соо~эетствии с компл'ченой целевой . рограшой Минвуза РСФСР "Датчик.." и соохветствге! координационному плану АН СССР (раздел 6.2.2.17 - Приборы для диагно-

t-ических исследоъ.лий), в котором с^чсиолчителец явлр t-ся Нинвуз РСФСР.

Цель работы» Разработка автоматизированного дир^оси-ческого-комплекса, позволяющего получить интегральную характеристику состояния ¡однофазного биологическс j обьен та, на основе которой возможно осуществление оптимизации биотехнологических юцессов, оценка кли-лческой эффективности проводимой терапии, прогнозирование течения заболеваний " ряд др.^их важнейших задач. . 1

Научая новизна. Разраоотан ь год оперативного к. и-роля " диагностики состояния кидко$азных биолох .леспих объектов, основанный на ¡г 'врении шгеьсяг'о^ти, спектрального состава, араыетров пространственног' ра' реде-дения гэ.зоразрлдного свечения, возникающего в возду1 вблизи поверхности исследуемого объект?

Разработано устройство для реалг ации метода, зачтенное авторскими свидетельствами* СССР.

Разработана иатематическая «од.ль ро^та двумерных стрицерных 'труктур газоразрядного свечения i. -здухи и на ее осново предложен аторитц обработки этих структур, col-оящ»... в измерении универсальной xn.ai.еристики само-подобяых объектов - фрактал: .ой размерности.

На примере исслег вания др-*аевых ь^льтур дрод*оаон . «ехаь .зк влияния биологического объекта на раэзити* скользящего разряда в воздухе. Разработг, н нр»тегчи „иагяостн-., ки физиологического состояния аидкофазвых объектов»

Впервые юследованы газоразрядные характеристики крови человека & на иод^льных экспериментах показана возцоа ность оценки функционального состояния больного.

Практическая ценность. .Практическая значимость работы состоит в .издс .иг" комплекса методических, технических и програыкйо-алгоритиичоских соодств .jin опор?-ивноЙ регистрации газоразрядных пара-етпов н их обргЧотки а peamie реального времени. П;н шуществани предлагаонок» ыетод.; является возмокв'оть получения «ni-гральясЧ хагчктвристи-ки фязиолс^ического состояния объекте, прсюта используемо». конструкции прибора, зо?чокность визуального контре *я о- эняр параметров.

ь

1 учетом при. ладной напр"членности исследован!.. дани рекомендации по применению п едложекного метода в ряде отраслей микроб .отческой, лицевой, фармакологическое лро-мыаленки ги. Приведены примеры рсиенил отдельных медицинские задач контроля, диагностики и прох.-озирсшь/' йунк-ц! налыюго состс-лщя человек По материалам диссертации получены удостоверения на рационализаторские предложения,

ишачив к .опользо-башш в г родск^ болгниг" й I имена В.П.Ленина г.Лр"инграда.

еалиг уля регг,ль?атов. РазраСлашшй ыагод и созданный рч его основе т.оцллеко методических, технических и проп .ышых средств «ля авт.латизироваваой обработка сиг-иг ов лриня л к использовали® Ш... лазерной хирургии, г.Москва, в составе оборудования для реализации в клинической практика.

4 >об"чия работ? Отделение положения и резудь'. .ты диссертации докладывались.на всесоюзных конференциях "Диагностик- ц лечение инфрчкта миокарда" (Тбиллъи, 1986), "Новые перспективы л -шия и профилактг'и острого инфаркта миокардав (Тбилиси, 1985/, Международных симпозиумах "Применение лазерной хирургии в медицине" (Самарканд, П89), "Скм--зтрин структуры" (Будапочг, 1989).

• Публикации. По аеыо диссертации опублитзвано 9 аауч-вых рс от. .

Объем работы. Диссертация излоиен^ на 1с Э отраг щ.,х цавинг^исыо.гг! текста," состой"1 из 5 разделов (включая вве-деь..з выводы), содержит 34 рисунка, 12 таблиц к ,з приложений, список литературы насчитывает 116 наименований. , ' .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЗАЬиЕ РАБОТЫ

проблемы шсоиатизг;ии диагностики состояния биологи: :ских

объектов. постановка задачи исследования

В настоящее время уровень технических средств позволяв' оперативно рожать одн-' из вакьейиих информационных проблем связанных с д: дгносгикой состояния *.ишх организмов I б"о-. логвче^ :их систем.

7 . ,,

- Специфические трудности реиенш ""их проблем опрег,- тя-ются, з первую очередь, особенное ш биологических систем, лак.природных объектов, имеющих сложную структурную и функциональную организацию на всех уровнях иерархии,' "визокую степень индивидуальности. Эти свойства s..jhx объектов приводят к значительной вариабельности характерно- -тик физиологических процессов как в норм*,, так и па'плотик, сникающим эффективность их статистической об^чботки.

Су зстбснн^.4 моментом "чляется такзе необходимость получения ч ряде случаев интегральных характеристик т^ще-го фи' юлогического состояния в реальном гасытаие времени. В то ко вреця в области б. медицинской дне р~стики наиб -лее многочисленны-.. являгтея именно целевые а. ,'ош. лив системы для применения в отдельных функциональных 0с..ас-тях, например, системы автоматической с 'работки злектро-физ'»ологи""ско'Ч информации, npexcxai энной в виде записей кривых (БКГ, РаГ, ЭЗГ; и другие). При этой рыация ос объекте как целостной биосистеые ч^сто созывается или недоступно! , или ее получение связано со значительны затратами времени.

Наконец, отсутствие формального ог^силия диагностируемых признаков того или hhoij состояния и, в "члом ряде случаев, принципвалы. Л яевозу -шести iaKoro описания, приводит к несоответствию $орыы представления каче таенных ризнаков входному языку машин.

Эти и другио особенности биомацицинской диагностик., превращают адачу ее автоматизации з сложную научнуо проблэиу. Эффективно решение этой проблемы, позволяющее сформировать необходимую информацию о состоянии 'гсследу-еаого объекта для последую..зго прил теь^я методов теории автонат"чеокого р. опознавания, связано с разработкой эк-спресс-цетсдэ, допускающего создан;^ форьал' овапной подели диагностируемого обье- та - биологоте :ой системы. Создание такой моде..л, заменяющая собой обьокт псслог,..ва-ния, позволяет п, и алгоритмизации диагнос нес" ого процесса в значительной степени упрост'^ь прежнему, связанную оо спецификой биоиедицинг-'ой диагностики.

О этих позщ 1 в настоящей работе рассматриваг"ся задача теоретического и экспер"центального и^ле; вания метода ГРВ с п«л. з оценки состояния кидкофазных биоло. .¿чес-ких объ> тов. Анали- физической сущности метода поверхностно ГРБ и особенно :ей получения с ех помощьк инфорыа-ц: • о свойствах ;ъектов покат i, что информация предается ва счет воздействия объекта на характеристики R. нового . чзря^а (и: енсивнкоть, прог^ранст пшое распределение, спектральный состав свечения,). ?¿:o позволяет выделить широк" 4 спек-'р инфорчативных параые")01, объекта, определяемых г^изико-хишческим состоянием его поверхности " ..........

С .новные этапы проведен, jx исследований формулируются с. дувщш с разом:

. .. - разработка иеюдики получения "газоразрядных характеристик жидкофаэных биол .'ических об"1ктов с использованием повер ioc ноЯ ГРВ;

■ - разработка епосоиа и устройства для регистрации гаво-разряднг- характеристик биологических объекто«;

- выявление осно_аых параметров га^вого-разряда, информативных в отношении йи;ыологичоского состояния объектов исследования; . ■

- разри-отка ш^еиатической мод-л: стрицерной структуры газоразрядного свечения воздуха; . . ■

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

' - "жсперчценгаяьнш исст-чдования состояния биологически: е^екгов по разработанным ыетодш ц и оценка перспектив использования методе ГРВ для диагностики состояния кидкофазных 6hoí гических объектов любой природн; '

- выбор структуры и разработке программно-алгоритмического обеспечения автоматизированного диагностического ком-плкса.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РЕГИСТРАЦИИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ХАРАКТЕРНА »ЧДКОФАВКаХ. Ш0Л0ГВДЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Газовой разряд поверхностного tr*a возникает в системе -электродов "острие-плоскость" (АБ, *>ис.1а), к которым при-

Ликеио импульсное х-ысоковольтное нап;таенлз и развивае. он вдоль поверхности тонкослойного д* лектрикэ' его вид может, наняться от квазиодномерных структур до сильно ветг тип картин пробоя в зависимости от диэлектрических характеристик вещества пробоя, форш лтуяъса л его поляртьли, ко«-фигурации электродов,к других факторов, Радиально разветвленные структуры, з. фиксированные на фотоматериале, лвляю-щиеся результатом развития коронных и искровых раундов, извест" ч под низванием "фи^ры Лихтенберга" Ванно, что -при такг 1 разряде вещество разделится на области д"о^екх-ричес: Ш и проводящей фазы, так что грг'ица этих фаз является динамический объект« сложной стохаст ч-зкоН'формы (рис.16)

В данной работе установлено,- что если "острие" вменить капилляром, заполненным "чучаеыоЯ идкостью с введенным я нее "чек-родом, то фигуры Лиха нбергя будут видоизменяться в зависимости.от физиологического оа^'ояния объекта. На этом эффекте основан метод диаг-. ютики состояния £идкофазно1 биологического объокта. Схема ос^цестыения метода и вид фигур Ли'^ьнберга приведены на рис.1а, б.

Рис.1 а - принциш. льная схема метода диагностики со^оя-иия жидкофазпых биодогичеехгт объектов; б - ид фигур Ляг-тенберга в система электро.,;в ''острие - т.-скощь". 1.2 -сторанвзой и плоский электроды, 3 - фотоматериал, 4 - капилляр с !!сслвдус..10Й жидкостью.

У////УУУ7

а,

Для иссладох ния объекте**, находящихся в ашдк '1 фазе, разработано устройство (I), ч котором дозьгова. лов количество пробы 1"»б ралось металлическим поршнем шприца, ¿наб-кенногс ;иэлектричь„кш наконечником с'калиброванным капиллярным отверстие! радиуса г„ . Б н осредат-^нной бли-а- чти от мениске жидкости на с сстоякии ш размещался фотоматериал, расположенный над слоем диэлектрика, лрепят--твуь_,им с .озноьф пробою нг плось электрод - полированную стальную пластину радиуса Я , причем Я^П, . Контроль ва )стоя'",.твом профиля капли осу вселялся выбором конструктивных элеиентов разрядного устройства. Высота капилляра жидкости /7<> его ре иус определялись из ус. звия ■ (?^/о^А/" ГД0 и соот ¡тственно коэффициент поверхностного натяжения и плотность жидкости, д - ускорение свободного пад-ния.

Г'ра>,0-грь' электрической схемы высоковольтного "енератс ра были выбраны такиш., чтоон обеспечить реким работы устройства при котором оказывалось минимальное воздействие на объект. Это доен алось при использовании одиночных импульсов напряаения 3-5 кВ . ри длительности порядка 10 икс, т.е. сущесв^ано ыеньие времени протекания биохимических процессов : живом рганизые. При э'хЛ' обеспечыалось постоянство амплитуды, длител ности, формы з/^ктричаскрго импульс , что "являлось .аряду -с постоянством параметров гчеи-,.зй среды (влаяность, температура, давление вигдухэ11 гсло-виеы "оспроизводимости результатов экспериментов.

Инициир^мое газовым разрядом излечение, возникающее вблизи поверхности исследуемой яид^сти при помещении ее в лыпульсное элГ"^тричесь.ое поле высокой напрякенности* регистрировалось либо инструменталь"о с эмоцыо спектральной аппаратуры; либо на фотоматериале. Источниками инфор-иг 'ии о состоянии объекта слукили параметры газоразрядного свечения (интеноивьость, спектральный состав, форма простпанственного распределения д. умерных структур).

Наиболее сложной оказалась проблема аде»,ватной оценки фигур Лихтенбчрга. В ходе экспериментов были предложены

два основных подхода к методике обработка фигур, которые-могут быть условно назрчны морфологический и системны? Сущность первого подхода заключаемся в т I, что для количественной оценки наблюдаемых закономерностей изменения характера изобразений предложен набор геомет.-чческих парапет, эв, определяющих морфологические признаки: нарушение формы контура, и мнение топологии разрядных к-чалов.'

Второй подход обусловлен необходимостью математически характеризовать скользящий газовый разряд, поскольку возникающая в процессе роста протяженная стримерная структура обладает не вторыми обсуши глобальными свойствами, называемы!,ш фрактальными.

Задача ис педованкя состояла в в. явлении связи параметров газоразрядного свечения г физиологическим состоя-н-эм исследуемых ; щкофазных бъект.л.

1ЛЗРАКГ КА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ГГ0РДЗРЯДНВХ ИЗОБРАШЩ

Основу расчета параметров ГРИ. с оставляет форма фигур, которая была образована соедине таи ь-яцов разрядных вет-,'вей плавной кривой. Граыцы контура определялись наиболь-плотностью .а'четки фото: -терпела. Втором опорным элементом сл'уяил 'зародышевый центр,- являющийся проекцией мениска жидкости на плоскость диэлектрика. Исследование мч-роорганизмов показало, что наиболее характерам пр..знаком динамика примерных структур являлось закономерное наруг"-ние лх симмег~ии /9/ Эт~ обстоя эцьство служило рсново-попгаювдм принципом в отборе информативных параметров. На рис.2 показана ехгча фигур Лихтенберга, в таС лцЗ I приведены основные параметры, использ^-ад ые при обработке.

Таким образом, морфологический подход к оценке фигур Лихтенберга представляет и способ описания непрерывно4 системы с помощью дискретного набора (вг^можно большего числа) пчрам. гров. Ограниченность такого подхода проистекает из стохастической природы процесса, к которой следует, что описание целостной системы, ка..ой ..влпются фракталыше структуры, не может быть полностью сведено к сумме от зль-.¡ых, составляющих ее элементов. Серьезную задачу хти дан-

Таблица I Параиетг*' формы и структуры ГРИ

Пе ииетр контура Площадь (по ореолу) \Я Коэффициент формы К

Р

н

Рис.Г Схема фигур. Лихтенберга с указа- •

•леи элеыантог структуры

Отношение максимальной и минимальной хорд § -.цело точек пересечения контура ; округлостью радиуса л г где П -1,2,3... Л=5мы Диаметр'зародышевого центра ^ Число разрядных ветвей Н

Число концевых ветвей X

Ч..сло точек ветвления У".

ных объектов представляет такке способ измерения иеобходи-Л!^ г"личин в условиях Щ флун уацин длины стримеров.

По этг : причина« представляется конструктивным подход, основанный ча описа ии фрактальных объектов с помощью характеристик!", 'определяющей, внутренние свойства процесса и не двисяцей от способа, ее измерения; Такой характеристикой является фрактальная ■р^иернасть, называвши иногда • параметром:Х»усдорФа. Поскольку длина фрактальной кривой не является представительной велич чой вследствие за^чеи- /. ыости ее-величивы от испол!дуемого масштаба, в математике вычисляют "размерность" фрактала, чтобы, ..ачественно оценить, как он "заполняет пространство.'

Фрактальную структур" фигур Лихтенберга моано описать, исходя из закона роста ветвящейся физической системы. Фраг-^альнал размерном^ определяется гсуте-< подсчета стр. -мерных ветвей, со?еркацйхся а сфере радиуса Я .

(I)

где ^ (г) - плотность распределения стримерных ветвей, Г1 - размерность пространства. Отсюда следует, что плотность расг еделения стримеров удовлетворяет мкону

$(г) (2)

где Ъ - фрактальная размерно гь.

Для удобства расчета фрактальной размерности мояно ввести следующие параметры: ^ (г) - полна? длина линий разр"та в окружности радиу а Л ; ¿(.г) - число ветвей, пересекашт»х окруинг-ть данного радиуса; ^-(л ) - число точек ветвления в диапазоне Г"-~ г+^г; ^ - число свободных концов в диапазоне Л— . Таким образом,

для фигур Лнхтенберга фрактальная размерность может быть определена од~чм из следуйвдх вариантов

Ш-г* (з)

Акализпр^ I зависииость (3) в ло1арифмическом масшгао'е, «окно с помощью метода наименьш х квадратов неяосредствен-г1 определить раь-ерность 3 . Для других параметров соот-1 тственно выполняются соотношения•

л?-/ '

1(г)~г ; . £ г (4)

.В диссертации проанализирох ,ны риббты, з которых моде-лиоуг-»ся п4 щессы роста проводящой фазы при условии, что ое рост - процесс пробоя гш ллических свягюй,.составляю-, щих простую кубическую решетку. Процесс роста моделируется вероятностью пробоя уз 5 рг -етни /) , которая пропорщ --нальяа локальному 'электрическому пило '

- $ . в)

■ где О - произвольный показатель степени. Щ . этом пс • •казано, что фрактальная размерность разрядного густера, вероатность роста которого опоеделлет^я юткопением (5), не являЬтся постоянной величиной, а. зависит от данного вида распределения вероятности, отражающего определенна физические свойства процесса пробоя диэле"триков.

'"ТСЛЬ^ОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЖИДПОФАГ~ОГО" БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГА о ОРД 31 .¿ДКОГО СВЕШЮГ

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

го пбъекта, выполненные н<. примера дровгкевых культу- с использованием для оценки их еоотоян- % характеристик raso-раяоядного свечения. Отде; мшй раздал, посвящен о" юанию оснорчых свойств микробиологического объекта. Сделан об-jop существующих етодов определения физиологического состояния дрожжей. Проведен анализ возможных причин влияния объекта на ра витие стшерного разряда и "бсуждечы механизм* этого лияния,

пределен з. екгрг"ьньй лиап^зон свечения, возникающего в присутствии микробиологического объекта, находящийся в диапазоне РЯС-620 т. Показано, что дроиезке культуры, находящиеся в различные фазах роста, независимо от видо-~ой приЕадлеаг.'схи х. бактеризуются различной спектральной об}, .схыо газоразрядного свечения и его интенсивностью.

Анализ рез"'1^тг"ов би*ее 30 серий опытов, пров^двилых при раз ччных условиях культивирования дрожжевых ыикроо^ -ганизмов s периодическс . режиме, установил корреляцию зи-К у ааиными зависимостями параметров ГРИ и кривыми, ха-рактеризук,_ими физио-огическоз состояние культур (кривой роста, инт: юивносгвй дыхания, удельной скоростью роста). На рис.За показан в качестве примера.вид зависимостей от-дал-лой группы.па; метров-Г^И. от времени культивирования, сопоставленных" с кривой ,роста (зависимостью роста биомассы со временем), ■пгчучея8ш:'при культивировании в качалоч-ной колбе куль!урк С. д. iLliermonatù ( ЗБ 569). Аналогичные зависимости получены и ',..1Я других ви^ов'дроккей.

Изучение Динамики поведения параметров ГРИ в ходе ии-следован'и:{} ¿as роста показало, что те из них, которые в той или иной степени отра .ант характер фигур Лихтенберп как целостной системы рчаицосвязанных признаке j (Л", \ обнажили тенденцию к периодическому (колебательному) закону изменения:зна'1ни6 со временем, согласованному с ненениями параметров роста куьтуры. Напр-тив параметры, отр; ю'вшие частные детали формы иль структуры {d,H ,Р) не обнаружили какой-либо'общей для всех закономерности по эдения.

Снстомяий под' од к оценке ГРИ позволяет решат задачу

• ■ а, ■ д.

Рнс.З а -. временные зависимости параметров форяи и структура 'Л кривая роста кулмчри С ^дииНегтолЖс ; б - временные зависимости „^■адтяг чс размерности и удзльноЛ скорости роста. В - кривая роста,г/л; ¿1 - удельная ск рость-роста, ч; К , /У , £ , ¿. , 3) - па^оиетры ГРП, ттн.ед.; 1,2,3,4 - фага роста; - время культисирозаиия, ч.

? %

оцв"чи состояния биологического объекта, используя р качестве критерия' значение фрактальной размерности стрицарных '-■.■. стпуктур с учетом п. риоди'зского закона изменен» параметра со временем. Значения параметра 3) легат в диапазона

Ü) 2 для плс кой геометрии или KD^ 3 для сфериче- .-ской геометрии. На рис.Збпоказаяы кривые зависимостей па-' ' рамет^а -Хаусь рфа У) и удельной скорости роста /И от времени кул. .'ивироваиия. Из графика следует," что кривая 3) ( ) шеь_ „ва Bi '-asejj'-ix &..стремуыа; первый из них -в середине экспоненциальной фазы роста (участок 2), второй в области cip 'ионарной фазы (участок 3), которые соответствую значениям мкеиыальаой и минимальной скорости оста ыикроор' .низмс на графике у* (О. В фазе деграда-ци. культуры (учаеуок ход кривой 2) (t ) однозначно экспоненциален

В £ ссертации показано, что основным фактором^ влия. -иим на формирование фих^р Лихгенберга, и, следователь! Ht. величину параметра » является искажение. электрического поля - разрядно-, промежутке за счет неоднородности структуры . зверхносги объекта, связанной с гетерогенностью его физико-химических свойств. Выдвинута гипотеза, что в закономерности на; /иения'фрактальной; симметрии в'процесс/ аизнсдеятельности биологических объектов 'находят отракенио наиболее рб1Диасвсвства биологических систем такие, как термодинамическое,нера'ь эвесна и с.ьяза! ая с ним спооиб-ность н, самборгавизации. С ..тих-позиций ^ано обоснование перспектив использования метода для широкого класса объой-тов, • . '

В работе приведены пушеры реиения отдельных медиц-н-ских задач методом ГРВ с использованием в кач-зтва объекта исследования кро'ви больного. В частности, впервые показана принципиально возмоаносаь использования газоразр^ц-.. ных характеристик крови для :;игносткки г-стрыальных состоя .ий , контроля за динамикой состояния организма при терапевтическом воздействии облучений к других целей биоие-д» инской поэтики.

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕШ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ШЩПФАЗНОГи БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТ/

Сущность разработаннс о метода диагностики состоит в оценке газоразрядных характер--стик свечения, возникающего вблизи поверхности объекте, находящихся в различных физиологических или функциональных состояниях, Основу метода составляет математич^с.' я модель, описывающая рост ветвящейся системы. - стриыерного разряда в воздухе - и определяющая гран. ,ы изменения параметр в при переходе от нормы к патологии по разработанным критериям.

С целью кс пыстерной обработал информации разработан автоматизированный комплекс технических и программно-аг^о-ритмическиз средств на базе ЭВМ "ДВК-З". Структурная схема комплекса изобоажена на рис.-т. Гчгнал с телевизионной 1-аморы поступает иа вход модуля записи и обработки сигна-

-7— *

ЕП

НГМД

Вы ¿с/ на

пе<ГЯ/»Ь

ГШц^ссаэЛ

Двк-зг |

память

Рис.4. Структурная схема аБтоматизировак"ого диагностического комплекса

лоз выход с которого свя-цн с ьмдооконтрольным уст^ойсж-воы и ЭЕ1,!, которая укомплектована нмволькчм и графически" терминалом и.'тихрй • мягьа на вагнигиои не и;ело. Модуль преобразовывает аналоговый видеосигнал амплитудой J3, дмскрегизируе его но двум уровням и времени.в растр равне^к 256x256 точек, каидая из кот^оых соответствует I биту ОЗУ. Сбг и вводимой в нанять информации сос^авлясг б к кБ.

"ользоват-л- ведгл дкапг с системой, используя терминал с клавиатурой и алфавитно-цифровым дисплеем. Обработанные гос^аимко (егг кенннс, без помех) изображения, а таксе полученные при шшигчой обработке параметры, саписяЕают-я в файл и х; .нптся jo внеиной памяти, что позволяет-операм jpy проводить сравнительный анализ кзобракашш п их параметров.

Пра'тика расчета отдельных параметров ГРК с использованием ЭВМ дает по греки. ,стъ результата от 1-3%, что на з-дп оя в пределах допустимого пятипроцентного уровня значи-.мостя крт-ркп.'Рабо.д когадекса была испытана на кафедра общей СЛ13И i ЛИ ии. Ленсовет а и положительно оценена представителями заказчика .НИИ, лазерной хирургии (г.Москва) •

:, . ; -, ' . - Е вод;. • .

1. Анализ состояния проблемы автоматизации биоиедицин-ской диагностики noi^aaa", что ее э^екгчшое решение вя- ■■ зано соразработкой зксперсс-метода, позволяющего получить глмйгрщьную характеристику исследуемого .объекта с помощью формализованной модели, которая дает бозцоеность пргл алгоритмизации диагностического процесса,определить границы перехода состояния объекта от нормы к патопгиа по раз-., рабо^анным критериям.

2. На основани» проведении* исследований показана целесообразность использования метода ГРБ для диагностики.и кон"")оля состояния объектов, находг дхся в жидкой £азе. Разработаны способ и устройство для реализации метода.

S. Установлены закономерности изменения параметров газоразрядного свечения, возникающего вблизи i. jBe^xHocsft

• &идксфазного объекта: интенсивности, спектрального состава, распределении стримврнюс структур (фигур ЛихтенбР^г»J в зависимости от физиологичесгсо! '.состояния исследуемого объекта.

Предложена математическая модель росч стримерных стрГтур и на ее основе & 1ден 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 можно осуществить непосредственно в процессе культивирования по измерении фрактальной размерности фигур Лихтен- ■ берга в реальном масштабе времени. ** этой состоит прей, у-щество метода по сравнению с ар^естнши.

6. йсследйва"ч стохасти^скио эдеди пробе-- диэлектриков. На примере образования фигур Лихтенберга показано, что прь иной изменения фоактальной ран эрности (КЪ ^ 2 для плоской геометрии) — искааанцо электрического поля в. разрядном промежутка. Предлока цезаризм влияния объекта на р-ззитЕ сгримерногь разряда. .

' 7, Разрабод.а" л устройст: ) для регистрации w сцоооб /оценки газоразрядных параметров крови*человека, защищенные авторскими свидетг ьсг \ш СССР. Приведено обосноЕ ♦ ; 'низ перспектив применения метода д~л диагностики (.^стояния иирокиго класса обьектоз *

8. Разрг "отая а_т гизяров...ншй диагностический кошт-дг-с технических и программно-алгоритмических средств длн ' получения и обрабон ; газоразрядных характерного яидко-фазг х объектов. . • .

Основное содержание' диссертация изложено в'следующих публикациях: . .

I. А.С.12Ш31 С 03 С 17/00. УстроГ 'тво для фотографирования raaLJoro разряда от «идкофа'чшс объекюв в электрическом поле высокой напряжопкости/Гал-.лкин В.А., Гудако-ва Г.З., Коротков К.Г., Колесников С.«. СССР/.Опубл. з Б.И. I98S. 24.

2D

г. А,С.1377818 С 03 В .1/00. Способ определения Физиологического состояния биологического объекта/Галин- ■ кин В,А., ГудакоиаТ.З., Г^новой А .И., Короткое Ч.Г. Са?/Ппубл .в Б.К.Д988, й 8.

Ь. А.С.156106г С Со С 17/00. Устройство для фотографи-роваш"1 газового разряда от кидкофазяых объектов в электрической поле высокой наирякенностн/Гудакова Г.З., Ев-чук B.C., К( осков К.Г., Кукуй Jl.ll., Попов Ю.В., Шарапов ' СССР. ': уи.в S.H.-7490, i 16.

4. Рудакова Г.З., Галынкин В.А., Коротков К.Г. йссле-довагче спектра льиь'"-. характеристик газоразрядного свечения микробиологических чультур//Аурн.прикл.спектроскопии. т988. 1ЛЭ, й % сЛ~1-Ы7.

5. Гудакова 1МЭ:", Кукуй Л.И., Ганелина И.Е. Первый -опыт применен»" га *">ра ареной визуализации для оце ки je-чония с трого инфаркта миокарда//..ез.докл.- В сб.: "Дна -иостика и лечение инфа] :та миокарда". Тбилиси, JB7,

с."2-54.

6. Hoi-jB JO.B., К.куй Л.II., Рудакова Г.З. Применение : лазерного зстракор,хорального облучения х:рови при лечении хронической ЛЕС и ooiporQ инфаркта ыиокарда/Дез.докл,-. ' В Си.: "Приманен!' лазерной хирургии"в цедицино". Саыар- • канд, 1988. С;35. • : . > ■ .'

7.•Люблинская- .Гудакова Г.З. Физическая модель образования фигур. Листе Зерга при ^¿¡вдг "ствии импульса высокого'Напряжения на аидкофазвый биологический объект. Дел.БЕШПВ 23.05,89 й 34Г0-В89-Д.ЛТй,' 1989, 13 с.

8. Гудакова Г.З., Галынкин В.А',, Короткое К.Г. Исследование фаз роста культу, грибов ^т Candida методов газоразрядной ви8уа.чизацт,и//Микология и фитопат логия, 1990,

^ 1.2', Г 2. £.17^-179. . ' .

9. Budokova 'Z., LubUnskaia I.£, Broken symmetry of sif-uctur? of Cras-dt£chary* исЧепЬет figure when kLtoyUat, liquid Uplaced i/.io elecir-ic /¿eld// Proc. qf symposia Sim/vetry qf structure. /SSff.

4udaps£i. p. /76.

'23.11.90 г. Зак.694-Г0. Бесплатно PТП ЛТЙ v. .JlemomiP .Moc.jbp -тй пр. ,26