Способ получения трехмерного образа пробы планктона


 


Владельцы патента RU 2494377:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (RU)

Использование: для получения трехмерного образа пробы планктона. Сущность: заключается в том, что выполняют проведение рентгеновской микрокомпьютерной томографии пробы, причем процессу томографии одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость. Технический результат: обеспечение возможности получения трехмерного образа проб зоопланктона, собранных стандартными методами, с высокой детализацией объектов.

 

Предлагаемое изобретение относится к области гидробиологических исследований и средств экологического мониторинга и может быть использовано для автоматизированной обработки существующих коллекций фиксированных проб зоопланктона.

В настоящее время накоплено большое количество проб зоопланктона, полученных по стандартным методикам (1). Биологические объекты, находящиеся в водной пробе, содержат в своем теле большое количество жидкости, по свойствам близкой к воде, что обуславливает их низкую рентгеноконтрастность. После фиксации пробы жидкость внутри биологических объектов заменяется фиксирующим раствором и объекты в пробе остаются рентгенонеконтрастными, что не позволяет получить качественное трехмерное изображение объектов пробы.

Известны способы лабораторной обработки фиксированных проб зоопланктона, содержащих множество объектов зоопланктона, включающие получение изображения проб в видимом участке спектра и дальнейшую обработку этого изображения, в том числе выделение и идентификация отдельных объектов пробы, количественный и качественный анализ пробы (SIPPER - Shadowed Image Particle Profiling and Evaluation Recorder (2, 3),

Известные способы имеют недостатки, которые заключаются в том, что для проведения автоматизированной обработки проба планктона должна быть разведена в большом объеме воды с последующим помещением ее в тонкий плоский слой или капилляр или разведенная проба должна быть пропущена через цилиндрическую камеру небольшого диаметра. В результате происходит механическое воздействие на объекты пробы, которое может приводить к их частичному разрушению. При малом разведении пробы существует высокая вероятность наложения объектов пробы друг на друга, что в последующем существенно затрудняет или делает невозможным их идентификацию. Выполняется оптическое сканирование или фотографирование ограниченного объема пробы. Известные способы имеют ограниченный размерный диапазон объектов, в котором проводится качественный анализ. Этот размерный диапазон различен в разных способах, например: для SIPPER - 0,2-30 мм, для ОРС - 0,25-2,5 мм, Flow CAM - 0,01-1 мм, ZooScan - 0,2-40 мм. При этом, размеры биологических объектов могут превышать глубину резкости используемых объективов. При использовании известных способов формируются двухмерные изображения пробы с содержащимися в ней биологическими объектами, в которых информация во многих случаях недостаточна для достоверной идентификации биологических объектов. В этих случаях успешность идентификации объекта зависит от ракурса, с которого происходит сканирование или фотографирование объектов и получение двумерного изображения, а определять нужный ракурс в существующих способах невозможно.

Известны способы получения трехмерного изображения индивидуальных объектов зоопланктона методом томографии(4-6).

Известные способы имеют недостаток, который заключаются в том, что для получения трехмерного изображения объекта, его необходимо предварительно отделить от остальных объектов пробы и затем исследовать индивидуально.

Наиболее близким к предлагаемому способу автоматизированной обработки фиксированных проб зоопланктона является способ обработки проб с использованием рентгеновской микрокомпьютерной томографии (6). Этот способ позволяет получать трехмерные изображения нескольких биологических объектов вместе, но только когда эти объекты находятся в рентгеноплотной твердой среде, в частности, этот способ используется для исследования биологических объектов в донных осадках.

Предлагаемый способ позволяет применить трехмерную рентгеновскую микрокомпьютерную томографию для пробы зоопланктона, содержащей в том числе рентгенонеконтрастные объекты.

Целью настоящего предлагаемого изобретения является получение трехмерного образа проб зоопланктона, собранных стандартными методами, с высокой детализацией объектов. (Полученные предлагаемым способом трехмерные образы проб в дальнейшем позволят проводить четкую идентификацию объектов пробы.) Поставленная цель достигается тем, что в известном способе рентгеновской микрокомпьютерной томографии процессу сканирования одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость. В варианте способа производится полная замена фиксирующего раствора в пробе на рентгеноконтрастную жидкость.

Возможность практической реализации

Для осуществления изобретения необходимо добавить в пробу рентгеноконтрастную жидкость для получения необходимой степени контрастности объектов (или заменить ею фиксирующий раствор) с сохранением биологических объектов в пробе. С подготовленной пробой проводят процедуру стандартной рентгеновской микрокомпьютерной томографии. В результате этой процедуры получается трехмерный цифровой образ совокупности объектов, содержащихся в пробе, представленных в виде трехмерных изображений высокого разрешения внешних контуров объектов, где каждый объект представлен в виде трехмерной фигуры, на которой видны все характерные особенности поверхности конкретного объекта, необходимые для последующего автоматизированного анализа биологических характеристик пробы (достоверной идентификации и биометрии объектов, качественного и количественного анализа). Полученный 3D цифровой образ позволяет осуществлять распознавание объектов и измерение геометрических размеров.

Компьютерный анализ трехмерного цифрового образа пробы и получение биологических характеристик пробы (достоверная идентификация и биометрия объектов, качественный и количественный анализ) значительно сокращает объем рутинных работ, повышает качество получаемой информации о биологических объектах, ускоряет обработку проб. Автоматизированный анализ не требует выполнения работ высококвалифицированным экспертом. Эксперт привлекается только для распознавания образов, не поддающихся классификации системой.

Применение способа позволит получить трехмерный образ пробы зоопланктона, который обеспечивает проведение количественного и качественного анализа пробы по ее цифровому образу, не обращаясь к первичной биологической пробе. Цифровой образ не подвержен деградации. Возможно создание резервных копий пробы, что исключает их потери.

Источники информации

1. Богоров В.Г. Стандартизация морских планктонных исследований // Труды Института океанологии, 1957. Т.24. С.200-214.

2. Samson S., Hopkins T., Remsen A., Langebrake L., Sutton T., Patten J. A system for high-resolution zooplankton imaging // IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2001. Vol.26. P.671-676.

3. Патент US 2004/0109586 A1

4. Патент US 7082182 B2.

5. Mazik K., Curtis N., Fagan M.J., Taft S., Elliott M. Accurate quantification of the influence ofbenthic macro- and meio-fauna on the geometric properties of estuarine muds by micro computer tomography // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2008. Vol.354. P.192-201.

6. Dinley J., Hawkins L., Paterson G., Ball A.D., Sinclair I., Sinnett-Jones P., Lanham S. Micro-computed X-ray tomography: a new non-destructive method of assessing sectional, fly-through and 3D imaging of a soft-bodied marine worm // Journal of Microscopy, 2010. Vol.238. P.123-133.

Способ получения трехмерного цифрового образа водной пробы зоопланктона с содержащимися в ней объектами, заключающийся в проведении рентгеновской микрокомпьютерной томографии пробы, отличающийся тем, что процессу томографии одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования образцов неконсолидированных пористых сред и может быть использовано для изучения открытой или закрытой пористости, распределения пор по размерам, удельной поверхности, пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений и т.д.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики туберкулеза внутригрудных лимфатических узлов (ТВГЛУ) бронхопульмональной группы у детей.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским устройствам. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к комбинированным системам получения изображений. .

Изобретение относится к области физики пучков заряженных частиц и ускорительной техники, в частности к технологии ускорения электронов в импульсном линейном ускорителе с регулируемой энергией пучка, более конкретно к способу генерации тормозного излучения с поимпульсным переключением энергии и к конструкции линейного ускорителя электронов, предназначенного для досмотровых комплексов.

Изобретение относится к рентгеновской и электронной микроскопии, может использоваться для проведения исследований в различных областях науки и контроля различных изделий в нанотехнологиях и других областях техники (биологии, медицины, геологии, экологии, нефтегазовой промышленности и др.).

Использование: для бесконтактного рентгеновского контроля. Сущность: заключается в том, что в досмотровом комплексе применяется один источник рентгеновского веерообразного пучка лучей, который может перемещаться по дуге, длиной, равной четверти окружности, с изменяющимся шагом в диапазоне 0°…90°. Данный пучок лучей облучает движущийся с постоянной скоростью объект контроля. После облучения осуществляется регистрация пройденного через объект контроля излучения, преобразование его в аналоговые электрические сигналы, а затем преобразование этих сигналов в цифровые коды, адекватные плоским изображениям объекта контроля, полученным под разными углами, с последующим их запоминанием, компьютерной обработкой и представлением на экране монитора плоских или объемных изображений объектов контроля. Регистрация пройденного через объект контроля рентгеновского излучения осуществляется детекторной линейкой в форме части окружности с радиусом, равным радиусу дуги, по которой перемещается источник излучения. Технический результат: уменьшение искажений теневых рентгеновских изображений объектов контроля. 3 ил.

Использование: для осмотра объектов путем их одновременного обследования в проходящем и рассеянном свете. Сущность заключается в том, что выполняют облучение объекта первым лучом проникающего излучения, генерирование сигнала пропускания на основе проникающего излучения, пропущенного через объект и зарегистрированного датчиком регистрации пропускания, сканирование объекта вторым лучом проникающего излучения, генерирование сигнала рассеивания на основе проникающего излучения, рассеянного объектом и зарегистрированного датчиком регистрации рассеивания, корректирование любой помехи в сигнале рассеивания, возникающей вследствие первого луча проникающего излучения при наличии объекта, и отображение изображения, видимого оператору и включающего информацию по меньшей мере от сигнала рассеивания. Технический результат: обеспечение возможности преодолеть взаимное влияние излучений при одновременном формировании изображений в проходящем и рассеянном излучении. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для томографии целевого объекта. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют потерю энергии заряженных частиц, которые входят и проникают сквозь объем или останавливаются внутри объема без проникновения сквозь объем; на основании измеряемой потери энергии определяют пространственное распределение заряженных частиц, которые входят и проникают сквозь объем или останавливаются внутри объема без проникновения сквозь объем; и используют пространственное распределение потери энергии заряженных частиц для восстановления трехмерного распределения материалов в досматриваемом объеме. Технический результат: повышение качества изображения представляющего интерес объема. 8 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Использование: для определения теплопроводности керна. Сущность: заключается в том, что подготавливают образец керна и рентгеновский микрокомпьютерный томограф для сканирования указанного образца керна и получения изображения для каждого сканирования, сканируют указанный образец керна, передают для обработки трехмерное сканированное изображение с томографа на компьютер, предназначенный для анализа изображений, задают толщину слоя внутри полученного трехмерного сканированного изображения для анализа, определяют слой с максимальной теплостойкостью внутри полученного трехмерного сканированного изображения и определяют эффективную теплопроводность образца керна. Технический результат: обеспечение возможности быстрой оценки эффективной теплопроводности, не требующей численного решения уравнения теплопроводности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для рентгеновской томографии. Сущность способа: заключается в том, что облучают и воспринимают массив изображения энергетического спектра рентгеновского излучения, проходящего через объект, при этом восстанавливают изображения по теневым проекциям объекта, затем формируют, сравнивают и анализируют текущие и эталонные интегральные характеристики изображения объекта, определяют дефекты объекта и отображают результаты анализа объекта. Способ отличается тем, что восстановление трехмерного изображения осуществляют при вращении и смещении объекта по трем взаимно перпендикулярным осям системы координат, связанной с рабочей зоной объекта при корректировке управления последней, а текущие и эталонные интегральные характеристики изображения объекта формируют в виде спектральных и фрактальных признаков. Технический результат: повышение точности оценки внутренней структуры объекта, быстродействия, расширение функциональных возможностей (расширение класса диагностируемых объектов) и снижение опасности применения для обслуживающего персонала из-за значительного рентгеновского облучения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к области регистрации изображений, сформированных с помощью пучка протонов, и может быть использовано при исследовании объектов с помощью радиографических методов. Устройство для настройки магнитооптической системы формирования пучка протонов состоит из импульсного электромагнита, образованного парой или системой пар тонких проводников, ориентированных вдоль оси протонографического канала и разнесенных в поперечной плоскости. На выходе электромагнита установлена масштабирующая решетка из металлических пластин, закрепленных в каркасе. Способ настройки магнитной системы формирования пучка протонов и способ согласования магнитной индукции системы формирования изображения включают операции формирования магнитного поля, через которое пропускают пучок протонов, направления указанного пучка через систему формирования изображения на систему регистрации, с помощью которой формируют изображение масштабирующей решетки. При получении искаженного изображения обеспечивают настройку магнитной системы формирования пучка и согласование магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения путем изменения тока линз данных систем и повторного пропуска пучка протонов до формирования требуемых изображений. Технический результат - повышение качества настройки. 4 н.п. ф-лы, 14 ил.

Использование: для формирования рентгеновских изображений. Сущность изобретения заключается в том, что устройство формирования рентгеновских изображений согласно настоящему изобретению включает фазовую решетку 130, поглощательную решетку 150, детектор 170 и арифметический блок 180. Арифметический блок 180 выполняет этап преобразования Фурье выполнения преобразования Фурье для распределения интенсивности Муара, полученного детектором, и получения спектра пространственных частот. Также арифметический блок 180 выполняет этап восстановления фазы отделения спектра, соответствующего несущей частоте, от спектра пространственных частот, полученного на этапе преобразования Фурье, выполнения обратного преобразования Фурье для отделенного спектра, и получения дифференциального фазового изображения. Технический результат: обеспечение возможности получения дифференциального фазового изображения или фазового изображения объекта посредством по меньшей мере одной операции формирования изображений. 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для проверки объектов посредством проникающего излучения. Сущность: заключается в том, что установка для проверки объектов посредством электромагнитных лучей содержит по меньшей мере два расположенных рядом друг с другом проверочных блока, содержащих по меньшей мере один источник излучения для формирования электромагнитного излучения и по меньшей мере одно соотнесенное с источником излучения детекторное устройство, расположенные в переносном корпусе контейнерного типа, при этом проверочные блоки расположены так, что объект облучается с различных направлений. Технический результат: обеспечение возможности создания установки для проверки объектов, которая при высоком качестве проверки обеспечивает упрощенную адаптацию к различным целям применения. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для контроля сварных швов трубопровода посредством проникающего излучения с внешней стороны трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для внешнего осмотра кольцевого сварного шва трубопровода включает источник излучения (5) и детектор излучения (3). Оба блока контролируемо движутся вокруг приводной полосы или направляющей (7), которая установлена вокруг кольцевого сварного шва. Для выравнивания источника с детектором их перемещают по отношению друг к другу по часовой стрелке и против часовой стрелки около исходного положения, делая выборку данных по излучению, детектируемому в нескольких положениях. Затем определяют положение максимальной силы детектируемого сигнала излучения, соответствующее месту центральной точки источника излучения. После чего источник и детектор, выровненные относительно друг друга, перемещают по окружности вокруг сварного шва, при этом они остаются в сущности в соосных положениях. Технический результат: обеспечение возможности контроля сварных швов трубопровода посредством проникающего излучения с внешней стороны трубопровода через обе его стенки при сохранении чувствительности, сопоставимой с чувствительностью, получаемой при просвечивании сварного шва на пленку через одну стенку трубопровода. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для рентгеноскопического контроля кольцевого сварного шва трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для рентгеноскопического контроля кольцевого сварного шва трубопровода включает направленный источник рентгеновского излучения, который вводят в секцию трубопровода и который может вращаться в трубопроводе, средство для выравнивания направленного источника рентгеновского излучения с внешним детектором рентгеновского излучения таким образом, чтобы они оба могли вращаться на 360°, в сущности, соосно секции трубопровода, а также средство для выборки данных, детектируемых детектором рентгеновского излучения, для последующего анализа. Технический результат: повышение качества рентгеноскопического контроля кольцевого сварного шва трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх