Переносной аппаратно-программный комплекс и возможности его применения в гистологических исследованиях

В современных морфологических исследованиях широко применяются методы автоматизированного компьютерного анализа [1-4]. Для ввода изображений полей зрения, получаемых при микроскопировании гистологических препаратов, в память компьютера применяют видеокамеры, цифровые фотокамеры, соединяемые с микроскопами различных конструкций при помощи специальных устройств – адаптеров. Их поставляют отечественные и зарубежные фирмы «ДИАМОРФ», «ВИДЕОТЕСТ», «Axioplan 2MOT», «Quantimet 520» и пр. как по отдельности, так и в виде аппаратно-программных комплексов. Однако их массовое приобретение связано со значительными расходами в связи с высокой стоимостью [2].

В отделе морфологических исследований РНЦ «ВТО» применяется малогабаритный переносной комплекс для оцифровывания микроскопических изображений (рис. 1). В его комплект входят: персональный компьютер, оснащенный USB-разъёмом; монокулярный лабораторно-исследовательский микроскоп «Cole Parmer», модель 138; цифровая фотокамера «Mustek G Smart Mini 3».

Рис. 1. Аппаратно-программный комплекс для оцифровывания микроскопических изображений

Соединение микроскопа с фотокамерой осуществляется следующим образом. Окулярную насадку микроскопа вынимают, ослабив фиксирующий болт, переворачивают отверстием кверху и крепят к тубусу обратной стороной. В данном случае перевернутая трубка окуляра фиксирует вставленный в нее объектив фотокамеры. Соединение между ними уплотняется мягкой шайбой. При этом общее микроскопное увеличение не изменяется, поскольку линза окуляра имеет двояковыпуклую форму. Затем фотокамеру дополнительно фиксируют к тубусу микроскопа, не закрывая рабочих кнопок и разъёма для кабеля. Для просмотра и переноса оцифрованных изображений на магнитные носители используют программное обеспечение,       поставляемое       фирмой- производителем с фотокамерой.

Порядок работы с оборудованием в составе комплекса:

• 1.    Включить микроскоп и персональный компьютер.

• 2.    Соединить компьютер и цифровую фотокамеру USB-кабелем.

• 3.    Поместить гистологический препарат на предметный столик микроскопа.

• 4.    Запустить программу «Amcap» для вывода изображения препарата на экран компьютера в режиме видеосъемки.

• 5.    В меню «Options» выбрать пункт «Preview» (настройка сохраняется при последующих запусках программы).

• 6.    Выбрать нужное поле зрения и настроить яркость и резкость изображения, отслеживая перемещение препарата на экране монитора.

• 7.    Отсоединить кабель от цифровой камеры.

• 8.    Включить питание фотокамеры от аккумулятора (кнопкой на панели).

• 9.    Выбрать нужное разрешение для фотосъемки и сделать снимок.

• 10.    Вставить USB-кабель в разъём фотокамеры.

• 11.    Чтобы сделать следующий снимок, процедуру повторить с п. 4 по п. 10.

• 12.    Сделав необходимое (или максимальное для заданного разрешения) количество снимков, перенести их на выбранный носитель (жесткий или гибкий диск) при помощи программы «Viewer».

Данный комплекс позволяет получать полноцветные оцифрованные изображения с расширением .jpg, объемом до 2 Мб и максимальным разрешением 2048 x 1536 пикселей (рис. 2). Высокое качество изображений позволяет использовать их как в качестве иллюстративного материала, так и для проведения автоматизированного морфометрического анализа.

Большинство параметров количественной оценки гистологических структур (площадь, объем, диаметр, интенсивность окрашивания) можно оценить при помощи стандартных программных продуктов – графических редакторов. В наших исследованиях мы применяем ПО «Adobe Photoshop 3.0». Возможности редактора позволяют провести предварительную подготовку изображений для анализа путем изменения их размера, оптимизации цветовых и яркостных характеристик, выделения исследуемых структур.

Рис. 2. Микроскопическое изображение гистологического препарата волокнистого хряща, полученное при помощи аппаратно-программного комплекса

Измерения площадей выполняют на оцифрованных изображениях гистологических препаратов. Произвольно либо с использованием известных приемов формирования выборки выделяют область интереса на исследуемом изображении. Для этого пользуются соответствующими инструментами меню («область выделения», «лассо», «перо» и т.д.) либо выделением на основе цвета в заданном диапазоне. В меню «Изображение» активируют окно «Гистограмма» и определяют количество пикселей внутри площади, занимаемой на изображении выделенным фрагментом. Диаметры исследуемых структур определяют в пикселях, используя инструмент «линейка». Если необходимо определить абсолютное значение измеряемого параметра, предварительно выполняют калибровку, отсняв объект-микрометр при том же увеличении, что и исследуемый препарат.

Для количественной оценки содержания гистохимически выявляемых соединений определяют интенсивность окрашивания препаратов (I), которую оценивают как яркость изображения в уровнях серого от 0 до 255 (канал «Серый» или «Яркость»). Таким же образом оценивают яркость фонового окрашивания препарата (I o ). Оптическую плотность исследуемой области рассчитывают в условных единицах по формуле D = lg (I o /I) [4, 5]. Преимуществом способа является возможность варьирования площади и формы анализируемой области, простота процедуры измерения. Кроме того, оценка интенсивности окрашивания в уровнях серого позволяет избежать ошибок, связанных с возможным искажением цветопередачи при фотосъемке.

Применение используемого нами аппаратнопрограммного комплекса позволяет в десятки раз снизить затраты на приобретение оборудования и программного обеспечения и получить при этом хорошее качество оцифрованных изображений гистологических препаратов. Данные гистоморфометрии, полученные при анализе изображений в программе «Adobe Photoshop 3.0», использованы в научных публикациях сотрудников отдела [6-10]. Кроме того, комплекс обладает компактными размерами и может быть смонтирован на базе любого ПК, оснащенного USB-разъёмом.