Раздел 2
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭТАЛОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЭМБРИОНОВ
2.1. Морфологические и визуально-качественные параметры эмбрионов на различных
стадиях развития
Рассматривая пути повышения эффективности процесса, оценки жизнеспособности
эмбрионов, мы пришли к выводу о необходимости расширения числа, существующих
параметров оценки жизнеспособности эмбрионов с учетом временного фактора их
развития. Следующей задачей является автоматизация процесса определения
значений соответствующих параметров, при формировании их эталонных значений.
В работе [57] предложен перечень параметров для объективной оценки
жизнеспособности эмбрионов: диаметр, периметр, площадь, шарообразность
(сферичность) и оптическая плотность эмбриона. При этом было проведено
сопоставление результатов оценки жизнеспособности эмбрионов опытными
операторами и с помощью компьютерной системы по следующей шкале: отличный,
хороший, удовлетворительный и непригодный. Полученные результаты показали
хорошую эффективность предложенных критериев для оценки жизнеспособности
эмбрионов.
Однако, при всех положительных качествах предложенной работы [57] методики и
наличия большого количества примеров, она требует совершенствования в плане
расширения числа, параметров оценки жизнеспособности эмбрионов с последующим
пополнением методов и алгоритмов для идентификации жизнеспособных эмбрионов.
Это обусловлено тем обстоятельством, что в процессе развития эмбрион изменяет
свои свойства. Рассмотрим морфологические и оптические параметры, свойственные
как моруле, так и бластоцисте, а затем отдельно для морулы и бластоцисты.
На рис.2.1 приведен пример изображения эмбриона КРС (морула) на экране
монитора, а также некоторые обозначения, которые будут использованы при анализе
и классификации параметров эмбрионов.
Рис. 2.1. Изображение эмбрионов на экране монитора: морула с 2 (А) и 16
бластомерами (Б).
1-бластомеры;
2-перивителлиновое пространство;
3-зона пеллюцида.
2.1.1. Общие параметры морулы и бластоцисты
Осуществим пополнение оптических и морфологических параметров, приведенных в
работе [57]. Ниже приводится перечень и характеристика параметров морулы и
бластоцисты, на основе которых осуществляется определение их качества, а именно
жизнеспособности.
К геометрическим показателям относится.
1. R1, R2 радиусы окружностей, описанной и вписанной вокруг плоского
изображения эмбриона.
2. M11 = R1/ R2 – мера округлости плоского изображения эмбриона.
3. R'1, R''2 – радиусы сфер, описывающей эмбрион и вписанной в него.
4. M22 = R'1/R''2 - мера сферичности эмбриона.
5. P – периметр плоского изображения эмбриона.
6. S - площадь плоского изображения эмбриона.
7. М33 = 4pS/P2 – мера округлости плоского изображения эмбриона.
8. D – диаметр плоского изображения эмбриона.
9. V – объем эмбриона.
10. S1 – площадь, занимаемая бластомерами.
11. K = S1/ S – коэффициент заполнения бластомерами.
12. dmax, dmin – максимальная и минимальная ширина зоны пеллюцида.
13. dmax dmin – максимальный и минимальный диаметр бластомера.
Кроме геометрических различают следующие оптические показатели.
14. kn = Ф1/Ф0 – коэффициент пропускания излучения эмбрионом, где Ф0 – величина
интенсивности источника оптического излучения, а Ф1 – интенсивность прошедшего
излучения.
15. kno = 1 - kn - коэффициент поглощения излучения эмбрионом.
16. k*n = Ф2/Ф0 – коэффициент пропускания излучения бластомерами, где Ф2 –
величина интенсивности оптического излучения, прошедшая через бластомеры;
17. k*no = 1 - k*n - коэффициент поглощения излучения бластомерами.
18. Иmax, Иср, Иmin – максимальная, средняя и минимальная яркость в области
изображения фрагмента эмбриона.
19. Иmod - модальное значение яркости изображения.
20. m(И) - разброс (дисперсия) значений яркости:
, (2.1)
где И – матрица размером n x m входной информации об изображении эмбриона; n и
m – соответственно число строк и столбцов дискретного поля зрения ? (растра).
По нашему мнению перечень показателей является избыточным. Особенно это
относится к показателям, характеризующим объемные характеристики эмбриона.
Учитывать эти показатели при обработке двухмерного изображения крайне
затруднительно. Поэтому, для объективной оценки жизнеспособности эмбрионов
предлагаем ограничиться следующими показателями состояния эмбриона.
R1 - радиус окружности, описанной вокруг плоского изображения эмбриона.
R2 - радиус окружности, вписанной в плоское изображение эмбриона.
М11 = R1/ R2 - мера округлости плоского изображения эмбриона.
Р - периметр плоского изображения эмбриона.
S - площадь плоского изображения эмбриона.
М33 = 4tcS/P2 - мера округлости плоского изображения эмбриона (для идеально
круглого эмбриона радиуса R М33 = 1).
S1 - площадь, занимаемая бластомерами.
К = S1/ S - коэффициент заполнения бластомерами.
дmax - максимальная ширина зоны пеллюцида.
дmin - минимальная ширина зоны пеллюцида.
dmax - максимальный диаметр бластомера.
dmin - минимальный диаметр бластомера.
kn = Ф1/Ф- коэффициент пропускания излучения эмбрионом.
Для автоматического анализа эмбриона необходимо наличие двух измерительных
каналов. Канал визуализации позволит определить все геометрические показатели.
Оптические свойства необходимо определять отдельно. Причем, учитывая наличие
большого числа эффектов, проявляющихся при взаимодействии излучения с
эмбрионом, число параметров и возможные информационные показатели требуют
отдельного рассмотрения ( см. разд. 3).
2.1.2. Визуально-качественные параметры морулы
Проанализируем и систематизируем визуально-качественные параметры морулы на
основе результатов, приведенных в работах[51, 60], ориентируясь при этом на
особенности применения оптик