Введение к работе
Актуальность работы.
Безопасность и эффективность пилотируемых космических полетов зависят не только от надежности технического оборудования, но и от уровня работоспособности и состояния здоровья каждого члена экипажа космической экспедиции. Поэтому оценка здоровья и поддержание высокой работоспособности космонавтов на всех этапах подготовки и осуществления полетов являются основными задачами медицинского контроля. Приоритетное значение эти проблемы приобретают в настоящее время, что связано с нарастающим увеличением длительности пилотируемых орбитальных полетов, дальнейшим усложнением их программ, необходимостью проведения трудоемких технологических операций, выполняемых как внутри космических кораблей, так и в условиях открытого космоса, в том числе и при межпланетных полетах [Григорьев А.И. 2003].
Многолетний опыт медицинского обеспечения пилотируемых полетов убедительно демонстрирует, что в условиях невесомости, искусственной среды обитания и замкнутого гермообъекта развиваются различные функциональные расстройства и соматические заболевания, оказывающие негативное влияние на состояние работоспособности космонавтов и в раде случаев затрудняющие эффективное выполнение программ космических полетов [Егоров 2002].
Космическая медицина, являясь по своей сути медициной профилактической, призвана свести к минимуму риск развития в космических полетах функциональных нарушений, предпатологических и патологических состояний и обеспечить безопасность космонавта в чрезвычайных ситуациях космического полета [Новодержкина 1999].
Работами многих авторов подтверждается, что адаптационные изменения происходят в системах обмена и кроветворения. Разработанная Г.ИКозинцом (1995г.) концепция стабильности ктоветж^ййРНА-'И|»еяирлагает высокие
4 адаптационные возможности системы крови [Новодержкина 1999]. Поэтому биохимические и особенно гематологические исследования крови, мочи и возможно других биологических жидкостей человека позволяют судить о состоянии здоровья космонавта во время выполнения космического полета.
Сформулированная А.И. Григорьевым и А. Д. Егоровым (1999г.) концептуальная модель медицинского контроля в космических полетах включает в себя биохимические и гематологические исследования. Подчеркивается, что система медицинского контроля в космическом полете должна строиться на основе патогенетического принципа, т.е. применительно к ожидаемым состояниям и заболеваниям. Относительно гематологических исследований, которые относятся к исследованиям жидких сред человека это возможно при создании технологий, позволяющих получить в невесомости точные результаты и иметь возможность достоверного сравнения их с результатами наземных исследований. Поэтому разработка концепции выбора методов и средств медицинского контроля состояния жидких сред человека, в том числе форменных элементов крови - тромбоцитов, в условиях КП является актуальной проблемой.
Клинический анализ крови является одним из важнейших диагностических методов контроля состояния организма человека. Однако в невесомости методы наземного контроля форменных элементов крови не дают морфометрическую информацию о структуре клеток и их составных частей, а также не могут служить основой для разработки комплекса гематологического контроля предназначенного для работы на долговременных станциях и межпланетных пилотируемых комплексах, ввиду отсутствия смешивания жидкостей, в условиях космоса.
В условиях космического полета не требуется распознавание и идентификация космонавтом-исследователем программно-неопределенной заранее клетки, хотя предполагается, что подобные случаи вероятны. Тогда вся картина мазка с подсчитанными определенными и неопределенными клетками передается по каналам цифровой связи на Землю, где в дальнейшем изучается,
5 проверяется и идентифицируется. Подсчет тромбоцитов при помощи системы автоматизированного распознавания образа необходимо проводить непосредственно на борту космической орбитальной станции и на основании полученных данных принимать решения обеспечивающие безопасность человека в экстремальных условиях межпланетного пилотируемого полета.
Достоверность идентификации и подсчета форменных элементов крови достигается при помощи запатентованного способа и устройства. Поэтому задача медицинского контроля на основе системы бинаризации распознавании образа является актуальной.
Цель исследования.
Разработать систему пробоподготовки для проведения гематологического анализа форменного элемента крови - тромбоцита, в условиях микрогравитации совместно функционирующей с аппаратурой, основанной на принципе распознавания образа с использованием методов математического моделирования.
Задачи исследования:
Провести анализ возможных методов пробоподготовки.
Разработать математические модели для возможных методов окраски и выделения тромбоцита в условиях микрогравитации (невесомости).
Исследовать и обосновать выбор системы распознавания тромбоцита в условиях невесомости.
Разработать метод гематологической пробоподготовки образца крови.
Сформулировать критерий выбора прибора и методики контроля форменных элементов крови в условиях микрогравитации.
Методы исследования.
При решении поставленных в работе задач использовались: математическое моделирование при описании процессов движения крови в капилляре и капиллярно-пористом теле, лабораторные наземные эксперименты по отработке методик окрашивания тромбоцитов и поиску лучшего материала для их окрашивания, данные подготовки к летному эксперименту, математические методы анализа результатов.
Научная новизна работы.
Впервые разработана и теоретически обоснована система пробоподготовки качественного мазка крови, которая даст возможность подсчитывать и исследовать тромбоциты в условиях микрогравитации.
Сформулированы и обоснованы принципы модернизации основных алгоритмов работы (обслуживания процедуры анализа изображений) автоматического анализатора форменных элементов крови «АФЭК-01».
Теоретическое и практическое значение:
Формирование методологического подхода к постановке задачи исследования тромбоцитов в условиях космического полета.
Разработка задачи математического моделирования процесса окрашивания форменных элементов крови в невесомости с учетом ее реалогии.
На основе проведенных модификаций основных алгоритмов обслуживания процедуры анализа изображений предложена модернизация прибора «АФЭК-01» для включения исследований и подсчета тромбоцитов в комплекс гематологического контроля в экстремальных условиях и условиях космических полетов.
Реализация и внедрение результатов исследования.
Разработана методика пробоподготовки мазка крови. На конференции Лаборатории Гемоцитологии ГНЦ РАМН предложенная методика была
7 принята как одна из возможных к использованию, особенно в условиях чрезвычайных ситуаций.
Проанализированы и модифицированы основные алгоритмы обслуживания процедуры анализа изображений, для проведения подсчета и анализа тромбоцитов, выбранной автоматизированной системы распознавания образа «АФЭК-01» и предложены методы модификации системы «АФЭК-01».
Проведено внедрение в учебный процесс: специальность 1906 Аэрокосмического факультета Московского Авиационного Института, методическое пособие к лабораторным работам: «Методика определения форменных элементов крови (тромбоцитов) в условиях космического полета» (МАИД005Г.).
Положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование методов пробоподготовки анализа тромбоцитов необходимых для процесса построения математических моделей;
алгоритм идентификации тромбоцита, основанный на методе распознавания образа.
Апробация работы.
Основные результаты и положения докладывались и обсуждались на: секции ESA's European Student Outreach Activities на 54 конгрессе IAF (2004), 7-ой международной конференции «Системный Анализ и Управление Космическими Комплексами» (г. Евпатория, 2002), 8-ой международной конференции «Системный Анализ и Управление Космическими Комплексами» (і. Евпатория, 2003), заседании каф.607 МАИ (ГТУ), конференции Лаборатории Гемоцитологии ГНЦ РАМН (протокол №32 от 26.06.05г.).
Структура и объем диссертации.
