Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Возраст человека: его значение для судебной медициныи способы его определения . 11
1.1. Основные закономерности онтогенеза человека; биологический возраст и старение. 11
1.2. Значение возраста для судебно-медицинской практики. 22
1.3.. Основные методы определения возраста. 26
1.4. Современное состояние микроостеометрических методов определения возраста . 36
1.4.1. Структура костной ткани, ее развитие и инволюция.
1.4.2. Характеристика микроостеометрических методов определения возраста. 49
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования. 67
2.1. Материал исследования и его объем. 67
2.2. Изготовление гистологических препаратов. 69
2.3. Микроскопическое исследование. 72
2.4. Морфометрическое исследование с помощью графического редактора Adobe Photoshop (метод 1). 73
2.5. Морфометрическое исследование с помощью автоматизированной программы Expertiza 1.1. (метод 2). 88
2.6. Измерение ширины и толщины ребер. 92
ГЛАВА 3. Возрастные изменения костной ткани и их основные закономерности . 93
3.1. Возрастные интервалы и качественные признаки, их отграничивающие. 93
3.2. Возрастная динамика микроструктур костной ткани. 97
3.3. Основные закономерности возрастных изменений костной ткани . 108
3.4. Гистологическое строение остеофитов (апиостозов) и эностозов. 116
3.5. Основные выводы к главе 3. 119
ГЛАВА 4. Зависимость возрастных параметров костной ткани от некоторых эндогенных и экзогенных факторов . 121
4.1. Зависимость возрастных параметров костной ткани от пола индивида. 121
4.2. Зависимость возрастных параметров костной ткани от роста и некоторых размеров ребра индивида. 123
4.3. Влияние алкоголя на костную ткань. 126
4.4. Основные выводы к главе 4. 128
ГЛАВА 5. Автоматизированная программа Expertiza 1.1., используемая для морфометрии . 129
5.1. Сущность программы Expertiza 1.1.
5.2. Испытание программы Expertiza 1.1. 134
ГЛАВА 6. Разработка комплексного метода определения возраста по морфометрическим параметрам костной ткани . 139
6.1. Определение оптимального набора морфометрических параметров. 139
6.2. Экспертная модель микроостеометрического определения возраста. 147
6.3. Определение операторских ошибок. 152
6.4. Автоматизация разработанного микроостеометрического метода определения возраста. 155
6.5. Основные выводы к главе 6. 162
ГЛАВА 7. Использование разработанного микроостеометрического метода определения возраста в экспертной практике . 164
Заключение 172
Выводы 179
Практические рекомендации 183
Список литературы 188
- Современное состояние микроостеометрических методов определения возраста
- Морфометрическое исследование с помощью графического редактора Adobe Photoshop (метод 1).
- Основные закономерности возрастных изменений костной ткани
- Зависимость возрастных параметров костной ткани от роста и некоторых размеров ребра индивида.
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Идентификация личности традиционно представляет собой одну из ключевых проблем судебной медицины. В последние годы ее актуальность возросла в связи' с участившимися случаями локальных вооруженных конфликтов, террористических актов, катастроф и стихийных бедствий, проходящих с массовыми человеческими жертвами [140, 163]. Все это приводит к увеличению объема работы судебно-медицинских экспертов по идентификации личности, которая зачастую осложнена наличием значительных повреждений тканей и органов трупов, что ограничивает возможности их исследования [111,163 и другие].
Вместе с тем,, характерной особенностью идентификации личности погибших при массовых катастрофах является то, что при сопоставлении идентифицирующих и идентифицируемых признаков могут быть получены десятки тысяч и более комбинаций этих признаков, что приводит к необходимости судебно-медицинского разграничения идентифицируемых объектов и применению компьютерных технологий [163].
Основой судебно-медицинского разграничения объектов, подлежащих идентификации, а также источником дополнительной информации служат общие признаки, такие, как пол, возраст, раса, длина тела и др. В случае массовых катастроф роль их определения значительно возрастает. Одним из наиболее информативных общих признаков является возраст.
В литературе, особенно зарубежной, имеется достаточно большое количество исследований возможностей определения возраста по различным параметрам костной ткани (как наиболее информативной и длительно сохраняющейся). В последнее время созданы методики, основанные на использовании количественных способов отображения морфологических данных, которые, в отличие от качественных [89], позволяют исключить субъективность и повысить точность оценки параметров определения возраста. Основным количественным методом является медицинская морфометрия [4,5,130].
Описанные в литературе наиболее часто используемые методики определения возраста по параметрам микроструктуры костной ткани [85, 232,287] не вполне удовлетворяют современным требованиям, так как имеют ряд существенных недостатков, приводящих к получению результатов малой точности. Основными недостатками являются: трудность дифференцировки исследуемых элементов [234], малое количество измеряемых параметров и структур [211, 287], отсутствие комплексности исследования [227] и т.п. Кроме того, в литературе имеется расхождение мнений по поводу того, как изменяется тот или иной параметр костной ткани с возрастом, каким закономерностям подвержены эти возрастные изменения, а также насколько каждый признак оптимален для создания наиболее точного метода определения возраста.
Таким образом, исследования планируемой диссертации, направленные на изучение возрастных изменений костной ткани и создание на базе этих закономерностей точного комплексного метода определения возраста, являются актуальными.
Цель исследования.
Выявление основных закономерностей возрастных изменений костной ткани и их судебно-медицинского значения, определение наиболее оптимальных морфологических и морфометрических параметров и создание на их основе комплексного метода определения возраста человека.
Задачи исследования: изучить возрастные изменения ткани ребра и болыпеберцовой кости с помощью гистологического и морфометрического исследований; определить основные закономерности возрастных изменений костной ткани; выявить зависимость возрастных признаков костной ткани от пола; выявить зависимость возрастных признаков костной ткани от роста и размерных характеристик ребра; установить оптимальные количественные параметры структур костной ткани для наиболее точной диагностики возраста и на их основе разработать автоматизированный метод определения возраста; определить достоверность установления возраста с помощью разработанного метода на экспериментальном и экспертном материале.
Научная новизна работы.
На основании проведенного гистологического и микроостеометрического исследования в работе подробно описана возрастная динамика костной ткани ребра, эпифиза и диафиза болыпеберцовой кости.
Найдены качественные возрастные признаки костной ткани, с помощью которых весь период жизни человека можно разделить на интервалы: до 18 лет, от 18 до 30 лет, от 30 до 50 лет и более 50 лет.
Выявлены основные закономерности возрастных изменений костной ткани, заключающиеся в ' постепенности и необратимости развития возрастного остеопороза, отсутствии стадии стабилизации и условности стадии инволюции костной ткани, гетерохронии, гетеротопии и гетерометрии возрастных изменений костной ткани, падении ее структурной упорядоченности и преобладании в ней с возрастом брадитрофных структур. Определены основные принципы диагностики возрастных изменений костной ткани.
Описано гистологическое строение апиостозов и эностозов.
Исследована зависимость возрастных параметров костной ткани от некоторых эндогенных и экзогенных факторов, таких как пол, рост, толщина и ширина ребра, алкогольная интоксикация.
Практическая значимость работы.
Найден оптимальный набор количественных параметров костной ткани, используемый для создания метода определения возраста и отвечающий всем необходимым для этого требованиям. На основании качественных и выявленного набора количественных признаков микроструктуры костной ткани ребра и болыпеберцовой кости был создан метод определения возраста, включающий алгоритм отнесения индивида к определенной возрастной группе и комплекс регрессионных уравнений и позволяющий установить возраст человека с точностью в разных возрастных группах от ±2 до ±3,5 года. Данный метод полезен для применения при исследовании фрагментированных останков. На базе этого метода создана автоматизированная система OSTEO 1.1.,. использование которой может облегчить работу и экономить рабочее время судебно-медицинских экспертов.
Апробация работы и внедрение результатов.
Материалы диссертации были представлены и обсуждены на научных конференциях РЦ СМЭ МЗ РФ (15.03.2001 г., 19.02.2003 г., 25.02.2003 г), на 16-м Съезде Международной Ассоциации судебных медиков (2-7 сентября 2002 г., Монпелье, Франция), на 3-м Съезде Европейской Академии судебной медицины (22-27 сентября 2003 г., Стамбул, Турция), на 5-й научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» («МЕДТЕХ 2003») (4-11 октября 2003 г., Шарм-эль-Шейх,
Египет). Разработанная методика была также представлена в научно-популярной передаче «Сферы» (телеканал «Культура», январь, 2003 г.).
Основные положения диссертации включены в Методические рекомендации «Определение возраста погибших путем количественного исследования гистологических образцов костной ткани» №2001/168 (утверждены МЗ РФ 18.12.2001).
Публикация результатов работы.
По теме диссертации опубликована 1 монография и 27 научных статей, из них 8 - в центральной печати и 7 - в международной печати. Получен патент на изобретение «Способ определения возраста человека по морфометрическим параметрам гистологических препаратов костной ткани» № 2202280, приоритет от 07.08.2001 г.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 6 глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографии (289 источников, из них 165 отечественных и 124 зарубежных). Текст изложен на 215 страницах компьютерной печати, иллюстрирован 35 рисунками (из них 28 цветных микрофотографий), 6 графиками и 11 таблицами.
Основные положения; выносимые на защиту.
Микроструктура костной ткани претерпевает с возрастом определенные изменения, характер которых зависит от степени соотношения процессов остеогенеза и остеорезорбции в каждом возрастном периоде.
Возрастные изменения костной ткани подчиняются особым закономерностям, заключающимся в постепенности и необратимости развития возрастного остеопороза, отсутствии стадии стабилизации и условности стадии инволюции, гетерохронии, гетеротопии и гетерометрии.
Вследствие выявленных закономерностей возрастных изменений костной ткани для более точной диагностики возраста необходимо комплексное исследование ткани из разных костей и их различных участков и анализ максимального количества структурных элементов по каждой кости.
Разработанная на основании найденного оптимального набора качественных и количественных параметров модель определения возраста позволяет определить возраст человека с точностью ±2-3,5 года.
Современное состояние микроостеометрических методов определения возраста
В период эмбрионального остеогенеза в отдельных участках мезенхимы возникают островки и тяжи клеток, обладающих остеогенными свойствами. В зависимости от условий кровоснабжения клетки постепенно дифференцируются в остеобластические элементы и далее в грубоволокнистую кость [92]. С начала второго месяца внутриутробной жизни возникают, первичные точки, из которых развиваются диафизы (средние части костей, несущие на себе наибольшую нагрузку) и метафизы. Они окостеневают путем пери- и энхондрального остеогенеза. Затем незадолго до рождения или в первые годы после рождения появляются вторичные точки окостенения, которые разрастаются и становятся костными эпифизами, построенными из губчатого вещества. От первоначальной хрящевой ткани на всю жизнь остается только тонкий слой ее на поверхности эпифиза, образующий суставной хрящ.
Выделяют три типа развития костной ткани [92]. Эндесмальный остеогенез, при котором грубоволокнистая костная ткань с момента появления остеонов заменяется пластинчатой костной тканью. Перихондральный остеогенез, при котором в надхрящнице, прилежащей к средней части диафиза, появляются типичные остеобласты, формирующие костную манжетку из грубоволокнистой костной ткани. Энхондральный остеогенез, когда со стороны костной манжетки к обызвествленным очагам в эпифизах прорастают кровеносные сосуды с окружающей их мезенхимой; мезенхимальные клетки, выделяя протеолитические ферменты, разрушают хрящ (хондролиз); на стенках образующихся сосудистых каналов и оставшихся участках обызвествляющегося хряща возникает кость,
В итоге у взрослого человека следует различать два основных типа костной ткани — грубовблокнистую и пластинчатую зрелую кость. Грубоволокнистая кость как постоянная структура у взрослых обнаруживается в местах прикрепления сухожилий к костным органам и в некоторых других участках, например, на месте зарастающих черепных швов. Сочетание в препарате грубоволокнистой и пластинчатой костной ткани, тем более выявление грубоволокнистых участков в толще полей пластинчатой костной ткани, свидетельствует о замедлении или незавершенности костеобразовательного процесса [92].,
С переходом хрящевой модели в костную надхрящница становится надкостницей и дальнейшее отложение костной ткани идет за счет надкостницы (периостальное окостенение).
Между костью, которая развивается из эпифизарного центра окостенения, и диафизарным центром окостенения, остается поперечный диск — эпифизарная пластинка. Эта пластинка существует до тех пор, пока полностью не завершится постнатальный продольный рост кости в длину [154].
Костные пластинки пластинчатой костной ткани образованы коллагеновыми волокнами, располагающимися параллельно друг другу. По ходу волокон, окруженных основным веществом в костных лакунах или полостях, размещаются костные клетки. Волокна в различных костных пластинках обычно идут в противоположных, почти перпендикулярных направлениях.
Зрелые пластинчатая и губчатая костные ткани обязательно должны быть достаточно минерализованы. Необызвествленное костное вещество, которое в норме обнаруживается обычно по краям формирующихся костных структур в виде узких, окрашенных розовым цветом, полос, называют остеоидом или остеоидной тканью. Из костных пластин формируются костные перекладины - трабекулы (балки), толщина и размеры которых могут быть разными. При концентрическом расположении костных пластинок, окружающих кровеносные сосуды и как бы наслоенных одна на другую, формируется остеон (гавер-сова система). Остеон принято считать структурной единицей кости, различимой даже при малом увеличении. В центре остеона проходит гаверсов канал, заключающий сосуды и нервы. Компактная — пластинчатая костная ткань — содержит костные клетки (остеоциты), заключенные в мелких полостях, объединенных единой системой тонких внутрикостных канальцев. Каждый остеон отграничен от соседнего базофильной линией склеивания. Она, не содержит коллагеновых волокон и построена из аморфного основного вещества, ипрегнированного. солями извести. Базофильные линии склеивания, отражающие паузу в росте, момент перерыва в отложении костного вещества носят название аппозиционных линий. Они выглядят более или менее ровными, углообразными, волнистыми или прямыми. Напротив, в случае рассасывания, резорбции костного вещества или смены резорбции на костеобразование базофильные линии будут неровными зубчатыми, зазубренными. Обозначают их как резорбционные базофильные линии склеивания. При возобновлении костеобразования . новое костное вещество наслаивается на линию склеивания, а при очередном перерыве процесса появляется новая линия склеивания [92].
Соседние остеоны анастомозируют друг с другом. Объединение отдельных остеонов в единую систему обусловлено непосредственной связью гаверсовых каналов между собой. Анастомозы могут быть различной формы и длины, так, например, каналы, имеющие сравнительно небольшой просвет, для которых характерно сложное пространственное расположение в толще костного вещества носят название фолькмановские. Они проникают в кость со стороны надкостницы и костномозговой полости, а также прободают костные пластинки и обеспечивают дополнительные межостеонные связи. Остеоны в одной и той же кости могут быть разной степени зрелости, что определяется различным уровнем их минерализации. По мере старения остеонов этот уровень возрастает, молодые остеоны менее минерализованы, чем более старые. Также в зависимости от зрелости клеток и сосудистых каналов, состава матрикса вокруг каналов, остеоны могут быть разделены на развивающиеся, зрелые, резорбцирующиеся и переходные формы.
Морфометрическое исследование с помощью графического редактора Adobe Photoshop (метод 1).
Микроскопическим и морфометрическими методами было изучено 1820 гистологических препаратов, которые включали продольный и поперечный срезы ребра, продольный срез эпифиза болыпеберцовой кости, поперечный декалыцшированный и поперечный недекальцинированный срезы диафиза болыпеберцовой кости. По каждому препарату морфометрическими методами было изучено от 5 до 20 полей зрения (кадров на экране компьютера). Образцы костной ткани фиксировались в 10% нейтральном растворе формалина не менее 5 суток. После промывки в проточной воде в течение 1-2 суток из нижнего эпифиза и диафиза болыпеберцовой кости выпиливались блоки толщиной 1-1,5 см, аналогично делались продольный и поперечный срезы ребра. Блоки из нижнего эпифиза болыпеберцовой кости и продольные срезы ребра включали зону перехода костной ткани в хрящевую ткань как наиболее динамичную.
Выпиливание производилось с помощью столярного стусла с пилой, закрепленной в положении 90, снабженного специальным приспособлением для фиксации кости с возможностью ее поступательного сдвига вдоль ее продольной оси. Кость закреплялась, и производился первый распил, перпендикулярный ее продольной оси. Далее крепежное приспособление вместе с костью сдвигалось вдоль продольной оси кости на 1-1,5 см, и производился второй распил.
Далее проводилась декальцинация блоков из нижнего эпифиза и диафиза болыпеберцовой кости, а также продольных и поперечных срезов ребра в 12% растворе азотной кислоты и стандартная спиртовая проводка [82]. Препараты ребер заливались в парафин, болыпеберцовой кости - в целлоидин. С помощью микротома RAICHERT изготавливались срезы костной ткани толщиной 5 мкн для ребер и 10 мкн для большеберцовой кости. Окраска производилась гематоксилином и эозином (основной объем материала), пикрофуксином по Ван Гизону, тионином по Шморлю и по методу Маллори согласно стандартным методикам [82].
Кроме того, из зоны на границе средней и нижней трети диафиза выпиливался поперечный срез толщиной 450-600 мм, из которого изготавливался недекальцинированный препарат костной ткани.
Для заключения недекальцинированных образцов костной ткани из диафиза большеберцовой кости в твердую среду использовался метилметакрилат из набора для заключения костной ткани «Osteo-Bed Bone Embedding Kit» фирмы SMT.
Обезвоживание производилось посредством проводки по спиртам возрастающей концентрации при комнатной температуре: ксилол -1 день, после чего блоки пропитывались в чистом метилметакрилате из набора «Osteo-Bed Bone Embedding Kit» в течение 6 дней. Следующие 6 дней блоки пропитывались в смеси метилметакрилата и катализатора (Benzoyl peroxide) из набора «Osteo-Bed Bone Embedding Kit» в соотношении 1 г катализатора на 100 мл смолы. И, наконец, следующие 6 дней блоки пропитывались в смеси метилметакрилата и катализатора в соотношении 2,5 г катализатора на 100 мл смолы (заливочная смола). Все три фазы пропитки в смоле проводились в холодильнике при +4С (четыре градуса).
Заливка в метилметакрилат проводилась в тонкостенных стеклянных стаканчиках диаметром не более 3 см с крышкой. Перед заливкой стаканчик заполнялся до 1/5 глубины заливочной смесью (2,5 г катализатора на 100 мл метилметакрилата), плотно прикрывался крышкой и оставался при комнатной температуре на ночь под тягой. На следующий день стаканчики переносили в термостат, отрегулированный на температуру 60С, и оставляли там до отвердения (1-2 дня).
В подготовленный таким образом стаканчик на слой затвердевшего метилметакрилата помещался блок кости, вынутый из последней пропиточной смеси, и заливался так, чтобы от поверхности метилметакрилата до кости было не менее 3 мм. Стаканчик с блоком, залитым в метилметакрилат, помещали под вакуум (водоструйный насос) на 2-3 часа, после чего прикрывали крышкой и оставляли при комнатной температуре на ночь под тягой. На следующий день помещали материал в термостат 60С до полного затвердения метилметакрилата (2 дня). После затвердения стеклянный стаканчик осторожно разбивали молотком и очищали от осколков стекла поверхность затвердевшего метилметакрилата..
Залитый в метилметакрилат блок приклеивали к подставке циакриновым клеем «Super Glue» и укрепляли подставку на распиливающем микротоме LEICA SP1600. Срезали верхний слой блока таким образом, чтобы от кости был отрезан верхний слой толщиной не более 2 мм. Изготовляли срез толщиной 100 микрометров. Для этого поднимали блок на расстояние 100 мкм + толщина пилы 300 мкм = 400 мкм. Срез делался при медленной скорости продвижения блока.
Основные закономерности возрастных изменений костной ткани
Проведенные исследования позволяют описать динамику возрастных изменений костной ткани человека следующим образом. У детей и подростков наблюдается увеличение с возрастом толщины трабекул губчатой ткани эпифиза большеберцовой кости, внутренних генеральных пластинок ее диафиза и кортикального слоя ребра, а также плотности остеонов в этом слое, что объясняется преобладанием остеогенеза над остеорезорбцией. Длина поверхности трабекул в поле зрения зависит не только от их размеров, но и от количества. Ее корреляция с возрастом отражает тот факт, что для детей и подростков характерны тонкие, но многочисленные костные балки.
В интервале от 18 до 30 лет костная система в основном сформирована, поэтому наиболее сильно изменяются с возрастом структуры, перестройка которых связана с адаптацией к изменениям механической нагрузки: остеоны, гаверсовы каналы, внутренние и наружные генеральные пластинки диафиза большеберцовой кости. Интенсивный остеогенез продолжается только в ребре, что и отражается в динамике его параметров.
В интервале от 30 до 50 лет наступает относительная стабилизация большинства структур. В начале этого периода еще доступны исследованию зоны активного остеогенеза в продольном срезе ребра, а ближе к его середине начинают определяться параметры, характеризующие преобладание остеорезорбции: нарастают диаметр гаверсовых каналов в эпифизе и диафизе большеберцовой кости, плотность остеонов с перестроенным центральным отделом диафиза большеберцовой кости, уменьшаются толщина трабекул в эпифизе большеберцовой кости и толщины слоев наружных ,и внутренних генеральных пластинок в ее диафизе. Продолжается также адаптивная перестройка, что проявляется постепенным возрастанием диаметра остеона в диафизе большеберцовой кости, плотности остеонов в диафизе большеберцовой кости и ребре и плотности сосудов в ребре.
И, наконец, после 50 лет на первый план выходит динамика параметров, отражающих превалирование остеорезорбции: нарастает плотность остеонов с перестроенным центральным отделом в диафизе большеберцовой кости, постепенно уменьшаются толщина кортикального слоя ребра и плотность остеоцитов в нем. Возможно, последний процесс в какой-то степени аналогичен возрастным склеротическим изменениям стромы внутренних органов, где старение также приводит к уменьшению доли клеток и увеличению доли межклеточного вещества.
Таким образом, после 30 лет идет постепенная и необратимая убыль костного вещества, которая лишь частично восстанавливается, т.е. развивается возрастной остеопороз, характеризующийся разрежением костной ткани.
Многие исследователи считают остеопороз заболеванием и диагностируют его на основании клинических, рентгенологических и морфологических критериев [92, 264]. Морфологическими критериями являются: уменьшение толщины кортикального слоя и толщины трабекул, увеличение средней ширины межтрабекулярных промежутков, фенестрация костных структур. Некачалов В.В. [92] считает, что остеопороз является тяжелым нарушением внутрикостного метаболизма с системной патологической перестройкой костной ткани.
По мнению Подрушняка ЕЛ. [122] возрастной остеопороз играет в организме двоякую роль: отрицательную, так как он снижает опорную функцию костной системы, и положительную, то есть он является компенсаторно-приспособительной реакцией на процесс старения.
По нашему мнению, инволюционный остеопороз целесообразно считать не заболеванием, как его называют многие исследователи, а скорее его можно назвать физиологическим состоянием костной системы, в процессе старения, поскольку старение не есть заболевание. Главным методом диагностики остеопороза для судебно-медицинской и клинической практики следует считать гистоморфометрический как наиболее чувствительный и позволяющий наиболее точно оценивать динамику костной ткани. Признаки возрастного остеопороза будут являться основными при определении биологического возраста лиц старше 30 лет. На степень и скорость развития остеопороза влияют те же эндогенные и экзогенные факторы, которые оказывают действие на темпы старения в целом; их возможное действие необходимо принимать во внимание во время применения морфологических методик определения биологического возраста.
Согласно нашим исследованиям, после 50 лет увеличивается также плотность остеонов, ярко окрашенных ализариновым красным S, в диафизе болыпеберцовой кости, хотя этот краситель выявляет остеоны высокой степени минерализации. По-видимому, у молодых и зрелых лиц содержание солей кальция в разных остеонах примерно одинаково, тогда как в старшем возрасте неоднородность этого показателя приводит к тому, что отдельные достаточно минерализованные остеоны начинают ярко выделяться на общем бледном фоне. Этот факт подчеркивает общую закономерность старения, связанную с тем, что с возрастом с увеличением числа испытаний прочности структур падает их структурная упорядоченность.
По нашему мнению, выделение в онтогенезе стадии стабилизации является условным, поскольку в эту стадию биологические структуры также подвергаются изменениям, связанным с необходимостью непрерывной регенерации структур на всех уровнях и адаптации к непрестанно изменяющимся внешним условиям [137]. Как известно, в ходе жизни человека структура его костной ткани непрерывно перестраивается под влиянием постоянно меняющихся механической нагрузки и минерального обмена в организме, а также в силу необходимости регенерации костной ткани в связи с изнашиванием ее структурных элементов - гибелью остеоцитов и т.д. [94].
Зависимость возрастных параметров костной ткани от роста и некоторых размеров ребра индивида.
Визуальное опознавание изображений во многом основано на устранении зрительным анализатором их психофизической избыточности. При этом проявляются свойства зрения - работать как фильтр нижних частот в пространственной и временной областях, и восприятия - обращать главное внимание на контуры изображения, т.е. точки с резкими изменениями яркости.
Автоматизация анализа изображений предполагает его предобработку с целью устранения,психофизической избыточности. Сформированный таким образом вектор данных сохраняет необходимую, информацию об изображении [103,141].
К настоящему времени предложено множество методов анализа изображений по их геометрии (операции оконтуривания, прослеживания контура, вычисления линейных и площадных соотношений отрезков), отсчетам интенсивности (вычисление характеристик матриц распределения градиентов изображения) [21, 134, 141]. Эти методы формирования вектора данных позволяют строить универсальные процедуры распознавания и классификации имеющихся на препарате объектов, что происходит, однако, за счет снижения вероятности верной классификации и трудностей учета вероятностной априорной информации об исследуемом изображении.
Наиболее физиологичной (для устранения психофизической избыточности изображения и подготовки его к автоматизированному анализу) является полосовая фильтрация, или анализ изображения в частотной области. Это позволяет максимально выделить необходимую информацию на изображении [134,135,136].
Изображения костных срезов, как и другие изображения медико-биологических препаратов, относятся к сложноструктурированным, в основе формирования которых проявляются как детерминированные закономерности, так и случайная компонента. Данные изображения можно представить как сумму низкочастотной компоненты, контуров и текстуры [134,135,136,141].
Низкочастотная компонента определяет постоянный фон и плавные изменения интенсивности изображения.
Текстура формирует макрокорреляционные связи на изображении и представляет собой периодически повторяющиеся особенности, часто являющиеся случайными, основной причиной появления которых являются особенности приготовления препарата и его регистрации (неравномерность окрашивания, неравномерное освещение при регистрации изображения и т.п.).
Контуры определяют структуру изображения. Именно контуры отвечают за особенности изображения на фоне низкочастотной компоненты и текстуры.
В основе автоматизированных методов обработки изображений медико-биологических препаратов лежат два типа используемых векторов данных: функция пропускания и результат интегральных преобразований функции пропускания. Указанные две группы основаны на использовании различных статистических моделей изображений препарата [134,135,136,141].
Анализ функции пропускания соответствует использованию площадных текстурных моделей медико-биологических препаратов, отражающих статистические свойства изображения поэлементно. При этом, как правило, отсчеты изображения рассматриваются как статистически независимые с неизвестными или гауссовыми законами распределения, а корреляционные взаимосвязи пикселей учитываются только на малой дистанции, что соответствует минимальной априорной информации о задаче. Основанные на данных моделях алгоритмы анализа обладают наибольшей гибкостью, однако, результирующая точность классификации объектов невысока, а время автоматизированного анализа сравнимо с визуальным.
В основе методов анализа, в которых вектор данных формируется из функции пропускания с помощью различных преобразований, лежат фигурные текстурные или детальные модели. Эти модели позволяют учитывать корреляционные взаимосвязи как ближней, так и дальней дистанции. Разработка статистических моделей указанных классов, методов анализа, в которых исследуемый вектор данных является результатом различных преобразований функции яркости, - наиболее перспективна.
Как было указано выше, в качестве интегрального преобразования функции пропускания целесообразно использовать квадрат финитного преобразования Фурье ,[128], что соответствует вычислению пространственно-частотного спектра (ПЧС) /( vx, vy).
Анализируемое изображение можно аналитически представить его амплитудным коэффициентом (функцией) пропускания f(x,y), где х и у -линейные координаты в плоскости изображения.
