Пятиосная роботизированная лазерная система и алгоритм цифровой обработки выходных данных для регистрации и морфотопологической идентификации клеточно-тканевых структур в гистоморфогенезе

Аннотация

Реализована автоматизированная система морфолого-топологического определения фаз деления клеток и структурной дифференциации тканей в ходе морфогенеза, основанная на топологических свойствах клеточных культур, рассматриваемых в рамках наивной теории множеств. Элементарный роботизированный программно-аппаратный комплекс на базе микроскопа Zeiss с модифицированным предметным столиком и манипулятора Velleman модели KSR-1 позволяет управлять положением лазерного модуля, осуществляя угловое облучение образцов как в трансмиссионном, так и в темнопольном или люминесцентном режимах, и математическую обработку результатов регистрации. Данная низкобюджетная система может быть собрана и запрограммирована в условиях цитоморфологической или гистоморфологической лаборатории с использованием подручных средств. Программный код для обработки данных в MATLAB приводится в тексте статьи.

• робот-манипулятор
• столик Федорова
• гистоморфогенез
• robo-arm
• Feodorov stage
• hystomorphogenesis
• лазерная идентификация
• топологический анализ
• одометрия
• спекл
• цифровая обработка изображений
• цифровая обработка сигналов

Abstract (in English)

An automated system for morpho-topological determination of cell division phases and structural differentiation of tissues during morphogenesis was implemented on the basis of topological properties of cell cultures, considered within the framework of set and manifold theories. A simple robotic hardware and software system based on Zeiss microscope with a modified stage and a Velleman manipulator KSR-1 allow to control the laser module position, carrying out the angular irradiation of samples either in transmission or in darkfield or luminescent modes and the subsequent mathematical data processing. This low-budget system can be easily assembled and programmed in any cytomorphological or histomorphological laboratory. The code for data processing in MATLAB is given at the end of the paper.

Для цитирования

Литература

1. I. Computational Algebraic Topology Approach for Optical Flow /M.-F. Auclair-Fortier, P. Poulin, D. Ziou, G.D. De Moivre, U. De Sherbrooke, M.A. Allili // Pattern Recognition, Proc. 16th ICPR - 2002. - Vol. I - pp. 352 - 355.
2. II. Berezkin V.G. Four-dimensional thin-layer chromatography / V. G. Berezkin, S. S. Khrebtova, N. Yu. Kulakova // Dok. Phys. Chem. - 2009 - Vol. 429. - No. 1. - pp. 229-232.
3. III. Berry M.V. Topological events on wave dislocation lines: birth and death of loops, and reconnection / M.V. Berry, M.R. Dennis //, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. - 2007. - Vol. 40. - pp. 65-74.
4. IV. Blot G. Automatisation de l'analyse granulometrique. Presenation d'un nouveau capteur de formes, le videogranulometrie (Réf. ATILH n°24143) / G. Blot // Rev. Gen. des Rout. et Aer. - 1987. - Vol. 61. - No. 639. - pp. 39-43.
5. V. Dennis M.R. Correlations and screening of topological charges in Gaussian random fields/ M.R. Dennis // Journal of Physics A: Mathematical and General. - 2003. - Vol. 36. - pp. 6611-6628
6. VI. Dennis M.R. Superoscillation in speckle patterns / M.R. Dennis, A.C. Hamilton, J. Courtial // Optics Letters. - 2008. - Vol. 33. - pp. 2976-2978.
7. VII. Dennis M.R. Topological configurations of optical phase singularities / M.R. Dennis // Topologica - 2009. - Vol. 2. - pp. 007-1 - 007-10.
8. VIII. Flossmann F. Polarization singularities in 2D and 3D speckle fields / F. Flossmann, K. O'Holleran, M.R. Dennis, M.J. Padgett // Physical Review Letters. - 2008. - Vol. 100. - pp. 203902-1 - 203902-4.
9. IX. Hass H.C. Deposition processes under changing climate: Upper Subatlantic granulometric records from the Skagerrak (NE-North Sea) / H.C. Hass // Marine Geology. - 1993. - Vol. 111. - pp. 361 - 378.
10. X. O'Holleran K. Topology of optical vortex lines formed by the interference of three, four, and five plane waves / K. O'Holleran, M.J. Padgett, M.R. Dennis // Optics Express. - 2006. - Vol. 14. - pp. 3039-3044.
11. XI. O'Holleran K. Topology of light's darkness / K. O'Holleran, M.R. Dennis, M.J. Padgett // Physical Review Letters. - 2009 - Vol. 102. - p. 143902-1 - 143902-4.
12. XII. Kozinets G. MECOS-C: return to image analysis in microscope examination of blood smears. / G. Kozinets, V. Medovy, A. Pyatnitsky, B. Sokolynsky, A. Gusev // Proc. SPIE "Optical Diagnostic of Living Cell 2". - 1998. - Vol. 3. - p.260
13. XIII. Kramer J. Quantitative evaluation of gel electrophoretic patterns by videodensitometry / J. Kramer, N.B. Gusev, P. Friedrich // Anal. Biochem. - 1980. - Vol. 102. - Issue 2. - pp. 295 - 298.
14. XIV. Medovyi V.S. An automated microscopy system MECOS-C2 and its trials. / V.S. Medovyi, A.A. Parpara, A.M. Pyatnitskii, B.Z. Sokilinskii, V.L. Dem'yanov // Biomedical Engineering. - 2006. - No. 4. - pp. 197-202.
15. XV. Silverman N.R. Clinical Video-Densitometry, Pulmonary Ventilation Analysis / N.R. Silverman // Radiology. - 1972. - Vol. 103. - pp. 263-265.
16. XVI. Soponar F. Quantitative Evaluation of Paracetamol and Caffeine from Pharmaceutical Preparations Using Image Analysis and RP-TLC / F.Soponar, A.C. Mot, C. Sarbu // Chromatographia. - 2009. - Vol. 69. - No. 1-2. - pp. 151-155.
17. XVII. Absolute instruments and perfect imaging in geometrical optics / T. Tyc, L. Herzanova, M. Sarbort, K. Bering // New Journal of Physics. - 2011. - Vol. 13. - art.115004. - 23pp.
18. XVIII. Vizilter Y.V. Projective morphologies and their application in structural analysis of digital images / Y.V. Vizilter, S.Y. Zheltov // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2008. - Vol. 47. - No. 6. - pp. 944-958.
19. XIX. Vizilter Y.V. The use of projective morphologies for object detection and identification in images / Y.V. Vizilter, S.Y. Zheltov // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2009. - Vol. 48. - No. 2. - pp. 282-294.
20. XX. Vizilter Y.V. Design of data segmentation and data compression operators based on projective morphological decompositions / Y.V. Vizilter // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2009. - Vol. 48. - No. 3. - pp. 415-429.
21. XXI. Vizilter Y.V. Skeleton-based morphological shape comparison / Y.V. Vizilter, S. V. Sidyakin, A.Y. Rubis, V. Gorbatsevich // Pattern Recognition and Image Analysis. - 2011. - Vol. 21. - No. 2. - pp. 357-360.
22. XXII. Chromatographic Fingerprint Analysis of Herbal Medicines / Eds.: H. Wagner, R. Bauer, D. Melchart, P.-G. Xiao, A. Staudinger // Springer, 2011 - 1064 p.
23. XXIII. Primel L., Tourenq C. Granulats, Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et Chauess, 1990 (Eng. trans.: Primel L. Aggregates: geology, prospection, environment, testing, specifications, extraction, processing plants, equipments, quality control / L. Primel, C. Tourenq // Taylor & Francis. - 2000 - 590 p.).