Возможности полноцветной трехмерной реконструкции биологических объектов методом послойного наложения: коленный сустав крысы

Автор: Терпиловский Алексей Анатольевич, Тирас Харлампий Пантелеевич, Хоперсков Александр Валентинович, Новочадов Валерий Валерьевич

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: Биология и биотехнология

Статья в выпуске: 4 (14), 2015 года.

Бесплатный доступ

Объектом исследования был выбран коленный сустав крысы как модельный объект для разработки новых методов диагностики и лечения заболеваний суставов человека. В работе предпринята попытка создать виртуальную трехмерную реконструкцию коленного сустава на основе оригинальной технологии высокоточного сошлифовывания и сравнить возможности количественного анализа костной и хрящевой ткани на 3D-модели с возможностями морфометрии классических гистологических микропрепаратов. Полученные оцифрованные изображения шлифов (1 200-2 600 на каждый из 8 суставов) имели размеры пиксела 8 ´ 8 мкм, с вертикальным шагом сошлифовывания 8 мкм, их программная обработка позволяла производить построение виртуального среза со смещением и наклоном, необходимыми для наиболее адекватной визуализации строения объекта. Разработанный метод высокоточного сошлифовывания позволяет получать серию оцифрованных изображений сечений биологических объектов, а созданный на их основе виртуальный объект практически лишен пространственных деформаций и искажений цветопередачи. Морфометрический анализ таких 3D-реконструкций по своей точности и информативности не уступает, а по отдельным показателям превосходит количественное исследование серийных гистологических срезов. Реконструкции, полученные с помощью метода высокоточного сошлифовывания, могут быть использованы для создания виртуальных музейных экспонатов, атласов и учебных пособий в самых разных биологических науках, основанных на морфологическом подходе к познанию своего объекта исследования. Другое применение реконструкций состоит в преобразовании их в виртуальные тренажеры на принципах дополненной реальности или в модели с последующим 3D-принтингом физических тренажеров и рабочих моделей для нужд медицины, ветеринарии, зоотехнии и смежных областей - везде, где МРТ или гистологические реконструкции не обеспечивают полноценной трехмерной картины.

Еще

Трехмерные изображения, трехмерные реконструкции, коленный сустав, морфология, суставной хрящ, кость, крыса

Короткий адрес: https://readera.org/14967524

IDR: 14967524   |   DOI: 10.15688/jvolsu11.2015.4.1

Список литературы Возможности полноцветной трехмерной реконструкции биологических объектов методом послойного наложения: коленный сустав крысы

  • Инновационные технологии в восстановлении коленного сустава при его повреждениях и заболеваниях/Д. А. Маланин, В.В. Новочадов, О.Г. Тетерин и др. //Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. - 2009. - № 2. - С. 7-13.
  • Компьютерная биология -проблемы и перспективы/Х. П. Тирас //Горизонты биофизики/под ред. Г. Р. Иваницкого. -Серпухов, 2003. -С. 62-66.
  • Минимизация погрешностей морфометрии регенерирующих планарий/Х. П. Тирас //Фундаментальные исследования. -2015. -№ 2-7. -С. 1412-1416.
  • Новочадов, В. В. Неоднородность строения гиалинового хряща коленного сустава у интактных крыс и при экспериментальном остеоартрозе/В. В. Новочадов, П. А. Крылов, В. Г. Зайцев//Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11, Естественные науки. -2014. -№ 4. -С. 6-15.
  • Новые анатомо-функциональные характеристики нижних конечностей человека/А. А. Воробьев //Вестник Волгогр. гос. мед. ун-та. -2013. -№ 2. -С. 20-24.
  • Способ создания виртуальной модели биологического объекта и устройство для его осуществления: пат. 2418316 РФ/А. А. Терпиловский, А. Л. Кузьмин, Р. А. Лукашкина. -Опубл. 10.05.2011.
  • Тирас, Х. П. Компьютерная биология -основания и определения/Х. П. Тирас//Компьютерная биология -от фундаментальной науки к биотехнологии и медицине: материалы I Междунар. науч.-техн. конф. -Пущино, 2011. -С. 81-82.
  • A method for accurate spatial registration of PET images and histopathology slices/P. Tanuj //EJNMMI Res. -2015. -Vol. 5. -64 р.
  • A putative model of multisensory object representation/S. Lacey //Brain Topogr. -2009. -Vol. 21, № 3-4. -P. 269-274.
  • Cho, H. J. Morphometric evaluation of Korean femurs by geometric computation: comparisons of the sex and the population/H. J. Cho, D. S. Kwak, I. B. Kim//Biomed. Res. Int. -2015. -P. 538-730.
  • Development and validation of a computational model of the knee joint for the evaluation of surgical treatments for osteoarthritis/R. Mootanah //Comput. Methods Biomech. Biomed. Eng. -2014. -Vol. 17, № 13. -P. 1502-1517.
  • Different phenotype of chondrocytes in articular cartilage: mapping, possible mechanisms, and impact to implant healing/V. V. Novochadov //Eur. J. Mol. Biotech. -2014. -Vol. 2, № 4. -P. 210-222.
  • Gattazzo, F. Extracellular matrix: a dynamic microenvironment for stem cell niche/F. Gattazzo, A. Urciuolo, P. Bonaldo//Biochim. Biophys. Acta. -2014. -Iss. 1840 (8). -P. 2506-2519.
  • Handbook of histology methods for bone and cartilage/ed. byY. H. An, K. L. Martin. -N. Y.: Humana Press, 2003. -587 p.
  • Harrison, K. D. Modalities for visualization of cortical bone remodeling: the past, present, and future/K. D. Harrison, D. M. L. Cooper//Front Endocrinol (Lausanne) 2015; 6: 122.
  • Imaging challenges in Biomaterials and tissue engineering/A. A. Appel //Biomaterials. -2013. -Vol. 34, № 28. -P. 6615-6630.
  • Mechanomics: an emerging field between biology and biomechanics/J. Wang //Protein Cell. -2014. -Vol. 5, № 7. -P. 518-531.
  • Multi-stable perception balances stability and sensitivity/A. Pastukhov //Front. Comput. Neurosci. -2013. -Vol. 7. -17 р.
  • 3D biofabrication strategies for tissue engineering and regenerative medicine/P. Bajaj //Ann. Rev. Biomed. Eng. -2014. -Vol.16. -P. 247-276.
  • Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: current and projected uses//PT. -2014. -Vol. 39, № 10. -P. 704-711.
  • Vision-based markerless registration using stereo vision and an augmented reality surgical navigation system: a pilot study/H. Suenaga //BMC Med Imaging. -2015. -Vol. 15. -51 р.
  • Wörtler, K. Shoulder: postoperative imaging/K. Wörtler//Лучевая диагностика и терапия. -2015. -№ 2 (6). -С. 37-40.
Еще
Статья научная