Способ трихоскопии с использованием искусственных нейронных сетей для диагностики поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек Российский патент 2023 года по МПК G01N33/48 C12N1/14 C12R1/645 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение принадлежит области ветеринарной медицины, в частности к ветеринарной дерматологии и представляет способ трихоскопии с использованием искусственных нейронных сетей для диагностики поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек. Изобретение может использоваться для диагностики дерматитов у кошек, поврежденных спорами дерматофитов в частных и государственных ветеринарных клиниках.

Уровень техники

Известен способ для диагностики дерматофитозов животных, вызванных мицелиальными грибами видов Microsporum canis и Trichophyton mentagrophytes. Селективная питательная среда для выделения возбудителей дерматофитозов включает глюкозу, маннитол, мясной пептон, феноловый красный, агар-агар, циклогексимид, энрофлоксацин и дистиллированную воду при заданном содержании компонентов. Изобретение позволяет сократить сроки диагностирования дерматофитозов животных, повысить достоверность результатов дифференциации грибов дерматофитов при использовании рутинных микробиологических методов и расширить арсенал питательных сред для выделения возбудителей дерматофитозов (см. пат.RU 2745159, МПК C12N 1/14 (2006.01), C12R 1/645 (2006.01) опубл. 22.03.2021).

Недостатком способа для диагностики дерматофитозов у животных, вызванных мицелиальными грибами видов Microsporum canis и Trichophyton mentagrophytes является интерпретация результатов исследования.

Известен способ лабораторной диагностики дерматомикозов, который осуществляют посевом и выделением дерматофитов из клинического материала на селективной среде с добавлением жидкой медицинской желчи, дрожжевого аутолизата и антибиотика из группы фторхинолонов, например ципрофлоксацина, при следующем соотношении компонентов, г/л: глюкоза 40,0, пептон 10,0, агар 18,0-20,0, дистиллированная вода до 1 л, жидкая медицинская желчь 1,0, аутолизат дрожжевой концентрированный 5,0, ципрофлоксацин 5,0. Инкубируют посев при температуре 37°С 5-7 дней и 15 дней при температуре 28-30°С и идентифицируют вид колоний. Способ повышает эффективность выделения патогенных грибов - дерматофитов из клинического материала, позволяет за более короткий срок получить чистую культуру дерматофитов (см. пат. RU 2181144, МПК C12N 1/14 (2000.01), C12Q 1/04 (2000.01) опубл. 10.04.2002).

Недостатком способа лабораторной диагностики дерматомикозов, который осуществляют посевом и выделением дерматофитов из клинического материала на селективной среде с добавлением жидкой медицинской желчи является интерпретация результатов исследования.

Известен способ для оценки ростовых свойств питательной среды для контроля ростовых свойств питательных сред, предназначенных для диагностики дерматофитозов, вызванных мицелиальными грибами видов Microsporum canis и Trichophyton mentagrophytes. Предложены штамм Microsporum canis «FL 79-18 Viev», депонированный во Всероссийской государственной коллекции патогенных и вакцинных штаммов микроорганизмов-возбудителей инфекционных болезней животных ФГБНУ ФНЦ ВИЭВ РАН под номером F-81, а также штамм Trichophyton mentagrophytes «CN 38-18 Viev», депонированный во Всероссийской государственной коллекции патогенных и вакцинных штаммов микроорганизмов-возбудителей инфекционных болезней животных ФГБНУ ФНЦ ВИЭВ РАН под номером F-82. Штаммы являются слабопатогенными для лабораторных животных и обладают типичными для вида культуральными свойствами, позволяют оценивать ростовые свойства используемой питательной среды, тем самым подтверждать пригодность ее к использованию, повышая достоверность получаемых результатов. Преимуществом изобретения является повышение стабильности и достоверности результатов лабораторной диагностики дерматофитозов, а также сокращение сроков диагностирования дерматофитозов животных (см. пат.RU 2741097, МПК C12N 1/14 (2006.01), C12R 1/645 (2006.01) опубл. 22.01.2021).

Недостатком способа для оценки ростовых свойств питательной среды для контроля ростовых свойств питательных сред, предназначенных для диагностики дерматофитозов является интерпретация результатов исследования.

Известен способ для диагностики микроспории, который включает выделение тотальной нативной ДНК из кожи и волос, специфическую амплификацию фрагмента гена 5.8S рРНК Trichophyton verrucosum с использованием праймеров следующей структуры: 5′ CCACGATAGGGATCAGCGTT 3′, 5′ GAAAGTTTTAACTGATTTTGCTTG 3′. Затем при электрофоретическом обнаружении продукта амплификации размером 231 п.н. определяют наличие возбудителя. Использование изобретения позволяет установить факт инфицированности человека Trichophyton verrucosum при различных клинических формах заболевания, в том числе стертых и атипичных (см. пат.RU 2562540, МПК G01N 33/48 (2006.01) опубл. 19.09.2015).

Недостатком способ для диагностики микроспории, который включает выделение тотальной нативной ДНК из кожи и волос является интерпретация результатов исследования.

Известен способ для детекции гриба Microsporum canis, который осуществляют выделением тотальной нативной ДНК из образца кожи и волос, проводят полимеразную цепную реакцию и амплификацию фрагмента гена 5.8S рРНК Microsporum canis с использованием специфических праймеров. При электрофоретическом обнаружении продукта амплификации размером 182 п.н. определяют наличие возбудителя. Изобретение обеспечивает специфическую детекцию Microsporum canis в клиническом материале и может быть использовано для диагностики микроспории (см. пат. RU 2558927, МПК G01N 33/68 (2006.01), C12Q 1/68 (2006.01) опубл. 10.08.2015).

Недостатком способа для детекции гриба Microsporum canis, который осуществляют выделением тотальной нативной ДНК из образца кожи и волос является интерпретация результатов исследования.

Известен способ обнаружения микроскопических грибов рода Coccidioides posadasii 36 S и Coccidioides immitis C-5 in vitro, который включает предварительное выращивание культуры в мицелиальной фазе, приготовление взвеси, соответствующей 5ЕД стандартного образца мутности, обеспечение возможности формирования сферул и обнаружение сферул, заполненных эндоспорами. Культуру в мицелиальной фазе выращивают в течение 3-х суток. Обеспечение возможности формирования сферул осуществляют путем заражения суточной культуры клеток мышиных спленоцитов, полученной на среде RPMI-1640, и последующего культивирования в течение 5 суток при температуре 37°C, с содержанием в атмосфере 5% CO₂. Для обнаружения сферул в виде округлых двухконтурных образований, заполненных эндоспорами, отбирают пробу, обеззараживают формалином и исследуют образец методом световой микроскопии. Изобретение позволяет упростить способ и сократить сроки исследования (см. пат. RU 2503715, МПК C12N 1/14 (2006.01), C12Q 1/02 (2006.01) опубл. 10.01.2013).

Недостатком способа обнаружения микроскопических грибов рода Coccidioides posadasii 36 S и Coccidioides immitis C-5 in vitro является интерпретация результатов исследования.

Известен способ для детекции гриба Microsporum canis, являющегося возбудителем микроспории. Предлагаемая питательная среда содержит глюкозу, пептон, агар, хитозан низкомолекулярный пищевой водорастворимый и дистиллированную воду при заданном содержании компонентов. Изобретение позволяет сократить сроки выделения культуры М. canis из клинического материала от больных (см. пат.RU 2695675, МПК C12N 1/14 (2006.01) опубл. 25.07.2019).

Недостатком способа для детекции гриба Microsporum canis является интерпретация результатов исследования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту принятый авторами за прототип является способ диагностики микроспории осуществляется путем установления особенностей клинических проявлений процесса, изучения макро- и микрофологии культуры. При наличии 1-2 очагов размером 0,5-1,5 см с локализацией преимущественно на волосистой части головы и наличии единичных двухклеточных макроконидий в виде подковы с толстой изъеденной стенкой диагностируют микроспорию, вызванную Microsporum canis var. distortum. Изобретение позволяет с помощью использования комплекса анамнестических, клинических, микроскопических и морфо-биологических признаков установить точный этиологический диагноз возбудителя микроспории - М. canis var. distortum, что важно в процессе проведения антимикотической терапии. Использование способа позволит усовершенствовать диагностику, прогнозирование клинического течения микроспории, продолжительность заболевания и лечения (см. пат. RU 2458991, МПК C12Q 1/04 (2006.01), C12N 1/20 (2006.01), C12R 1/645 (2006.01) опубл. 20.08.2012).

Недостатком способа диагностики микроспории, который осуществляется путем установления особенностей клинических проявлений процесса, изучения макро- и микрофологии культуры является интерпретация результатов исследования.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа трихоскопии с использованием искусственных нейронных сетей для диагностики волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения сводится к использованию искусственных нейронных сетей для диагностики волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов.

Технический результат достигается с помощью способа диагностики микроспории путем установления особенностей клинических проявлений процесса, изучения макро- и микрофологии культуры, отличающееся тем, что, материал получают путем удаления 30-50 волосков с помощью хирургического зажима. При удалении не более 30 волосков за один раз эта процедура совершенно безболезненна для мелких домашних животных; выщипанный волос помещают на предметное стекло, предварительно добавив минеральное масло; препарат накрывается покровным и микроскопируют при увеличении 4x и 40x, конденсор опущен, диафрагма прикрыта (настраивается контрастность); для проведения микроскопии используется оптический микроскоп с использованием окулярной цифровой USB-камеры и электронно-вычислительная машина с операционной системой Unix, для идентификации поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек используется обученная искусственная нейронная сеть YOLO v5.

Дерматофиты представляют собой основную группу патогенных для человека грибов. Они представлены 39 видами, объединенными в роды Trichophytoh, Microsporum и Epidermophiton. Возможным признаком, объединяющим эти грибы, является то, что в процессе эволюции основные патогенные представители дерматофитов покинули почву и приспособились к жизни в тканях человека и животных, содержащих кератин. Источником инфекции служит почва, зараженный человек или животное. Дерматофиты поражают волосы, ногтевые пластинки и кожу человека и в структуре кожной патологии занимают одно из первых мест (см. пат.RU 2181144, МПК C12N 1/14 (2000.01), C12Q 1/04 (2000.01) опубл. 10.04.2002).

Чертежи и иные материалы

На фигуре 1 продемонстрирована диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов с использование искусственной нейронной сети YOLO v5 (объектив 10х/0,25) по примеру №1.

На фигуре 2 продемонстрирована диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов с использование искусственной нейронной сети YOLO v5 (объектив 10х/0,25) по примеру №1.

На фигуре 3 продемонстрирована диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов с использование искусственной нейронной сети YOLO v5 (объектив 10х/0,25) по примеру №2.

На фигуре 4 продемонстрирована диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов с использование искусственной нейронной сети YOLO v5 (объектив 10х/0,25) по примеру №2.

На фигуре 5 продемонстрирована диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов с использование искусственной нейронной сети YOLO v5 (объектив 10х/0,25) по примеру №3.

На фигуре 6 продемонстрирована диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов с использование искусственной нейронной сети YOLO v5 (объектив 10х/0,25).

Осуществление изобретения

Трихоскопия позволяет выявить у мелких домашних животных: фазу роста волоса - анаген, катаген, телоген; самоиндуцированное и спонтанное поражения волоса (обращают внимание на кончик волоса, при алопеции вследствие зуда наблюдается травматизация кончиков волос); позволяют дифференцировать педикулез и хейлетиеллез на стержне волоса, возможно обнаружения демодекоза в фолликуле волоса; при оценке стержня волос возможно обнаружить споры дерматофитов; позволяет предположить алопецию разбавленого окраса (аномально крупные гранулы меланина, повреждающие стержень волоса).

Способ трихоскопии с использованием искуственных нейроных сетей для диагностике поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек осуществляется: материал получают путем удаления 30-50 волосков с помощью хирургического зажима. При удалении не более 30 волосков за один раз эта процедура совершенно безболезненна для мелких домашних животных; выщипанный волос помещают на предметное стекло, предварительно добавив минеральное масло; препарат накрывается покровным и микроскопируют при увеличении 4x и 40x, конденсор опущен, диафрагма прикрыта (настраивается контрастность); для проведения микроскопии используется оптический микроскоп с использованием окулярной цифровой USB-камеры и электронно-вычислительная машина с операционной системой Unix, для идентификации поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек используется обученная искусственная нейронная сеть YOLO v5 (см. фиг. 1-6), на базе архитектуры YOLO (сверхточная искусственная нейронная сеть), которая обеспечивают высокую точность и скорость детектирования объектов на изображениях (см. пат.RU 2714901, МПК G06K 9/62 (2006.01), G06Q 20/18 (2012.01) опубл. 20.02.2020).

На базе ветеринарного центра имени Пирогова были собраны 60 образцов волос кошек, захватывали небольшого пучка волос кончиками пальцев или зажимом с резиновыми губками и выдергивали его по ходу роста волос. Для проведения микроскопии используется оптический микроскоп с использованием окулярной цифровой USB-камеры и электронно-вычислительная машина с операционной системой Unix, для идентификации поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек используется обученная искусственная нейронная сеть YOLO v5.

Пример №1. Микроскопия волос кошек, поврежденных спорами дерматофитов осуществляется при помощи искусственной нейронной сети. Диагностика осуществлялась в три этапа. Первый этап: диагностика волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов осуществлялось при помощи обученной искусственной нейронной сети. Второй этап: микроскопия ветеринарными специалистами ветеринарного центра имени Пирогова и сотрудниками кафедры. Третий этап: анализ полученных данных от обученной искусственной нейронной сети, ветеринарных специалистов и сотрудников кафедры.

Образцы волос кошек (n=20) собранных от кошек переносят их на предметное стекло для микроскопии. Для проведения микроскопии используется оптический микроскоп с использованием окулярной цифровой USB-камеры и электронно-вычислительная машина с операционной системой Unix.

Установлено, что из 20 проб обученная искусственная сеть обнаружила 5 проб волос у кошек, которые были повреждены спорами дерматофитов (см. фиг. 1-2). Ветеринарные специалисты и сотрудники кафедры обнаружили 5 проб волос у кошек, поврежденные спорами дерматофитов. В оставшихся 15 пробах обученная нейронная сеть, ветеринарные специалисты и сотрудники кафедры не обнаружили волос кошек, которые были повреждены спорами дерматофитов.

Пример №2. Проводили аналогично примеру №1. Установлено, что из 20 проб обученная искусственная сеть обнаружила 7 проб волос у кошек поврежденные спорами дерматофитов (см. фиг. 3-4). Ветеринарные специалисты и сотрудники кафедры обнаружили 7 проб волос у кошек, поврежденные спорами дерматофитов. В оставшихся 13 проб обученная нейронная сеть, ветеринарные специалисты и сотрудники кафедры не обнаружили волос у кошек, которые были повреждены спорами дерматофитов.

Пример №3. Проводили аналогично примеру №1. Установлено, что из 20 проб обученная искусственная сеть обнаружила 12 проб волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов (см. фиг. 5-6). Ветеринарные специалисты и сотрудники кафедры обнаружили 12 проб волос у кошек, поврежденных спорами дерматофитов. В оставшихся 8 пробах обученная нейронная сеть, ветеринарные специалисты и сотрудники кафедры не обнаружили волос у кошек, которые повреждены спорами дерматофитов.

В ходе проведения исследований предлагаемого способа трихоскопии с использованием искусственных нейронных сетей для диагностики поврежденных спорами дерматитов волос у кошек доказано, что обученная искусственная нейронная сеть из 60 исследуемых проб диагностировала повреждения спорами дерматофитов в 20 пробах. Полученный результат является аналогичным результатам исследования проб ветеринарными специалистами и сотрудниками кафедры терапии и фармакологии Ставропольского государственного аграрного университета.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества: сокращение времени для проведения трихоскопии, упрощение интерпретации результатов трихоскопии, автоматизация метода трихоскопии.

Изобретение относится к области ветеринарной медицины, в частности к ветеринарной дерматологии и представляет способ трихоскопии с использованием искусственных нейронных сетей для диагностики поврежденных спорами дерматофитов волос кошек. Способ включает: получение материала путем удаления 30-50 волосков с помощью хирургического зажима; полученный волос помещают на предметное стекло, предварительно добавив минеральное масло; препарат накрывают покровным и микроскопируют при увеличении 4x и 40x, конденсор опущен, диафрагма прикрыта. При этом для проведения микроскопии используют оптический микроскоп с окулярной цифровой USB-камерой и электронно-вычислительной машиной с операционной системой Unix. Для идентификации поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек используют обученную искусственную нейронную сеть YOLO v5 и микроскопии с последующим анализом полученных данных. Изобретение обеспечивает использование искусственных нейронных сетей для диагностики волос кошек, поврежденных спорами дерматофитов. 6 ил., 2 пр.

Способ трихоскопии для определения поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек, включающий: получение материала путем удаления 30-50 волосков с помощью хирургического зажима; полученный волос помещают на предметное стекло, предварительно добавив минеральное масло; препарат накрывают покровным и микроскопируют при увеличении 4x и 40x, конденсор опущен, диафрагма прикрыта; при этом для проведения микроскопии используют оптический микроскоп с окулярной цифровой USB-камерой и электронно-вычислительной машиной с операционной системой Unix, для идентификации поврежденных спорами дерматофитов волос у кошек используют обученную искусственную нейронную сеть YOLO v5 и микроскопии с последующим анализом полученных данных.