Способ регистрации телевизионного сигнала биологических объектов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к области регистрации движения объектов путем измерения их яркости. Изобретение может найти применение в экспериментальной биологии и медицине.

Реснички - это специализированные двигательные органеллы клеток, их диаметр 0, мкм, длина 10-100 мкм. Они широко распространены в животном и растительном царствах от одноклеточных организмов до человека. Их согласованной работой обеспечивается как локамоторные потребности одноклеточных и ряда многоклеточ- ных животных, так и транспортные и дыхательные функции (жабры, легкие, половые пути и т.п.), Весь набор этих функций обеспечивается слаженной работой ресни- J чек, а частота и характер их биения являют- 00 ся важными функциональными критериями 00 их деятельности. Более того, по частоте би- sQ ения ресничек можно судить о воздействии на организм биологически, активных ве- ществ, физических факторов, фармакологи- ческих агентов и поллютантов,)

Цель изобретения - повышение точно- сти регистрации двигательной активности мелких биообъектов и оперативности работы с ними. Для этого объект помещают под микроскоп, черед посредство телекамеры получают его изображение на экране видеоконтрольного устройства (&КУ), на выбранный участок изображения наводят прицел в виде двух подсвеченных телевизионных строк (нааедение по вертикали) и прижимая торцом световода, соединенного с фотоприемником области экрана между высвеченных горизонтальных строк выбирают участок изображения, нужных для регистрации двигательной активности(наведение по горизонтали) и записывают двигательную реакцию на регистрирующий прибор. Диа-. метр световода при этом равен расстоянию между строк.

Способ реализует устройство, представленное на фиг. 1 и 2 в виде функциональных схем. Устройство включает в себя телевизионный микроскоп (1, 2), видеоконт- рольное устройство (ВКУ) 3, блок управления и обработки сигнала (4), регистрирующем устройство (6), оптический датчик в виде световода (5), соединенного с фотодиодом (не обозначен). По отношению к прототипу использование телевизионной камеры, ВКУ, блока управления и обработки сигнала, световода является новым. Устройство преобразует выбранный на экране ВКУ участок телевизионного изображения элек- тричесий сигнал, который записывается на регистрирующее устройство.

Как известно в телевизионном приемнике осуществляется полукадровая, через- строчная временная развертка изображения. Чтобы осуществить регистрацию двигательной активности объекта с экрана ВКУ, достаточно выбрать промежуток времени, соответствующий положению на экране (кадре) интересующего участка изо брзжения, измерить уровень сигнала за этот промежуток времени, запомнить этот уровень до следующего полукадра и т.д. На выходе такого устройства появится сигнал, пропорциональный колебаниям яркости участка экрана ВКУ, вызванным двигательной активностью исследуемого объекта.

Устройство реализует способ следующим образом. Препарат мерцательного эпителия помещают на предметный столик телевизионного микроскопа. При включении питания на экране ВКУ возникают две подсвеченные телевизионные строки, наложенные на изображение исследуемого объекта. Для регистрации доступна часть изображения между строк. Расстояние между строк устанавливают равным приблизительно диаметру торца световода. Положение пары строк можно менять по вертикали (оперативная регулировка смещение по вертикали). Этим достигается наведение на нужную часть изображения. Затем торец световода принимают рукой

или с помощью держателя к выданному участку изображения на экране ВКУ и осуществляют регистрацию биений ресничек мерцательного эпителия, основанную на частоте изменения яркости выбранного участка телевизионного изображения непосредственно с экрана ВКУ.

Блок управления и обработки сигнала состоит из следующих узлов (фиг, 2): свето0 вода (5) соединенного с фотодиодом, преобразователя ток-напряжение (7), устройства выборки-хранения (8), фильтра верхних частот (9), усилителя напряжения (10), фильтра нижних частот (11); регистратора (6)-и схемы

5 формирования сигналов выборки и подсвета строк (не обозначена).

Блок работает следующим образом. Компаратор (12) формирует импульсы уровня из кадровых синхроимпульсов (КСУ) ВКУ

0. (3), которые запускают одновибратор (13). Изменяя времязадающий резистор этого одновибратора, можно изменять положение подсвеченных строк по вертикали кадра. По заднему фронту импульса

5 одновибратора (13) запускается одновибратор (14). Времязадающим резистором этого одновибратора можно менять расстояние между двумя, подсвеченными строками. Од- новибраторы (13, 16) формируют положи0 тельные импульсы подсвета строк, длительностью около 64 мкс. Эти импульсы через схему ИЛИ (17) проходят схему совпадений И (18), куда подаются импульсы кадровой частоты с триггера (.19). С -выхода

5 схемы совпадений (18) импульсы подсвета строк (ИПС) подаются на выходной каскад видеоусилителя ВКУ (3) импульс команды выборки, равный по времени расстоянию между задним и передним фронтом импуль0 сов подсветок строк, формируют элементы (20, 21). Таким образом схема выборки-хранения (8) запускается з промежуток времени, равном расстоянию между подсвеченных на экране ВКУ строк. Этим

5 достигается наведение на объект регистрации по вертикали. Наведение по горизонтали достигается перемещением световода между строк подсвета. Таким образом способ регистрации двигательной активности

0 непосредственно с экрана ВКУ не может быть реализован без устройства управления и обработки сигнала, т.е. заявленные объекты едины.

Техническое решение приведенных

5 : элементов может быть любым из известных. Что касается фотодиода, то лучшие результаты (из доступных приборов) дает ФД-3.

Примеры конкретного выполнения способа и устройство предоставлены в виде записи ресничной деятельности жаберного

эпителия моллюска фиг. 3 и мерцательного эпителия трахеи крысы (фиг. 4) соответственно. На фиг. 3 представлены типы поведения ресничек мерцательного эпителия жабр двустворчатых моллюсков, которые получены с помощью описанного устройства. А быстрые реснички морского гребешка, обладающие спонтанной остановкой биения. Точки над записью - моменты спонтанной остановки биения, Б - непрерывноработающие быстрые реснички гребешка. В - медленные реснички гребешка. Г- те же реснички, но при скорости записи, -увеличенной в 5 раз. Д - медленные реснички мидии. Ж г контроль, Положение линии записи внизу - уровень черного, верхний уровень записи - уровень белого. Отметка времени под Ж - 1 с для всех записей, под Г - 0,2 с.

На фиг. А показано влияние некоторых химических факторов на двигательную активность ресничек трахеи крысы, зафиксированное путем реализации устройства.

А1 - фон; А2 - 5 мин, введения раствора норадреналина (НА); A3 - 10 мин. действия НА; П4 - 2 часа отмывки НА.

Б1 - фон; Б2 - 2 минуты введения дофа- мина (ДОФ) 10 М раствора; БЗ - 30 минут отмывки от ДОФ; Б4 - 6 мин введения ДОФ раствора.

В - влияние рН на двигательную активность ресничек. В1 - фон. В2 - 60 мин при рН 5,3; ВЗ - 60 минут при рН 9,2; В4 - резкий переход после 60 минутной экспозиции при рН 9,2 к р Н 5,3. Отметки времени под БI для всех 1 сек.

Таким образом, способ и устройство для его реализации позволяет регистрировать динамические параметры живого микрообъема, как в реальном времени, так и в записи в процессе исследования структуры и функции ресничек мерцательного эпителия. По сравнению с прототипом точность и оперативность повышаются за счет более высокой разрешающей способности устройства

путем применения телеприцела, позволяющего точно выбирать необходимые для исследования участки объекта.

Формула изобретен и я

1. Способ регистрации телевизионного сигнала биологических объектов, при котором проецируют увеличенное изображение биологических объектов на оптический вход

телевизионного датчика, преобразуют полученное изображение в видеосигнал, воспроизводят сигнал изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, перед воспроизведением сигнала изображения формируют сигнал в виде двух подсвеченных телевизионных строк, воспроизводят полученный сигнал изображения на выбранный участок экрана, проецируют светоп.ой сигнал выбранного участка ЭЛТ на торец световода, преобразуют световой сигнал объекта в электрический сигнал.

2. Устройство регистрации телевизионного сигнала биологических объектов, содержащее микроскоп, оптический выход которого связан с оптическим входом телевизионной передающей камеры, выход которой подключен через канал связи к видеоконтрольному устройству (ВКУ), о т л ичающееся тем, что введены последовательно соединенные блок обработки и управления сигнала и регистратор, при этом один торец введенного световода оптически связан с частью экрана видеоконтрольного устройства (ВКУ), а другой торец световода оптически связан с фотодатчиком блока обработки и управления сигнала, состоящего из.последователыю соединенного преобразователя ток-напряжение, блока

выборки и хранения, усилителя сигнала, Фильтра верхних и нижних частей, блока управления выборкой и блока подсветки строк, при этом второй выход и вход блока обработки и управления подключены соответственно к второму входу и выходу ВКУ.

/

fine

KM

4

фиг.1

Использование: в телевидении для регистрации двигательной активности ресничек мерцательного эпителия, Сущность изобретения: способ регистрации телевизионного сигнала биологических объектов, при котором проецируют изображение биологических объектов па оптический вход телевизионного датчика, преобразуют его и видеосигнал., воспроизводят сигнал изображения, при этом перед воспроизведением изображения формируют сигнал в виде двух подсвеченных телевизионных строк, воспроизводят полученный сигнал изображениями выбранный участок экрана, проецируют световой сигнал на торец световода и преобразуют световой сигнал объекта в электрический сигнал. Устройство включает в себя телевизионный микроскоп, телевизионную передающую камеру, видеоконтрольный блок, блок обработки и управления сигнала, канал связи, регистратов, блок обработки и управления сигнала содержит преобразователь ток-напряжение, блок выборки и хранения, фильтр верхних частот, фильтр нижних частот, блок управления.. 2с. п. ф-лы, 4 ил, ел С

ХМ

ЙШС

MC

.Л-:&.А

PtiCTP JbbW Л ,-:СЗ:

.:x;.i

.:x;.i

-; | .11 . : . . i i

/ /Ч; Ш ПЦЛ I I -I

.. :- f: I ) . i ; j ;

% l7:t--r Bfff

. .. ..,-,.-...-.-: ....vi., :../...vl.,v, , :

v/rj ,;/../ Ч ;

. :: ;: .ч

/ -J/:. , :г::,г:Г;

.,.;.:. i,.,,

..... i . . :

:-v.:-.v-. 4; .. - v; /ye.. У ... :.L. .:.v(I... ..; .. ..-. ..;.-.,..; : . .. , .,..-

РЕЕСТРОВЫЙ ;: i t c-выи.;: ;Ы

.KJ

W a. :,;..M:

t . r. -bviii .-.VA

::jL,ian

Фиг.д

ЖтазЗЖLb: Ш- ,. , ,

| iSi . f,K1

-ТLL

i

la.

-ft-: ,

sfe. ;: i.: - Z3icr

Mw-EWS S :

K cvi

.«.

, w

i i ----

: Ж.;: ЙЛ

JSgii pii ft