Автомат c25 — характеристики, маркировка, производитель, цена
Автоматический выключатель – автомат c25 служит для защиты электрической линии от короткого замыкания и токов перегрузки. А также он является коммутационным аппаратом. То есть им можно включать и отключать нагрузку.
Как правило, цена автомата c25 складывается из его характеристик, количества полюсов и “раскручености” бренда. Как можно увидеть, цены на автоматы C25 одного бренда и с одинаковым количеством полюсов различаются. Безусловно, цена зависит от коммутационной отключающей способности автомата.
Модульный автомат C25a
В этой статье рассматривается модульный автомат C25. Несомненно, автомат называется модульным потому, что каждый его полюс представляет собой отдельный стандартный модуль. По существу, изготовление многополюсных автоматов осуществляется соединением нескольких однополюсных модулей друг с другом. Таким образом, модульный автомат отличаются от других видов автоматов методом изготовления корпуса и его сборкой. Например, автомат в литом корпусе представляет собой цельный монолитный прибор. Его нельзя разобрать на отдельные полюса. Соответственно, из нескольких однополюсных автоматов нельзя собрать автомат многополюсный.
Общие характеристики автоматического выключателя c25, их маркировка
При любом количестве полюсов автомат c25 имеет общие характеристики. То есть номинальный ток, коммутационная способность, класс токоограничения. Значение этих характеристик промаркированы на автоматическом выключателе.
Номинальный ток автомата c25
Номинальный ток In автомата c25 равен 25 амперам. То есть автомат может длительное время не отключаясь пропускать через себя ток силой не более 25 ампер. При средней температуре 30°C. Однако, стоит учитывать температурные изменения. С одной стороны, при снижении температуры номинальный ток будет увеличиваться. С другой стороны, в случае увеличения температуры номинальный ток будет снижаться.
Коммутационная или отключающая способность автомата c25
Коммутационная или номинальная отключающая способность обозначаются аббревиатурой Icn. Icn – это возможность автомата отключатся при токе короткого замыкания (КЗ) определенной силы. Естественно, автоматический выключатель должен при отключении остаться работоспособным. Как правило, маркировка силы тока указана в прямоугольной рамке на корпусе автомата. Бытовые модульные автоматы обычно имеют коммутационную способность 4500A (4,5 kA), 6000A (6 kA). На промышленных сериях может указываться без рамки. Чем коммутационная способность больше, тем автомат качественней и дороже. Про отключающую способность более подробно.
Класс токоограничения автомата c25
Класс токоограничения автоматического выключателя показывает, за какое время происходит гашение дуги. Соответственно, существует три класса токоограничения автоматических выключателей. Третий класс токоограничения означает, что дуга гасится за 3-5 миллисекунд (0,003-0,005 секунды). В свою очередь, при втором классе гашение дуги происходит за 5-10 миллисекунд (0,005-0,01 секунды). На первый класс ограничение не установлены и гашение происходит за 10 миллисекунд и более.
Маркировка класса токоограничения нанесена на автомат в виде квадратной рамки с цифрами 3 или 2. По обыкновению, она расположена под прямоугольной рамкой коммутационной способности или рядом с ней. В частности, если маркировки нет, то это автомат с первым классом токоограничения. Про токоограничение более подробно.
Времятоковые характеристики электромагнитного и теплового расцепителей автомата C25
Каждый автомат имеет два расцепителя – тепловой (биметаллическая пластина) и электромагнитный (реле максимального тока). По сути, при помощи этих расцепителей происходит автоматическое отключение. По замыслу, тепловой расцепитель отключает автомат при длительном превышении мощности на участке сети, защищенного этим автоматом. С другой стороны, электромагнитный расцепитель отключает автомат при коротком замыкании.
Однако, может быть и наоборот. Такое может произойти при установке автомата, с неверно подобранными характеристиками. Параметры силы тока, при котором происходит отключение, и времени, за которое отключение происходит, называются времятоковыми характеристиками автомата.
Времятоковые характеристики электромагнитного и теплового расцепителей автомата C25 промаркированы на автомате в виде буквы C. Соответственно, эта буква изображена перед числом, обозначающим номинальный ток. Например, в данном случае перед числом 25.
Времятоковые характеристики теплового расцепителя для автомата c25
Несомненно, чем больше мощность нагрузки подключенной к автомату, тем больше сила тока проходящая через автомат. Соответственно, слишком большая сила тока способна повредить кабель, идущий от автомата к электроприбору. Значит, задача автомата отключить ток до того, как его сила достигнет величин, способных повредить кабель.
Времятоковые характеристики теплового расцепителя для автомата c25 составляют интервал от 1,13 In до 1,45 In. Строго говоря, при прохождении через тепловой расцепитель автомата C25 тока, равному 1,13 от номинального, он выключится за время, равное или более часа. Во время прохождения тока 1,45 от номинального выключится менее, чем за час.
Так или иначе, автомат c25 выключится тепловым расцепителем в течении часа или боле. При условии что ток проходящий через автомат составит 28,25 Ампер (1,13×25A=28,25A). А также выключится за время менее часа при токе 36,25 Ампер (1,45×25A=36,25A).
При повышении силы тока более 36,25 Ампер время отключения автомата будет уменьшаться. Если сила тока достигнет значений достаточных для отключения электромагнитного расцепителя, то отключать автомат будет уже этот расцепитель.
Времятоковые характеристики электромагнитного расцепителя автомата C25
Автомат C25 отключается электромагнитным расцепителем при определенных условиях. То есть когда ток, протекающий через автомат, станет в пять раз больше номинального тока.
Время отключения составит более 0,1 секунды. При токе, превышающий номинальный в десять раз, автомат отключится за 0,1 секунды или менее. При силе тока (25×5=125) 125 Ампер автомат c25 отключится за время более 0,1 секунды. Когда сила тока достигнет (25×10=250) 250 Ампер – за 0,1 секунды или еще быстрее.
Сечение кабеля для автомата c25
Сечение кабеля для автомата c25 обусловлено времятоковыми характеристиками его теплового расцепителя. С одной стороны, через автомат c25 более, чем час времени может протекать ток 28,25 Ампер. Значит, сечение проводника, подключаемого после автомата, должно быть не менее 4 мм² меди. Кабель с медными жилами сечением 4 мм², в не лучших для себя условиях, может длительно выдерживать протекание тока силой около 35 Ампер. Понятное дело, что это зависит от количества жил, материала изоляции и условий прокладки кабеля.
С другой стороны, через автомат c25, примерно, в течении часа может протекать ток 36,25 Ампер. Бесспорно, что такой ток при неблагоприятных обстоятельствах уже может нагревать медный проводник сечением 4 мм². Очевидно, это не полезно для кабеля. Однако, кратковременно такой ток проводник выдержать сможет. Само собой разумеется, что такое повышение тока не должно быть частым явлением. Следовательно, не надо перегружать автомат и кабель подключением слишком большой нагрузки. Иначе, от постоянного перегрева кабель быстро выйдет из строя.
Несомненно, при применении алюминиевого проводника сечение жил должно быть увеличено. До и после автомата c25 сечение его должно составлять 6 мм². Но применять в быту кабели с алюминиевыми жилами не нужно. Алюминий обладает большой текучестью. Потому требует частого осмотра и обслуживания. Единственное исключение провод СИП от опоры до ввода в дом.
Другие характеристики для одно-1p(п) двух-2p(п) трех-3p(п) и четырехполюсного 4p(п) автомата c25
Некоторые характеристики автомата c25 изменяются в зависимости от количества фаз сети, в которой используется автомат.
Точнее, изменяется номинальная напряжение и мощность подключаемой к автомату нагрузки.
Безусловно, для однофазной сети, где используются однополюсные или двухполюсные автоматы C25, характеристики будут иметь свои определенные значения. Для трехфазной сети, где используются трехполюсные или четырехполюсные автоматы C25, эти характеристики будут другими. Разумеется, изменяется также схема подключения автомата.
Итак, однополюсные и двухполюсные автоматы применяются в однофазной сети. Трехполюсные и четырехполюсные используются в трехфазной сети. Бывает, что двухполюсные автоматы используются в двухфазной сети. Однако, в быту двухфазные сети обычно отсутствуют. Исключением могут быть признаны не заземленные выходы однофазного генератора и разделительного трансформатора. Однополюсные и трехполюсные автоматы отключают фазные проводники, а нулевой оставляют не разомкнутым. С другой стороны, двухполюсные и четырехполюсные автоматы размыкают и фазные и нулевой проводник одновременно.
По сути, существуют две разновидности двухполюсных автоматов – 2п и 1п+n. Двухполюсные 2п автоматы состоят из двух одинаковых однополюсных автоматов, соединенных механически. Стало быть, в этом случае оба полюса имеют защиту. Двухполюсные 1п+n состоят из однополюсного автомата и однополюсного рубильника, также механически соединенных. Иначе говоря, полюс размыкающий нулевой проводник не содержит автоматических расцепителей, а только механизм, размыкающий контакты. Контакты размыкаются с помощью механического привода при отключении автомата, размыкающего фазный проводник. Другими словами, полюс n защиты не имеет. Соответственно, четырехполюсные автоматы 4п состоят из четырех полноценных однофазных автоматов. А к примеру, автоматы 3п+n из трех однополюсных автоматов и однополюсного рубильника.
Номинальное напряжение автоматического выключателя C25
Во-первых, для автомата C25 на корпусе промаркировано Ue номинальное напряжение. Иначе говоря, такое напряжение при котором автомат длительно может пропускать через себя номинальный ток.
Так, для однополюсных и двухполюсных автоматов оно обычно составляет 230 – 400 вольт. В свою очередь, для трехполюсных и четырехполюсных 400 вольт. Во-вторых, может быть промаркировано максимальное Umax и минимальное Umin напряжение при котором автомат сохраняет работоспособность. В-третьих, Ui номинальное напряжение изоляции. То есть напряжение которое не может пробить сопротивление материала из которого изготовлен автомат. Другими словами, при данном напряжение, человеку который прикоснется к автоматическому выключателю, ни грозит поражение электротоком.
Маркировка на автомате в виде волнистой линии ∼ или ≈. Это означает что он предназначен для использования в цепи переменного тока. Нанесена маркировка обычно перед обозначением номинального напряжения. С другой стороны, для цепей постоянного тока применяются автоматы с немного другим устройством. Такие автоматы имеют маркировку в виде прямой линии – .
Иногда на автомате указывается номинальное импульсное выдерживаемое напряжение Uimp в КилоВольтах. То есть, пиковое значение импульсного (чрезвычайно кратковременного) напряжения заданной формы и полярности. Безусловно, автомат должен выдержать это напряжение без повреждений при определенных условиях.
Мощность нагрузки (На сколько киловатт автомат C25?)
Итак, мощность нагрузки автоматического выключателя c25 зависит от количества фаз сети. Как видно, в трехфазной сети к автомату можно подключить нагрузку большей мощности чем в однофазной.
Как полагается, однополюсный и двухполюсные автоматы c25 предназначены для однофазной сети. Напряжение в бытовой однофазной сети составляет 220-230 вольт. Соответственно, пользуясь простой формулой P=U×I, можно определить мощность нагрузки, которую можно подключить к автомату. P=220×25=5500 Ватт. P=230×25=5750 Ватт.
Мощность нагрузки для однополюсного и двухполюсного автоматов c25 равна 5500 – 5750 Ватт. Безусловно, лучше ограничить мощность подключенного к автомату c25 электроприбора в однофазной сети до 5,5 КилоВатт.
Это позволит не перегревать кабель и не вызывать частое отключение автомата. Тем более, что ни говори, напряжение в сети обычно понижено. По новому госту напряжение однофазной сети должно быть 230 вольт ± 10%. Соответственно, в трехфазной сети 400 вольт ± 10%. Но обычно оно минус 10% или ниже и намного реже плюс.
Трехполюсные и четырехполюсные автоматы предназначены для трехфазной сети. Напряжение бытовой трехфазной сети составляет 380-400 вольт. По формуле P=U×I выясняем мощность нагрузки. В результате для трех- и четырехполюсных автоматов c25 мощность составляет 9500 – 10000 Ватт. Определенно, как и для однофазной сети лучше взять нижний предел. Соответственно, ограничить мощность электроприемника, подключенного к автомату C25 в трехфазной сети, до 9,5 КилоВатт.
Где применяется автомат c25
Само собой, в быту автомат C25 чаще всего применяется как вводной, до счетчика. Разумеется, если выделенная мощность составляет 5,5кВт для однофазной сети или 9,5кВт для трехфазной. Количество полюсов вводного автомата определяется количеством фаз сети и требованиями энергоснабжающей компании.
Однополюсные и двухполюсные автоматы c25 могут быть применены как автоматы на отдельный электроприбор мощностью около 5,5килоВатт. Безусловно, только если вводной автомат выше по номинальному току.
Трехполюсные и четырехполюсные автоматы c25 также могут применяться для отдельного электроприемника мощностью 9,5КилоВатт. Чаще всего автомат C25a применяется для защиты электроплит и других нагревательных приборов.
Автомат c25 может быть установлен для защиты сети с активной, индуктивной или ёмкостной нагрузкой. То есть, применяется для защиты сети с подключенными осветительными и нагревательными приборами. С другой стороны может служить для защиты сети с двигателями, трансформаторами. А также различными электронными электроприборами. Однако, настоящее его применение – это сеть со смешанной нагрузкой.
По сути, автомат с характеристикой C предназначен для защиты сети, с подключением разных видов нагрузок.
Однако для более корректной защиты сети нередко приходится применять автоматы с другими характеристиками. К примеру, иногда в сеть подключен двигатель с большим пусковым током. В этом случае для защиты устанавливается автомат с характеристиками D.
Автомат c25 – схема подключения
Как подключить автомат, сверху или снизу? По определению, питающий проводник подключается к неподвижному контакту автомата. Обычно, это означает подключение сверху. Но могут быть и исключения. Другими словами, нужно всегда смотреть схему подключения, нанесенную на корпус автомата.
Так, цифра 1 на схеме показывает, куда подключается вход первого фазного проводника. Цифра 2 показывает выход первого фазного проводника. Соответственно, 3 – вход, 4 – выход у двухполюсного автомата. Цифры 5 – вход, 6 – выход у трехполюсного; 7 – вход, 8 – выход у четырехполюсного.
Кроме цифр на схеме и (или) на контактах может быть обозначение буквы N. То есть на эти контакты подключается нулевой проводник. Когда обозначения буквы N нет, то нулевой проводник подключается на контакты, обозначенные наибольшими цифрами. Если фазные проводники подключаются сверху, то и нулевой проводник подключается сверху же. С другой стороны, если фазные проводники подключаются снизу, то нулевой, соответственно, снизу.
Без всякого сомнения, автомат c25 используется в быту чаще всего в качестве вводного. Так, в бытовых условиях редко используются электроприборы с мощностью, которая бы потребовала автомата на номинальный ток 25 ампер. На выше расположенной схеме показано использование однополюсного автоматического выключателя C25 в качестве вводного автомата.
На данной схеме показано применение автомата c25 для отдельной цепи. Стоит обратить внимание, что вводной автомат должен быть минимум на два номинала больше нижестоящего автомата. Это нужно для селективности по тепловому расцепителю. То есть чтобы нижестоящий автомат отключался первым при тепловой перегрузке сети.
Бренд – Компания производитель. Купить автоматический выключатель C25. Цена автомата c25
Наиболее известные зарубежные компании производящие модульные автоматические выключатели ABB, Schneider Electric, Legrand. Из отечественных КЭАЗ, IEK, EKF.
Безусловно, модульный автомат зарубежных брендов бытовой серии удовлетворяет нормам, предъявляемым к автоматам в быту. Но промышленные серии модульных автоматов, несомненно, качественнее, надежнее и удобнее для монтажа, чем бытовые.
Как водится, модульные автоматы отечественных компаний сделаны в Китае. К слову, это не признак их ненадежности. Грубо говоря, по качеству они не сильно отличаются от бытовых серий зарубежных компаний. Мало того, но и стоить они могут дешевле. И кроме того, тоже удовлетворяют нормам для бытовых автоматов. Жаль, но они обычно не имеют серий, похожих на промышленные серии зарубежных брендов.
Среди отечественных производителей выделяется КЭАЗ. Факт, они действительно сами производят в России автоматы в литом корпусе. Модульные автоматы, как и все, заказывают в Китае. Но заказать производство товара и проконтролировать его качество тоже можно по разному. Их познание в практическом производстве автоматов дает надежду на более высокий уровень в этом плане.
УЗО и дополнительные приспособления для автомата C25
Выбирая автоматичекий выключатель, не стоит рассматривать его отдельно от других компонентов электрощита. Покупая автомат, надо иметь в виду то, что он будет монтироваться вместе с УЗО. Применять УЗО нужно одного производителя с автоматическим выключателем. А также одной серии с ним. Во всяком случае, при этом можно быть уверенным в наилучшем их взаимодействии друг с другом.
К слову сказать, у отечественных производителей УЗО по качеству уступают зарубежным. Действительно, часто они не имеют в серии электромеханических УЗО. И кроме того, они имеют намного меньшее разнообразие в характеристиках. Обычно минимальный номинал УЗО 16 ампер. Потому с автоматом C0,5 применяется УЗО на номинальный ток 16 ампер.
Применяя зарубежные автоматические выключатели промышленных серий, можно использовать различные вспомогательные приспособления. Это и разнообразные гребенки, дополнительные контакты и устройства автоматического включения. К огорчению, у отечественного производителя этих приспособлений или нет совсем, или ассортимент сильно ограничен. По чести говоря, зарубежные бытовые серии тоже не предназначены для совместного использования с дополнительными устройствами.
Автомат c25 Выбор производителя
Безусловно, среди зарубежных брендов рекомендовать к применению стоит компанию ABB. Как водится, все бренды стараются по возможности сэкономить и удешевить свою продукцию. Само собой, ABB не исключение. Однако, за выбор именно этой компании говорит то, что они наименее подвержены этой тенденции. Например, в сериях их продукции вообще нет электронных УЗО. А как известно, электромеханическое УЗО лучше электронного. Поскольку защищает от удара током даже при обрыве нуля и пониженном напряжении. Несомненно, автоматы и сопутствующие им аксессуары этой фирмы удобны для монтажа и отличаются разнообразием. Также у них неплохо развита логистика. Другими словами, если чего то нет на местном складе в данный момент, всегда можно заказать. И товар доставят с другого склада.
Несомненно, Schneider Electric и Legrand тоже имеют в ассортименте аппараты не уступающие по качеству ABB. Причем, многим людям удобнее использовать в монтаже продукцию этих компаний. Бесспорно, это дело личных предпочтений и привычки.
К сожалению, некоторые компании часто не представлены на отечественном рынке в своем полном ассортименте. Например, Siemens, Hager, GE. Вероятно, возможно купить какие-то автоматы этих производителей. Однако не найти в продаже УЗО. Тем более трудно приобрести различные дополнительные устройства для сборки щитов.
Без сомнения, речь идет только о промышленных сериях автоматов с коммутационной способностью от 6000 Ампер. В сущности, бытовые серии разных зарубежных производителей примерно схожи друг с другом.
Пожалуй, они не представляют собой ничего выдающегося.
Автомат C25 – цена
Как правило, цена автомата c25 складывается из его характеристик, количества полюсов и “раскручености” бренда. Цены на автоматы C25 одного бренда и с одинаковым количеством полюсов различаются. В итоге цена зависит от коммутационной отключающей способности автомата.
Рекомендуем прочитать
Коммутационная или отключающая способность автоматического выключателя
Коммутационная или отключающая способность автомата – это возможность автомата отключатся определенное количество раз, при токе короткого замыкания (КЗ) определенной силы. Бытовые автоматы маркируются по стандарту IEC 23-3/EN 60898. Международный стандарт-“Выключатели автоматические для защиты от сверхтоков электроустановок бытового и аналогичного назначения”. Натурально, по правилам этого стандарта на автоматическом выключателе указывается номинальная наибольшая отключающая способность Icn Читать далее…
Класс токоограничения автоматического выключателя
Класс токоограничения автоматического выключателя определяется скоростью гашения электрической дуги, возникающей при отключении автомата в случае короткого замыкания. По определению, во время короткого замыкания автомат разрывает контакты и соответственно, отключается. Факт, сила тока при коротком замыкании может достигать несколько тысяч ампер. Понятное дело, между размыкающимися контактами образуется электрическая дуга. Помимо всего прочего, дуга имеет высокую температуру. Следовательно, из-за данного обстоятельства автомат может выйти из строя. Значит, дуга должна быть как можно быстрее погашена. Гасится дуга с помощью дугогасительной камеры Читать далее…
Характеристики автоматических выключателей – обозначения на корпусе
Характеристики автоматических выключателей важный фактор при выборе защиты электроприборов в каждом конкретном случае. Автоматический выключатель необходимо выбирать учитывая характеристики автоматических выключателей, обозначения которых нанесены на корпусе автомата Читать далее…
Ваш Удобный дом
Номин. напряжение | 220 … 250 В |
| Характеристика срабатывания-кривая тока | C |
| Возможна дополнительная комплектация | Да |
| Отключение нейтрали N | Нет |
| Номин. ток | 25 А |
| Глубина монтажн. встраиваемая | 68 мм |
| Класс токоограничения устройства | 3 |
| Количество модулей (модульная ширина) | 1 |
| Степень защиты | IP2X |
| Степень загрязнения устройства | 2 |
| Номин. отключающая способность по IEC 60947-2 | 7,5 |
| Тип напряжения | Перемен./постоян. (AC/DC) |
| Номин. отключающая способность | 6 кА |
| Кол-во полюсов | 1 |
| 35 |
Выбор модульного автоматического выключателя
В любой электрической или электронной схеме присутствуют системы защиты и автоматики. К одним из таких элементов защиты относятся модульные автоматические выключатели (в быту — автоматы). К основным достоинствам автоматов можно отнести дешевизну, малые габариты и удобство монтажа на DIN-рейку. Они широко используются в быту и промышленности.
Модульный автоматический выключатель (АВ) предназначен для защиты от коротких замыканий в линии, проложенной от него к электропотребителю, а также от случаев превышения длительно допустимого тока в этой линии из-за подключения мощных электроприборов к ней. То есть АВ защищает электропроводку, отходящую от него к розетке, выключателям, светильникам и другим электроприборам. Автомат не защищает электроприборы от скачков напряжения. К примеру, кабель сечением 2,5 кв.мм Вы защищаете автоматом С25 А. При подключении большой нагрузки Вы перегрузили линию до 36 А. Автоматический выключатель с номинальным током 25 А может не отключаться в течение целого часа, а по кабелю будет идти ток, который в значительной мере превышает длительно допустимый ток линии 27 А. За это время кабель нагревается и от нагрева разрушается изоляция. От многократных нагревов она становится хрупкой, появляются микротрещины. Как мы знаем из школьных уроков физики, при нагреве металлов они линейно удлиняются. А при одном из следующих нагревов провода деформируются и касаются друг друга, что приводит к короткому замыканию и пожару. А если иметь в виду то, что некоторые производители кабельной продукции выпускают свою продукцию не по ГОСТ, а по ТУ с преднамеренно заниженным сечением жил и уменьшенной толщиной изоляции, то ситуация еще более усугубляется. Любая электрика проектируется так, чтобы питающая линия никогда не нагревалась.
Мы рекомендуем для защиты проводов использовать автоматические выключатели исходя из таблицы:
Давайте более подробно разберемся с устройством модульного автоматического выключателя.
LEGRAND C40 6кА
ИЕК С6 4.5кА
Основные характеристики модульных автоматических выключателей:
- Время-токовая характеристика
- Номинальный рабочий ток
- Номинальная отключающая способность
- Количество полюсов
- Время-токовая характеристика
В быту в основном используются модульные автоматические выключатели «C» и редко «B» или «D».
Для реализации заданной время-токовой характеристики в конструкции модульного автоматического выключателя присутствуют 2 элемента — биметаллическая пластина и электромагнитный расцепитель.
Биметаллическая пластина состоит из двух металлов с разным линейным температурным расширением. Пластины плотно сварены друг с другом. При нагревании одна пластина удлиняется больше другой, и вся конструкция изгибается пропорционально температуре, а значит пропорционально протекающему через нее току и времени. При достижении определенного изгиба пластина отключает автомат.
Биметаллическая пластина обеспечивает отключение автомата через некий промежуток времени при превышении его номинального тока. Промежуток времени работы автомата при нагрузке выше номинальной зависит от величины тока протекающего через него, то есть во сколько раз протекающий через автомат ток превышает номинальный ток автомата (кратность до 3 на графике для автомата «B»).
Чем больше нагрузка, тем меньше времени продержится автомат. Самая верхняя кривая время-токовой характеристики отражает время отключения холодного автомата номинальной мощностью более 32А (биметаллическая пластина не разогрета, нагрузка только что подана), вторая сверху характеристика на графике справедлива для автоматических выключателей с номинальным током In
Электромагнитный расцепитель – это катушка, выполненная медным проводом с подвижным сердечником внутри. При большом токе сердечник втягивается и отключает автомат.
Электромагнитный расцепитель обеспечивает мгновенное отключение автомата при коротком замыкании в защищаемой линии (цветные зоны на графике, кратность тока 3 и выше для автомата «B»). Короткое замыкание — это резкое, лавинное нарастание тока через линию и защищающий ее автомат из-за соединения фазного провода с нулевым, с проводом другой фазы или с заземлением. В этом случае через провод протекает огромный ток при котором линия не выдерживает и сгорает.
Электромагнитный расцепитель настроен таким образом, чтобы реализовывать одну из токовых характеристик — «B», «C», «D» и др. А именно, автоматический выключатель В10 может мгновенно отключиться при кратности тока от 3*In (30А) до 5*In (50А), а при превышении кратности в 5*In (50А) он отключится с вероятностью в 100% (если исправен).
Автомат С10 может отключиться при токе в 5*In (50А) до 10*In (100А), при токе более 10*In (100А)отключится с вероятностью в 100%.
Автомат D10 может отключиться при токе в 10*In (100А) до 20*In (200А), при токе более 20*In (200А) отключится с вероятностью в 100%.
Совместная работа биметаллической пластины и электромагнитного расцепителя реализуют заданную время-токовую характеристику автоматического выключателя, приведенную на графике и в таблице выше. Данные характеристики справедливы при температуре окружающей среды в 30 градусов целься в месте установки автоматического выключателя. Чем ниже температура, тем больше времени требуется на разогрев биметаллической пластины, и соответственно, автомат будет работать больше времени при нагрузке выше номинальной.
Области применения автоматических выключателей и разными время-токовыми характеристиками:
- «B» — автомат для защиты отходящих линий;
- «C» — автомат на группу потребителей;
- «D» — вводной автомат в щите учета, который располагается на улице, или для мощных электродвигателей с большими пусковыми токами.
- Номинальный рабочий ток
Модульные автоматические выключатели выпускают с номинальным рабочим током в 1А, 2А, 3А (слаботочные), 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А (средние), 40А, 50А, 63А,100А (мощные). Номинальный ток автомата выбирается по сечению отходящего от него провода (длительно допустимому току отходящей линии), с учетом коэффициента 1.13.
Мы рекомендуем простое правило для выбора сечения провода и защищающего этот провод автомата:
- Электропроводка к электроплитам и варочным поверхностям выполняется проводом 6 кв.мм, причем мощные электроприборы подключаются одним проводом без соединений непосредственно к распределительному щиту и защищаются собственным автоматом.
- Электропроводка до розеток выполняется сечением 2,5 кв.мм, могут быть развилки к разным группам розеток. Нельзя использовать провода с меньшем сечением. Например от щита идет провод сечением 2,5 кв.мм, а в распайке от этой линии подключена розетка проводом 1,5 кв.мм. В этом случае автоматический выключатель необходимо выбрать как для линии сечением 1,5 кв.мм. Модульный автоматический выключатель выбирается по меньшему из сечений проводов в разветвленной линии
- Электропроводка осветительной сети выполняется проводом сечением 1,5 кв.мм. Нельзя использовать провода с меньшем сечением.
Исходя из таблицы, номинальная нагрузка на провода:
- Сечением 6 кв.мм составляет 40А. Для данного провода оптимальным будет автоматический выключатель на 32А, так как In32*1.13 = 36.16А — это меньше, чем номинальный ток. А если взять автомат 40А, то In40*1.13 = 45.2А — ток на 5,2А больше номинальной нагрузки, линия будет работать с перегрузкой и будет нагреваться;
- Сечением 2,5 кв.мм составляет 25А. Для данного провода оптимальным будет автоматический выключатель на 16А;
- Сечением 1,5 кв.мм составляет 18А. Оптимальный автомат 10А. Если нагрузка в осветительной сети не будет превышать 6А, то ПУЭ рекомендуют использовать автомат на 6А.
- Номинальная отключающая способность:
Это способность автоматического выключателя (4500) без внутренних повреждений отключить линию при коротком замыкании с током менее 4500 А и быстро погасить возникающую дугу электрического тока при размыкании контактов.
Конструкция дугогасящей камеры
В новостройках рекомендуем использовать АВ не менее с 6000А так как в доме с электропроводкой выполненной по современным стандартам ток короткого замыкания может быть значительным (магистральная электропроводка в подъездах выполнена толстыми медными проводами)
Для старых домов — 4500А или 6000А.
Автоматы 10000А и более, как правило, используется в промышленности.
- Количество полюсов: 1,2,3,4.
Подводя итоги, можно сделать вывод, что время отключения автомата при превышении номинального тока зависит от множества факторов.
- От краткости превышения номинального тока;
- От время – токовой характеристики;
- От температуры наружного воздуха.
Рассмотрим характеристику для автомата С16. Из нее видно, что при превышении тока в 1.13 то номинального, а это 18.08, линия будет находится под нагрузкой более часа, а при двукратном превышении номинального тока автомат отключится через интервал времени от 10 секунд до 5 минут. Из этого следует, что линия может находиться под током в 32А в течение времени до 5 минут. Все это справедливо при температуре окружающей среды 30 градусов Цельсия. Если температура будет менее 30 градусов Цельсия, то автомат сработает через большее количество времени.
В итоге выбор модульного автоматического выключателя сводится к данным рекомендациям:
- Сечением 6 кв.мм составляет 40А. Для данного провода оптимальным будет автоматический выключатель на 32А, так как In32*1.13 = 36.16А — это меньше чем номинальный ток. А если взять автомат 40А, то In40*1.13 = 45.2А — ток на 5,2А больше номинальной нагрузки, линия будет работать с перегрузкой и будет нагреваться;
- Сечением 2,5 кв.мм составляет 25А. Для данного провода оптимальным будет автоматический выключатель на 16А;
- Сечением 1,5 кв.мм составляет 18А. Оптимальный автомат 10А. Если нагрузка в осветительной сети не будет превышать 6А, то ПУЭ рекомендуют использовать автомат на 6А.
Устройства дифференциального тока предназначены для защиты цепи от сильных токов замыкания на землю. Данные устройства постоянно измеряют векторную сумму линейных токов в однофазных и трехфазных сетях. Если ее значение будет отличным от нуля и превысит порог чувствительности устройства, оно сработает и размокнет цепь.
Автоматические выключатели серии DS 204 являются аппаратами, объединяющими функции устройств дифференциального тока и автоматических выключателей. Они срабатывают как в случае замыкания на землю, так и в случае перегрузки и короткого замыкания. Они способны самостоятельно защитить себя от тока короткого замыкания. Значение максимального тока короткого замыкания указывается на корпусе аппарата.
Устройства типа AC применяются в системах, где возможен синусоидальный ток утечки на землю. Они нечувствительны к импульсным дифференциальным токам с пиковым значением до 250 А (форма волны 8/20), которые могут возникнуть, например, при наложении импульсов перенапряжения при включении люминесцентных ламп, рентгеновского оборудования, систем обработки информации, тиристорных преобразователей.
Селективные устройства дифференциального тока снабжены устройством задержки отключения и устанавливаются в качестве вышестоящих, чтобы обеспечить селективность. Таким способом отключается только та часть питаемой установки, на которую повлиял отказ.
В модельный ряд устройств дифференциального тока входят также помехоустойчивые (AP-R). Их время отключения примерно на 10 мс превышает время отключения устройств мгновенного действия, но оно укладывается в пределы, установленные действующими стандартами для подобных устройств.
- Вспомогательный контакт
- Сигнальный контакт
- Дистанционный расцепитель
- Расцепитель минимального напряжения
| Наименование | Дифференциальный автомат 4-полюсный С25 30мА |
| Серия | DS204 |
| Соответствие стандартам | IEC / EN 61009, IEC/EN 60947-2 |
| Характеристика срабатывания | АС |
| Номинальный ток | 25 A |
| Диф. ток | 30 мА |
| Количество полюсов | 4P |
| Номинальное напряжение | 230/400 — 240/415 В |
| Номинальное напряжение изоляции | 500 В |
| Минимальное рабочее напряжение | 110 В |
| Максимальное рабочее напряжение | 254 В |
| Номинальная частота | 50…60 Гц |
| Номинальная отключающая способность | 6 kA |
| Класс ограничения | I I I |
| Характеристики термомагнитного расцепителя | C: 5 ln lm 10 ln |
| Рычаг управления | Черный, пломбируется в положении ВКЛ.- ОТКЛ (авт. выкл.) + синий (ВДТ) |
| Механическая износостойкость | 20000 циклов |
| Электрическая износостойкость | 10000 циклов |
| Степень защиты | Корпус — IP4X Зажимы — IP2X |
| Температура хранения | -40 … +70 C |
| Тип зажимов | Цилиндрическая двунаправленная клемма с защитой от неправильного монтажа, стойкая к ударному воздействию |
| Сечение кабеля для верхних/нижних зажимов | 25/16 мм |
| Момент затяжки зажимов | 2.8 Нм |
| Инструмент | Nr. 2 Pozidriv |
| Монтаж | на DIN-рейку EN 60715 (35 мм) посредством системы быстрого крепления |
| Подключение | Сверху и снизу |
| Размер | 85 х 69 х 105 мм |
| Масса | 775 г |
Автоматический выключатель Энергия ВА 47-63. Надежная защита от перегрузки (сверхтоков) и токов короткого замыкания.
Автоматический модульный выключатель Энергия ВА 47-63
Новые модульные автоматические выключатели производства электротехнической компании ЭТК-Энергия модели Энергия ВА47-63 — это хорошее соотношение цена/качество.
Автоматический выключатель Энергия ВА 47-63 предназначен для защиты цепей, электроприборов, проводки от токов перегрузки (сверхтоков) и токов короткого замыкания, а так же служит для коммутации электросетей (для нечастых включений/выключений электрооборудования). Автоматический выключатель Энергия ВА 47-63 имеет два типа защиты от перегрузки и короткого замыкания благодаря тепловому и электромагнитному расцепителю. Тепловой расцепитель — это биметаллическая пластина, которая изгибаясь при повышенном токе, отключит автомат Энергия ВА47-63, а электромагнитный расцепитель — это электромагнитная катушка, призванная выключить автомат при токах короткого замыкания. Дугогасительная камера автоматического выключателя Энергия ВА47-63 состоит из девяти пластин, что обеспечивает высокую коммутационную износостойкость и позволяет иметь высокие характеристики предельной коммутационной способности. Подробнее об этом рассказано в статье Выбор автоматического выключателя.
- Термоустойчивый корпус из прочной не поддерживающий горение пластмассы.
- Замок-крепление на стандартную din-рейку 35 мм.
- Биметаллическая пластина.
- Электромагнитная катушка.
- Токовый расцепитель.
- Дугогасительная камера.
- Зажим из посеребренной меди и анодированной стали.
Выключатель автоматический Энергия ВА 47-63 имеет множество модификаций (типоисполнений). Модельный ряд Энергия ВА 47-63 состоит из однополюсных, двухполюсных, трехполюсных и четырехполюсных автоматических выключателей с номинальным током от 1 до 63А и характеристиками отключения B, C и D. Номинальная отключающая способность автомата Энергия ВА 47-63 составляет 6кА, максимальное сечение подключаемых проводов составляет до 25мм2 включительно.
Автомат Энергия ВА47-63 рекомендован для применения в жилых и общественных зданиях, может эксплуатироваться в широком диапазоне температур от –40°С до +50°С. Корпус изготовлен из термостойкой пластмассы, которая не поддерживат горение. Автомат Энергия имеет степень защиты IP20, электрическая износостойкость составляет не менее 6000 циклов включения/отключения, а механическая износостойкость — более 20000 циклов включения/отключения.
| Технические характеристики автоматических выключателей Энергия ВА 47-63 | |
| Номинальное напряжение | 240/415 В |
| Номинальный ток | 1, 2, 3, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 А |
| Число полюсов | 1, 2, 3, 4 |
| Время-токовые характеристики | B, C, D |
| Электрическая износоустойчивость | ≥ 6000 циклов |
| Механическая износоустойчивость | ≥ 20000 циклов |
| Допустимое сечение подключаемых проводов | 1 — 25 мм2 |
| Диапазон рабочих температур | -45…+50°C |
| Отключающая способность | 6000А (для номинального тока до 40 А) 4500А (для номинального тока 50, 63 А) |
| Степень защиты | IP20 |
| Крепление | на DIN-рейку 35 мм |
| Номенклатура автоматических выключателей Энергия ВА 47-63 |
| Автоматический выключатель 1P 1A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 2A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 3A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 4A ВА47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 6A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 10A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 16A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 20A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 25A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 32A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 40A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 50A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 1P 63A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 2AВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 4A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 6A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 10A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 16A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 20A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 25A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 32A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 40A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 50A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 2P 63A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 10A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 16A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 20A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 25A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 32A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 40A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 50A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
| Автоматический выключатель 3P 63A ВА 47-63 ЭНЕРГИЯ |
Статьи по теме:
Советы от компании «Электромир» для тех, кто строит дом!
Выбор автоматического выключателя
Выбор устройства защитного отключения (УЗО)
Выбор дифференциального автоматического выключателя
Материалы по теме:
Модульная защитная аппаратура Hager
Автоматические выключатели, УЗО и дифф. автоматы Hager
Линейные защитные автоматы — для защиты кабелей и проводов
Автоматические выключатели SASSIN
Автоматические выключатели Энергия ВА47-63
Устройства защитного отключения SASSIN
Устройство защитного отключения Энергия УЗО-2
Автоматы дифференциальные SASSIN серии C45L, C45N
АВДТ Энергия серии АВДТ-1 и АВДТ-32
Автоматический выключатель 1-полюсный Sh301L C25 ABB 2CDS241001R0254
ABB Sh301L C25 Автоматический выключатель 2CDS241001R0254, однополюсный 25А тип C 4.5кА
- лучшая серия для квартиры и дома
- немецкое качество
- высокая надежность
Автоматический выключатель Sh301L C25 предназначен для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Это однополюсный автомат рассчитанный на номинальный ток 25А. Токовременная характеристика С подходит для большинства бытовых электроустановок.
Характеристики
- Номинальное напряжение: 230/400В
- Частота: 50/60Гц
- Тип: С
- Номинальная максимальная отключающая способность: 4.5кА.
- Номинальный ток (In): 25А
- Число полюсов: 1
- Рычаг: черный, с возможностью опломбировки
- Температура окружающей среды: -25 +55°С
- Клеммы:
- Шинопровод 10 / 10 мм2
- Проводники: до 25мм2
- Положение при монтаже: любое
Габаритные размеры:
Автоматические выключатели Sh300L — немецкое качество по привлекательной цене.
Автоматические выключатели Sh300L входят в серию оборудования Compact Home.
Compact Home — оборудование для жилых помещений и коммерческого строительства. Оптимизация характеристик позволила снизить цену для конечного потребителя. При этом, использование продукции Compact Home обеспечивает надежную защиту и безопасность.
Автоматические выключатели Sh300L рекомендовано использовать для защиты розеточных цепей и цепей освещения Устройства имеют характеристики, специально направленные на применение в жилищном сегменте. Это позволяет обеспечить полную безопасность обслуживания конечных цепей. Изделия соответствуют ГОСТ Р 50345-2010.
System pro M compact®
Комплексное предложение модульных устройств. В ассортименте System pro M представлен полный ассортимент первоклассных современных продуктов
- модульные автоматические выключатели
- устройства дифференциального тока
- устройства защиты от перенапряжений
- устройства управления
- измерительные приборы
- аксессуары для контроля, сигнализации и измерения и другое оборудование.
Применение устройств System pro M compact® обеспечивает простоту и безопасность монтажа, а также гарантирует экономию времени.
Почему ABB?
-
ABB предлагает самый полный ассортимент оборудования для всех сегментов рынка.
-
Имеет более чем 90-летний опыт инноваций в электротехнической отрасли, и обеспечивает наиболее высокое качество продукции.
-
Вся продукция АББ поставляется со всеми необходимыми разрешениями и сертификатами, и подходит для установки в любой точке мира.
Автоматический выключатель 1-полюсный Sh301L C25 ABB
Изображения и характеристики данного товара, в том числе цвет, могут отличаться от реального внешнего вида.
Комплектация и габариты товара могут быть изменены производителем без предварительного уведомления.
Описание на данной странице не является публичной офертой.
Автоматический выключатель 1-полюсный Sh301L C25 ABB — цена, фото, технические характеристики. Для того, чтобы купить Автоматический выключатель 1-полюсный Sh301L C25 ABB в интернет-магазине prestig.ru, нажмите кнопку «В КОРЗИНУ» и оформите заказ, это займет не больше 3 минут. Для того чтобы купить Автоматический выключатель 1-полюсный Sh301L C25 ABB оптом, свяжитесь с нашим оптовым отделом по телефону +7 (495) 664-64-28
Дифф. автомат АВДТ 32 2 полюс. С25 30 mA iEK
Автоматические выключатели дифференциального тока АВДТ32 предназначены для защиты человека от поражения электрическим током при повреждении изоляции электроустановок, для предотвращения пожаров вследствие протекания токов утечки на землю и для защиты от перегрузки и короткого замыкания.Рекомендуются для защиты групповых линий, питающих розетки наружной установки, розеток и освещения подвалов и гаражей.
Комбинированная схема с электронным модулем дифференциальной защиты и встроенным автоматическим выключателем.
Наиболее надёжная защита человека при прямом прикосновении к токоведущим частям.
Независимый индикатор положения контактов.
Широкий диапазон рабочих температур от -25°С до +50°С.
Насечки на контактных зажимах снижают тепловые потери и увеличивают механическую устойчивость соединения.
Наличие кнопки ТЕСТ для проверки работоспособности устройства и правильности подключения.
Габариты АВДТ соответствуют 2-модульному исполнению за счёт размещения элементов конструкции.
Помехоустойчивая схема.
Быстрый монтаж с помощью защелки с двойным фиксированным положением (АВДТ32 для токов до 40 А).
Быстрая монтаж/демонтаж без использования инструментов (АВДТ32 для токов 50 и 63 A).
Увеличенная способность 6 кА позволяет устанавливать АВДТ в качестве вводных автоматов защиты.
Технические характеристики
Количество полюсов: 2
Количество защищенных полюсов: 1
Номинальный ток: 25 А
Номин раб напряжение: 230 В
Отключающая способность по EN 60898: 6 кА
Номин откл диф ток: 30 мА
Тип тока утечки: A
Характеристика срабатывания — кривая тока: C
Ширина по количеству модульных расстояний: 36 мм
Макс сечение входящего кабеля2: 25 мм
Номин импульсное выдерживаемое напряжение: 4 кВ
Тип монтажа: на DIN-рейку
Частота: 50 Гц
Степень защиты — IP: IP20
Монтажная глубина — ниши: 71 мм
Тип расцепителя: Тепловой, электромагнитный
Тип подключения: Винтовое соединение
Эксплуатационные параметры
Срок службы, Лет: не менее 15
Партнерства: общие характеристики и формирование
Hannah, J.
Апеллянты Реджи Чаверс и Марк Чаверс обжалуют решение, вынесенное против них окружным судом округа Крейгхед. Реджи и Марк утверждают, что суд первой инстанции допустил ошибку, признав их ответственными за долг компании, основанный на партнерстве посредством эстоппеля, потому что доказательства были расплывчатыми и недостаточными, и со стороны кредитора не было никакой пагубной зависимости. Мы считаем, что суд первой инстанции не совершил явной ошибки, установив ответственность на основании партнерства путем эстоппеля.Соответственно утверждаем.
Факты
Гэри Чаверс руководил строительным и сварочным бизнесом Chavers Welding and Construction («CWC») в Джонсборо. Сыновья Гэри Реджи Чаверс и Марк Чаверс присоединились к бизнесу своего отца после окончания средней школы. Гэри, Марк и Реджи утверждают, что CWC была частной собственностью, принадлежавшей Гэри, и что Реджи и Марк служили только сотрудниками CWC, а не партнерами CWC.
В феврале 1999 года CWC заключила соглашение с Epsco, Inc.(«Epsco»), кадровая служба, обеспечивающая расчет заработной платы и услуги сотрудников для CWC. Первоначально Epsco собирала платежи за свои услуги еженедельно, но позже Epsco предоставила кредит CWC. Мелтон Клегг, президент Epsco, заявил, что его решение о предоставлении кредита CWC было частично основано на его убеждении, что CWC является партнерством.
СчетCWC в Epsco стал просроченным, и Epsco подала жалобу на Гэри, Реджи и Марка, индивидуально и на ведение бизнеса как CWC, с целью взыскания оплаты за просроченный счет.Гэри выполнил часть своих обязательств перед Epsco из-за того, что он объявил о банкротстве. Epsco пыталась взыскать оставшуюся задолженность CWC от Реджи и Марка. После слушания 7 марта 2002 г. суд первой инстанции вынес письменное заключение, в котором установил, что Реджи и Марк «представляли себя [Epsco] в качестве партнеров в существующем партнерстве и действовали таким образом, чтобы предоставить кредиторам в целом и Epsco в в частности, создается впечатление, что такие кредиторы / потенциальные кредиторы вели дела в партнерстве.… »21 мая 2002 года суд первой инстанции вынес постановление, в котором говорилось, что Реджи и Марк были партнерами по эстоппелю в отношении Epsco. Суд первой инстанции установил, что Реджи и Марк несут солидарную ответственность по долгу CWC в размере 80 360,92 долларов. Кроме того, суд первой инстанции присудил Epsco проценты до вынесения судебного решения в размере шести процентов, проценты после вынесения решения в размере десяти процентов и гонорары адвокату в размере 8 036,92 долларов.
[Соответствующий статут Арканзаса предусматривает]:
(1) Когда лицо посредством устных или письменных слов или поведения представляет себя или соглашается с другим, представляющим его кому-либо, в качестве партнера в существующем партнерстве или с одним (1) или несколькими лицами, не являющимися фактическими партнерами, он несет ответственность перед любым лицом, которому было сделано такое представление, которое, исходя из такого представления, доверило фактическое или кажущееся партнерство, и если он сделал такое представление или дал согласие на его публичное представление , он несет ответственность перед этим лицом, независимо от того, было ли представление сделано или доведено до сведения этого лица, которое таким образом признает заслугу или с ведома очевидного партнера, делающего представление или дающего согласие на это.
(a) Когда возникает ответственность товарищества, он несет ответственность, как если бы он был действительным членом товарищества.
Мы давно признали доктрину партнерства по эстоппелю. [Цитата, 1840], суд постановил, что
те, кто позиционирует себя для мира как партнеры в бизнесе или торговле, должны рассматриваться как кредиторы и третьи лица; и партнерство может быть установлено на основании любых доказательств, свидетельствующих о том, что они так хорошо себя зарекомендовали и так считались торговым сообществом.
Кроме того, мы заявили, что «[p] принадлежность может быть доказана косвенными доказательствами; и доказательства иногда устанавливают солидарную ответственность, когда лица обвиняются в качестве партнеров по иску третьего лица, когда они фактически не являются партнерами в отношениях между собой ». [Цитирование, 1843.]
В [Цитирование, 1906] суд отметил, что
[Лицо, которое позиционирует себя как партнер фирмы, вправе отрицать такое представление не только в отношении тех, кому это представление было сделано напрямую, но и в отношении всех других, кто знал о таком участии и в полагаясь на него, фирма продавала товары.…
Кроме того, «если сторона сама представит отчет о том, что он является партнером, он будет нести ответственность перед всеми теми, кто продает товары фирме на основании такого отчета». [Цитата] Когда лицо выступает в качестве члена партнерства, любое лицо, имеющее дело с фирмой на основе такого представительства, имеет право предполагать, что отношения продолжаются до тех пор, пока не будет дано какое-либо уведомление о его прекращении. [Цитаты]
В [Цитирование, 1944] суд написал:
Это полностью устоявшееся правило, согласно которому лица, которые не являются между собой партнерами или между которыми фактически не существует юридического партнерства, могут, тем не менее, нести ответственность партнеров, либо выступая в качестве партнеров по отношению к общественности и мира в целом или отдельным лицам, либо сознательно или по неосторожности разрешая это другому лицу.Все люди, которые выставляют себя или сознательно позволяют другим показывать себя публике как партнеры, хотя и не состоят в партнерстве, становятся связанными как партнеры со всеми, кто имеет с ними дело в их очевидных отношениях.
Ответственность в качестве партнера лица, которое выступает в качестве партнера или позволяет другим делать это, основывается на доктрине эстоппеля и политике закона, направленной на предотвращение мошенничества в отношении тех, кто ссужает свои деньги на очевидная заслуга тех, кто выступает в качестве партнеров.Тот, кто выступает в качестве партнера или сознательно позволяет себе проявлять такую поддержку, лишается права отрицать ответственность в качестве партнера тому, кто предоставил кредит, полагаясь на него, хотя на самом деле никакого партнерства не существовало.
В настоящем деле суд первой инстанции привел конкретные примеры заявлений Реджи и Марка о том, что они были партнерами CWC, включая переписку с Epsco, чеки, выписанные Epsco, визитные карточки, распространенные среди населения, и кредитные заявки.Мы обсудим каждый по очереди.
Кредитные ссылки, отправленные по факсу
Epsco утверждает, что в Приложении № 1 истца, отправленном по факсу списке кредитных справок, четко указано, что Гэри был владельцем, а Реджи и Марк были партнерами по бизнесу. В факсе указаны четыре кредитные ссылки и контактная информация CWC. В контактной информации указан номер телефона CWC, номер факса и номер федерального налогоплательщика. В последних двух строках контактной информации указано: «Владелец Гэри Чаверс» и «Партнеры Реджи Чаверс и Марк Чаверс.”
Гэри показал, что он не знал, что список кредитных ссылок был отправлен по факсу в Epsco. Кроме того, он показал, что его подписи внизу факсимильного сообщения не было. Он показал, что его бывший секретарь мог поставить свою подпись на факсе; однако он заявил, что не уполномочивал своего секретаря подписывать или отправлять по факсу список кредитных справок в Epsco. Более того, Гэри засвидетельствовал, что впервые увидел список кредитных ссылок на судебном заседании.
Этот суд с уважением относится к вышестоящему положению судьи первой инстанции при определении достоверности показаний свидетелей и значения, которое следует придавать их показаниям.[Цитаты] Хотя был спор относительно того, отправил ли Гэри список по факсу в Epsco, суд первой инстанции установил, что Epsco получила по факсу кредитные справки от CWC и опиралась на заявление CWC о том, что Реджи и Марк были партнерами. Вывод суда первой инстанции не является явно ошибочным.
Приложение для дилерского центра
Epsco представила Приложение № 5 истца, бланк заявки от компании «Chavers Welding», подписанный Реджи, ищущим дилерство у Sukup Manufacturing.В заявлении от 23 января 1997 г. указано, что «Гэри и Реджи Чаверс» являются владельцами компании «Chavers Welding». Заявление подписано Реджи. Реджи признает, что подписал заявление о представительстве и утверждал, что является владельцем компании «Chavers Welding», но отвергает свое заявление о праве собственности как просто «надувательство» со своей стороны. Эпско утверждает, что вместо этого приложение показывает, что Реджи выставлял себя публике как партнер. Решение суда первой инстанции о том, что заявление Реджи о представительстве в качестве представителя поддерживает установление партнерства путем эстоппеля, не является явно ошибочным.
Таким образом, суд первой инстанции не ошибся, установив, что Реджи и Марк считали себя партнерами CWC и что Epsco в ущерб себе полагалась на существование партнерства перед предоставлением кредита CWC. Заявители утверждают, что даже если мы найдем Реджи ответственным на основании партнерства путем эстоппеля, не было достаточных доказательств того, что Марк несет ответственность на основе партнерства путем эстоппеля. Мы не согласны. Нам известно, что некоторые примеры сдерживания, приведенные в постановлении суда первой инстанции, относятся только к Реджи.Однако заявления, приписываемые и Реджи, и Марку, являются достаточным доказательством в поддержку вывода суда первой инстанции о том, что и Реджи, и Марк лишены права отрицать ответственность перед Epsco.
Подтверждено.
Вопросы по делу
- Каково обоснование доктрины партнерства по эстоппелю?
- Гэри и Реджи заявили, что доказательства, свидетельствующие о существовании партнерства, неубедительны.Насколько правдоподобны их утверждения?
Оценка Лапласа и автоматический выбор признаков на основе генетического алгоритма для моделей состояния Маркова в основанной на адаптивной выборке молекулярной динамике [PeerJ]
Введение
Изучение биомолекулярной динамики и взаимодействий играет решающую роль в понимании функций клеток и разработке новых лекарств (De Vivo et al., 2016; Śledź & Caflisch, 2018). Моделирование молекулярной динамики (MD) обладает уникальной способностью отслеживать конформационные изменения, что, в свою очередь, позволяет проводить исследования по открытию лекарств, ориентированных на конкретные цели и конформации (Lecina, Gilabert & Guallar, 2017).Стоимость вывода лекарства на рынок по-прежнему оценивается в 2,6 миллиарда долларов (USD) (DiMasi, Grabowski & Hansen, 2016). Такие методы, как MD и другие инструменты компьютерного поиска лекарств (CADD), уменьшают бремя непомерных затрат на открытие и разработку лекарств для здравоохранения. При открытии и разработке лекарств обычно используются различные экспериментальные методологии, такие как ЯМР, флуоресценция, рентгеновская кристаллография и высокопроизводительный скрининг. Хотя они по-прежнему являются ядром проведения исследований по открытию новых лекарств, инструменты CADD могут способствовать рациональному управлению процессом, сокращению затрат на проб и ошибок и позволяют проводить точные высокопроизводительные исследования, которые в противном случае были бы слишком дорогими.Доказано, что инструменты CADD дополняют экспериментальные методы, делая процесс открытия более систематическим и рациональным и даже открывая новые области поиска, ранее не исследованные. В последнее десятилетие инструменты CADD даже вносят вклад в предварительные исследования, в результате которых были разработаны программы разработки лекарств на протяжении всего жизненного цикла, эффективно переводя исследования с лабораторных работ на стационарные (Leelananda & Lindert, 2016).
MD — это технология CADD с низкой пропускной способностью, которая имеет широкое применение (Hollingsworth & Dror, 2018), и центральное место в ней занимает способность MD обеспечивать непрерывные во времени данные структурных изменений остатков, кофакторов, малых молекул и т. Д., наряду со способностью четко понимать способы взаимодействия с рассматриваемой биомолекулой в 3D. Экспериментальные конструкции являются жесткими представлениями конструкции. Доктор медицины использует физику Ньютона, параметризацию химических свойств (Alder & Wainwright, 1957) для преобразования этой статической информации в динамические траектории, которые, в свою очередь, предоставляют исследователям расширенные аналитические и прогнозные возможности. Существует множество приложений моделирования МД. Например, исследования, изучающие конформационные изменения (Flocco & Mowbray, 1995; Grant, Gorfe & McCammon, 2010; Lindorff-Larsen et al., 2011; Schwantes, Shukla & Pande, 2016), связывание-развязывание (Fabritiis et al., 2008; Buch, Giorgino & De Fabritiis, 2011; Kohlhoff et al., 2014; Meyer et al., 2014) и другие, влияющие на основные лекарственные средства. дизайн в сочетании с экспериментальной работой (Martinez et al., 2003; Namboori et al, 2010; Mohan et al., 2010; De Vivo et al., 2016; Childers & Daggett, 2017). В этом исследовании мы исследуем использование расширенного выбора признаков на основе лапласовского скоринга, который можно использовать в адаптивной выборке MD.Ниже мы кратко представим каждый из компонентов, прежде чем мы перейдем к подробному разделу «Методы».
MD обеспечивают непрерывную во времени траекторию, которая включает движение атомов в микроскопических, пространственных и временных деталях. Частоты колебаний атомов находятся в диапазоне фемтосекунд, что является ограничением, когда исследуемый биологический процесс требует более длительных временных масштабов. Это особенно верно в контексте полностьюатомных расчетов МД (Vanatta et al., 2015; Kohlhoff et al., 2014). В последнее время всеатомные, одиночные и длинные симуляции длительностью от нескольких микро- до миллисекунд могут выполняться на узкоспециализированном оборудовании (Shaw et al., 2014) и суперкомпьютерах (Stone et al., 2007; Dakka et al., 2018). Расчеты в микросекундном диапазоне теперь возможны даже на рабочих станциях или серверных машинах с помощью вычислений на графическом процессоре (Salomon-Ferrer et al., 2013) при затратах на порядки ниже по сравнению со специализированным оборудованием или большими вычислительными кластерами. Однако временные рамки биологических процессов для молекул с миллионами атомов, таких как РНК-полимераза, все еще недостижимы (Da et al., 2016; Wang et al., 2018).
Помимо вышеупомянутого аппаратного ускорения, улучшенные методы выборки, такие как Replica-Exchange (Sugita & Okamoto, 1999; Zhang et al., 2016), Meta-Dynamics (Zheng & Pfaendtner, 2015), выборка пути перехода (Bolhuis et al. al., 2002), адаптивная выборка MD (Noé et al., 2009; Plattner & Noé, 2015; Pande, 2014), высокопроизводительное моделирование (Buch et al., 2010; Harvey & De Fabritiis, 2012) и другие методы. (Laio & Parrinello, 2002; Namboori et al, 2010; Vargiu et al., 2008; Tiwary & van de Walle, 2016) также доказали, что они ускоряют расчеты МД. Адаптивная выборка MD инициирует множество коротких параллельных симуляций из разных исходных конформеров биомолекулы и повторяет это в последовательных итерациях. Каждая итерация набора симуляций, выполняемых в тандеме, составляет эпоху. Стартовые структуры в последовательных эпохах определяются на основе анализа построенного МСМ, который, в свою очередь, рассчитывается с использованием характеристик, полученных из предыдущих эпох (Doerr et al., 2016). Итоговая интегрированная траектория — это совокупность многих эпох. Адаптивная выборка MD, основанная на моделях состояния Маркова (MSM), показывает, что исследует недостаточно выбранные области конформационного пространства. Это позволяет ему эффективно преодолевать энергетические барьеры и в конечном итоге отбирать оптимальные конформации (Husic & Pande, 2018; Mittal & Shukla, 2017) с помощью анализа МСМ. Идентификация метастабильных состояний в биодинамике и ускорение моделирования зависит от эффективности построенного МСМ.Это характерно для МСМ, основанных на оптимальных характеристиках, позволяющих лучше идентифицировать скрытые конформеры (Chen et al., 2018). В конце всех эпох построенный МСМ используется для прогнозирования характеристик взаимодействий. Они могут включать в себя свободную энергию связывания белок-лиганд (Noé et al., 2009), скорость перехода между различными конформациями белка с возможными сайтами связывания (Plattner & Noé, 2015), состояния скрытых конформеров в сворачивании белка (Pande, 2014) и т. Д.
Примеры методов статистического обучения включают лапласовские собственные карты, спектральную кластеризацию и лапласианские оценки.В контексте приложений к анализу траекторий МД они были успешно использованы для выбора характеристик, которые могут идентифицировать скрытые конформеры (Sgourakis et al., 2011). Кроме того, генетические алгоритмы (ГА), класс метаэвристики, хорошо подходят для автоматизации выбора оптимального набора функций для построения эффективных МСМ (Chen et al., 2018; Mittal & Shukla, 2017). В нашем исследовании мы исследуем метод повышения эффективности MSM, измеряемый с помощью установленной системы оценки обобщенного матричного коэффициента Рэлея (GMRQ) (Noé & Nuske, 2013), путем комбинирования лапласовской оценки (для обеспечения эвристической инициализации) и GA.В результате этого исследования мы идентифицируем особенности, используя эту технику, с целью построения лучших МСМ, как количественно оценивается с помощью баллов GMRQ. Для различения конформеров можно использовать различные функции, а собранные нами функции будут подробно описаны позже. Независимый компонентный анализ временной структуры (TICA) (Molgedey & Schuster, 1994) — это метод уменьшения размерности, который используется при построении MSM. Использование меньшего количества функций по сравнению с выборками данных гарантирует, что матрица ковариации, используемая TICA, является положительно определенной.Это может быть достигнуто путем выбора функции. Это, в свою очередь, позволяет избежать избыточности и обеспечивает более точное представление функций компонентами TICA. Таким образом, мы предлагаем использовать лапласианские оценки в сочетании с GA для выбора функций для получения улучшенных MSM. Целью этого исследования было проверить, может ли использование этих двух критериев отбора в совокупности привести к эффективному МСМ. Мы работали над гипотезой, что это приведет к более эффективному выбору метастабильных состояний или скрытых конформеров для следующей эпохи адаптивной выборки MD и приведет к ускорению общего моделирования, поскольку конформеры с низкой энергией будут обнаружены быстро.
Выбор характеристик — важный шаг, позволяющий избежать увеличения выборки и чрезмерной подгонки. Автоматический выбор функций широко исследуется для создания эффективных MSM (Tiwary & Berne, 2016; Shamsi, Cheng & Shukla, 2018). Методы отбора признаков, направленные на улучшение МСМ, стремятся выбрать оптимальные наборы коллективных переменных (CV) (Noé & Clementi, 2017), или, другими словами, те, которые идентифицируют наиболее важные остатки по отношению к самым медленным процессам.Использование всех функций приводит к снижению производительности кластеризации, что отрицательно сказывается на MSM. Кроме того, когда количество кадров в данных моделирования меньше количества функций, это приводит к плохому обобщению MSM из-за чрезмерной подгонки (Dy & Brodley, 2004). Это потребует увеличения объема выборки при более высоких вычислительных затратах (Malmstrom et al., 2014). Однако увеличенная выборка прямо противоречит одной из основных целей ускорения одиночной длинной симуляции за счет использования коротких параллельных симуляций.Ручной отбор резюме на основе предварительной информации о системе и интуиции человека также использовался для построения МСМ (Lovera et al., 2012; Ahalawat & Mondal, 2018). Тем не менее, это может привести к потере информации и очень медленной сходимости в расчетах термодинамических и кинетических свойств. Методы автоматического выбора высокодискриминантных неизбыточных функций, подобные предложенному в этом исследовании, обеспечивают более обобщенную модель с уменьшенной вычислительной сложностью (García & García-Pedrajas, 2018).
Таким образом, и чтобы выделить некоторые из основных моментов обсуждений выше, в нашем подходе первоначальный выбор признаков выполняется лапласовской оценкой (He, Cai & Niyogi, 2006; Sgourakis et al., 2011), а модель оптимизирован с использованием GA (Chen et al., 2018) для этого подмножества. Компоненты, не зависящие от временной структуры (tiCs) в TICA, используются для идентификации состояний в системе путем группирования кинетически подобных структур (Schwantes & Pande, 2013; Pérez-Hernández et al., 2013). На этапе построения MSM, если количество функций превышает количество выборок в наборе данных, не гарантируется, что матрица ковариации, используемая для TICA, будет положительно определенной. Это означает, что некоторые характеристики могут быть выражены как линейная комбинация других функций. Это подчеркивает необходимость использования выбора элементов перед уменьшением размерности, чтобы избежать чрезмерной подгонки. Следовательно, в этом исследовании мы используем лапласовскую оценку для предварительного ранжирования и выбора функций в зависимости от их важности.Способность оценки Лапласа определять только важные особенности (Sgourakis et al., 2011) позволяет избежать необходимости в большом количестве данных моделирования и чрезмерной подгонки данных в построенном МСМ. Следовательно, эти подмножества признаков с лапласовской оценкой используются в качестве эвристической инициализации нулевой популяции в GA. GA дополнительно повышает эффективность МСМ за счет принятия таких естественных эволюционных стратегий, как кроссовер и мутация (Chen et al., 2018; Mittal & Shukla, 2017). Важно отметить, что наш метод предоставляет только дополнительный инструмент для выполнения эффективного поиска на основе GA для исследований на основе MSM.Мы показали, что это улучшает результаты в конкретных наборах данных, используемых в этой работе. Его можно рассматривать как вспомогательный инструмент, который можно использовать вместе с предыдущими методами, упомянутыми выше.
Материалы и методы
Мы применили рассеяние на основе лапласовских оценок и последующий выбор признаков на основе GA для улучшения моделей MSM следующих комплексов (ранее изученных, более подробно подробно описанных в подразделе «Наборы данных для оценки подхода») Villin (PDB ID: 2F4K), Пептид Fs (Ace-A_5 (AAARA) _3A-NME), домен WW (идентификатор PDB: 2F21), пиперидин-тромбин с тромбином, взятым из идентификатора PDB: 3D49 и бензамидин-трипсин (идентификатор PDB: 3PTB).Эта работа проводилась на кластере Intel vLab Knights Landing, который состоит из 252 узлов Intel Xeon-Phi, соединенных межсоединением Omni-Path (Intel OPA) серии 100, и академического рабочего стола с Intel Core i7-7500U @ 2,70 ГГц с графическим процессором Nvidia GTX TITAN. Черный @ 889 ГГц. Краткое описание МСМ (подробный обзор МСМ см. В Husic & Pande, 2018) и применение МСМ в MD с адаптивной выборкой. Мы унаследовали эту часть рабочего процесса от предыдущих исследований. Наконец, мы также предоставляем подробную информацию о дополнительных компонентах нашего рабочего процесса.
Марковские модели состояния (МСМ)
MSM используются для моделирования случайно изменяющихся систем. Они использовались для изучения событий временных рядов, в которых текущее состояние зависит только от предыдущего состояния, а не от каких-либо других состояний до него (Tang, Bevan & Grover, 2017). Он имеет широкий спектр приложений в области физики, химии, медицины, финансов, менеджмента и т. Д. Он использовался для биологического моделирования, такого как моделирование функции мозга (George & Hawkins, 2009), вирусного заражения отдельных клеток ( Gupta & Rawlings, 2014), анализ бактериального генома (Skewes & Welch, 2013), а также моделирование MD с использованием методов адаптивной выборки (Doerr et al., 2016; Doerr & De Fabritiis, 2014) и др.
На рис. 1 представлен рабочий процесс, принятый для применения МСМ для анализа траекторий биомолекул в МД. Цель состоит в том, чтобы найти метастабильные конформеры с несколькими вариациями, как описано ниже. Точность прогнозирования MSM, показываемая показателем GMRQ, может быть улучшена путем выбора оптимальных характеристик из данных траектории моделирования.
Рисунок 1: Предлагаемая методика определения оптимальных характеристик.
MSM представлен матрицей N x N , которая дает информацию о вероятности перехода между N состояниями (Singhal, Snow & Pande, 2004; Noé & Fischer, 2008). На рис. 2 x ij — это среднее значение матрицы подсчета переходов и ее транспонирования. Для получения MSM рассчитывается вероятность каждой строки в матрице среднего числа переходов. Из МСМ рассчитывается собственный поток.Собственный поток (-n1 для s4, n2 для s3, n3 для s2 и n4 для s1) каждого состояния показывает переход из исходного состояния в состояние приемника, и это используется для определения самого медленного процесса (Beauchamp et al., 2011 ). Состояния N в MSM представляют декомпозицию состояний, в которую кластеризуются данные моделирования. Идеальный MSM, или, другими словами, декомпозиция идеального состояния выявляет даже самый медленный динамический процесс. В этом конкретном случае использования это конформационное изменение, происходящее в моделируемой системе.Вероятность перехода в состояние j рассчитывается как (1) pjt + τ = ∑i = 1NpitTijτ Его можно обобщить как (2) pt + τ = ∑i = 1NptTτ, где p j ( t + τ ) — вектор популяции после времени τ ; τ — время запаздывания; p i ( t ) — вектор популяции в момент времени t ; T ij ( τ ) — вероятность перехода из состояния i в состояние j ; T ( τ ) — матрица перехода вероятности, которая представляет MSM.
Рисунок 2: 1. Стартовая структура (кадры f) биомолекулы, используемой для параллельного моделирования. 2. 10 (произвольное число для иллюстрации) параллельных траекторий (от t1 до t10), созданных программным обеспечением MD, таким как ACEMD, GROMACS, AMBER и т. Д. 3. Кадры на структуру, уменьшенные до двух измерений с помощью TICA. 4. MSM, построенный с каждым из значений в ячейке матрицы,
x ij , где i — исходное состояние, а j — конечное состояние, показывающее вероятность перехода.от я до j. Цифра построена на основе рисунка 1 в Husic & Pande (2018).Собственные значения λ i и собственные функции ψ i T ( τ ) могут разложить матрицу вероятности перехода (Shukla et al., 2015), как в уравнении. (3). Собственные функции представляют собой самые медленные процессы, происходящие в моделируемой системе. (3) Tτ⊛ψi = λiψi
Обобщенный матричный коэффициент Рэлея (GMRQ), полученный из вариационного принципа динамики конформации (Noé & Nuske, 2013), является метрикой, используемой для оценки эффективности MSM (McGibbon & Pande, 2015).МСМ с более высокими баллами GMRQ обладают более высокой дискриминационной способностью определять самый медленный динамический процесс, происходящий в системе (McGibbon & Pande, 2015). Вариационный принцип используется в вариационном исчислении или изменении для разработки функции, которая максимизирует переменные, зависящие от него. На основе вариационного принципа оцениваются собственные значения и собственные функции для МСМ, построенного с использованием смоделированных данных. Оценка GMRQ MSM представляет собой сумму первых p собственных значений T ( τ ).Они также идентифицируют медленные процессы, p . Верхняя граница для оценки GMRQ устанавливается по вариационному принципу, как показано ниже (Husic & Pande, 2017; Noé & Nuske, 2013): (4) GMRQ≡∑i = 1pλ ˆi≤∑i = 1pλi, где λ ˆi; λ i — оценочные и действительные i -ые собственные значения соответственно. Эффективность MSM повышается за счет попытки достичь верхней границы, установленной суммой реальных собственных значений ( λ i ). МСМ с более высокими показателями GMRQ лучше способны определять самые медленные конформационные изменения в системе (Noé & Nuske, 2013; McGibbon & Pande, 2015).
Адаптивная выборка MD на основе MSM и оптимизированный выбор функций для MSM
Мы использовали имитационные траектории, полученные с помощью адаптивной выборки MD, основанной на MSM. В этом протоколе первый шаг в построении MSM включает в себя извлечение признаков, а именно двугранных углов, расстояния между аминокислотными остатками, среднеквадратичного отклонения (RMSD) от необработанной декартовой координации и т. Д. Этот шаг называется характеристикой . Выбор оптимальных характеристик или коллективных переменных имеет решающее значение для расчетов термодинамических и кинетических свойств, предсказываемых моделью, и исследуется во многих исследованиях (Shamsi, Cheng & Shukla, 2018; Mittal & Shukla, 2017; Sultan et al., 2014). Следовательно, использование оптимального набора функций для построения MSM влияет на его точность прогноза. Идентификация наиболее важных двугранных или контактных особенностей помогает определить оптимальные конформеры. Эти конформеры затем используются в качестве стартовых структур для следующей эпохи адаптивной выборки в основанной на MSM адаптивной выборке MD. Соответствующий отбор признаков позволяет обойти проблемы, связанные с энергетическими барьерами, ведущими к конвергенции термодинамических свойств (таких как свободная энергия связывания в случае моделирования связывания белок-лиганд) или сворачиванию развернутого белка (Doerr & De Fabritiis, 2014).
Выбор функций — это задача машинного обучения без учителя. Один из методов их категоризации включает три подкласса, а именно фильтры (Devakumari & Thangavel, 2010; Mitra, Murthy & Pal, 2002; Tabakhi & Moradi, 2015), оболочки (Dy & Brodley, 2004; Dutta, Dutta & Sil, 2014; Бреабан и Лучиан, 2011) и гибриды (Солорио-Фернандес, Карраско-Очоа и Мартинес-Тринидад, 2016; Ли, Лу и Ву, 2006). В методах фильтрации важность функции изучается на основе внутренних свойств данных.Они не выбираются путем обучения на модели, на которой он будет использоваться. В методах на основе оболочки функции сначала используются для обучения модели. Затем оценивается их влияние на производительность модели. Методы фильтрации менее затратны в вычислительном отношении, чем методы-оболочки. Гибридные методы сочетают в себе преимущества методов фильтрации и обертки (Li et al., 2008). В этом методе подмножество функций работает лучше всего, когда в дальнейшем используется та же модель, которая использовалась для выбора функций (Солорио-Фернандес, Карраско-Очоа и Мартинес-Тринидад, 2020).Выбор характеристик на основе оценок Лапласа — это метод, основанный на фильтрах. Этот метод находит функции, которые могут сохранять кластеры в данных. Выбираются объекты, которые могут поддерживать структуру построенного графа ближайшего соседа.
лапласовских оценок были использованы для выявления скрытых структур в сложном конформационном пространстве внутренне неупорядоченного пептида, A β (1-42) (Sgourakis et al., 2011). Оценки Лапласа определили важные взаимодействия в этих конформерах, которые предоставили новую гипотезу дизайна лекарств, которая потенциально может быть использована для открытия лекарств, которые ингибируют олигомеры и образование фибрилл, критически важных для прогрессирования болезни Альцгеймера.В этом исследовании, вдохновленном успехом упомянутого выше исследования, исходная популяция хромосом ГА имеет гены, предварительно отфильтрованные с помощью упорядочения на основе лапласовских оценок. В биомолекулах конформационные изменения происходят в локализованных регионах (Fan et al., 2015). Оценка Лапласа ранжирует признаки на основе их способности сохранять локальную структуру графа, построенного на основе алгоритма k-ближайшего соседа (He, Cai & Niyogi, 2006). Благодаря этому свойству оценки Лапласа, она используется для идентификации подмножества признаков.Выбор подмножества функций дополнительно оптимизируется с помощью GA.
Наборы данных для оценки подхода
Молекулярно-динамические траектории пяти систем используются для подтверждения нашего подхода путем анализа кинетических и термодинамических свойств, предсказываемых МСМ. Выбранные функции были получены из прогона GA, начальная популяция которого была основана на нашей схеме ранжирования по лапласовской шкале. Набор данных моделирования двух комплексов белок-лиганд — это пиперидин-тромбин Doerr et al.(2016) и Benzamidine-Trypsin Scherer et al. (2015). Траектории сворачивания белка Fs-пептида (Beauchamp et al., 2011), WW-домена (Lindorff-Larsen et al., 2011) (широко представлены D.E Shaw Research) и моделированием Виллина Doerr et al. (2016) также были проанализированы в рамках этого исследования.
Наш подход
На рисунке 1 представлен подробный вид реализованного протокола, а основные варианты выбора для каждого компонента рабочего процесса показаны в таблице 1.Гиперпараметры для протокола были выбраны на основе опубликованного исследования, HTMD и учебника Msmbuilder (Chen et al., 2018; Doerr et al., 2016; Beauchamp et al., 2011). Scikit-learn (Pedregosa et al., 2011) использовался для предварительной обработки функций и для вычисления оценок Лапласа, IPython (Pérez & Granger, 2007) для выполнения скриптов python в форме конвейера. MDTraj (McGibbon et al., 2015) использовался для анализа траекторий моделирования, а HTMD (Doerr et al., 2016) использовался для построения тепловых карт свободной энергии, стандартных графиков свободной энергии и графиков cktest для MSM.Эти графики были построены для выбранных остатков, чтобы реализовать наш подход, и для всех остатков, чтобы повторно реализовать предыдущую работу (для сравнения). MSMBuilder (Beauchamp et al., 2011) использовался для построения MSM и оценки GMRQ.
Таблица 1:Атрибуты, используемые на каждом этапе предлагаемого подхода.
| Особенности: Типы |
| • Диэдральные углы — измеряются как углы phi и psi соответствующих аминокислотных остатков |
| • Контакты — измеряется как расстояние между атомами СА аминокислотных остатков |
| Метод выбора функций |
| Генетический алгоритм с исходной популяцией, выбранной с использованием признаков лапласовской оценки |
| Метод уменьшения размерности |
| Алгоритм TICA с 4 компонентами и временем задержки 2 нс |
| Метод кластеризации |
| Мини-пакетные К-средние с 200 кластерами |
| Модель MSM — гиперпараметры |
| • N_timescales = 5 Время задержки (нс) = 50 |
| • Оценка с использованием GMRQ |
| Генетический алгоритм — гиперпараметры |
| • Вероятность кроссовера = 0.8 |
| • Вероятность мутации = 0,2 |
Функция : Функция выполняется для преобразования вращательного и переходного движения из данных моделирования в вектор. Двугранные углы и расстояние между атомами СА аминокислотных остатков из декартовых координат были извлечены как характеристики из данных моделирования (для 5 биосистем).Двугранная характеристика включает двугранные углы основной цепи и боковой цепи, а также синус и косинус этих углов (Beauchamp et al., 2011). Все вышеперечисленное рассчитывается для каждого кадра траектории моделирования. В нашем подходе мы использовали синус и косинус двугранных углов позвоночника для двугранных элементов. Было доказано, что это один из важных показателей, который может идентифицировать различные конформеры в траектории МД (Cossio, Laio & Pietrucci, 2011). Контактная характеристика вычисляет расстояние между каждой парой аминокислотных остатков или расстояние между указанной парой остатков для каждого кадра (Beauchamp et al., 2011). В этом исследовании мы реализовали контактную характеристику как вектор расстояний между атомом CA каждого аминокислотного остатка и лигандом для систем белок-лиганд, а также расстояние между атомами CA аминокислотных остатков для данных моделирования сворачивания белка.
Лапласианская оценка : вычисляется среднее по всем траекториям лапласианские оценки, полученные для каждого объекта. Затем объекты были отсортированы на основе этой средней лапласианской оценки (для каждого объекта).Этот упорядоченный список используется для построения начальной популяции для GA. Laplacian Score (LS) в основном основан на лапласовских собственных картах и проекции, сохраняющей локальность. Алгоритм вычисления лапласианов (He, Cai & Niyogi, 2006) приведен ниже. Пусть L r обозначает лапласовскую оценку r -го признака. Пусть f ri обозначает i -й образец r -го объекта; где i = 1,…, м .
Постройте граф ближайшего соседа — G с m узлами -. Узел i -й соответствует x i . Мы соединяем границу между узлами i и j , если x i и x j близки, то есть x i находится среди k ближайшие соседи x j или x j находятся среди k ближайших соседей x i .
Весовая матрица S графа моделирует локальную структуру пространства данных. Sij = exixj2t, когда подключены узлы i и j , и S ij = 0 в противном случае.
Для элемента r th мы определяем: f r = [ f r 1 , f r 2 ,…, f rm ] T , D = diag ( S 1 ), 1 = [1,…, 1] T , L = DS , где матрица L называется лапласианом графа (Chung, 1997).Пусть (5) fr ̃ = fr − frTD11TD11
Лапласовская оценка характеристики r th : (6) Lr = fr − TLfr ̃fr − TDfr ̃
Генетический алгоритм (GA) :
Исходная популяция — Характеристики включены в окончательный список на основе лапласовской оценки.Чтобы избежать чрезмерной или недостаточной подгонки, мы используем правило большого пальца, выбирая 110-ю часть от количества выборок (Sánchez & García, 2018) в качестве целевого количества функций. Это подмножество затем используется в качестве исходной совокупности для GA. Недостаточная подгонка возникает, когда количество элементов, представляющих модель, значительно меньше количества доступных точек данных. В белковых системах, центрированных на МД, количество характеристик или размерность высока из-за природы проблемы, и, таким образом, вероятность недостаточной подгонки пренебрежимо мала.
Расчет пригодности — пригодность подмножества функций оценивается на основе оценки GMRQ соответствующего MSM. Снижение размерности выполняется с помощью TICA (Pérez-Hernández et al., 2013). Уменьшение размерности дает линейную комбинацию функций, а главные компоненты (называемые независимыми компонентами на основе временной структуры или tIC) захватывают наиболее важные процессы в моделировании. Далее, кластеризация кадров выполняется с использованием кластеризации MiniBatchKmeans (McGibbon & Pande, 2015).МСМ строится с использованием идентифицированных кластеров и вероятности перехода между этими кластерами. Количество кластеров, время задержки TICA и MSM, количество компонентов, используемых для TICA, и n_timescales, которые представляют шкалу времени n медленных процессов, представлены в таблице 1. Используется перекрестная проверка в K-кратном размере ( K = 5). чтобы избежать переоборудования. Значение показателя GMRQ для MSM рассчитывается на основе k-кратной перекрестной проверки.
Selection — Отбор родителей выполняется для производства рессор следующего поколения.Это выполняется на основе соответствия подмножества функций. Это помогает выбрать идеальные черты характера, которыми в данном случае являются важные резюме.
Crossover — Вероятность кроссовера определяет количество участвующих родителей и, в сущности, количество сгенерированных потомков. Мы использовали одноточечный кроссовер.
Мутация — Выполняется для увеличения вариаций генов в каждом из поколений.Выполняется одноточечная мутация, при которой случайно выбранный ген заменяется признаком с наивысшим рейтингом на основе его лапласовской оценки, которая еще не присутствует в хромосоме.
Повторите четыре вышеуказанных шага для указанного количества поколений
Построение MSM и оценка GMRQ : MSM конструируется с использованием наиболее оптимальных CV, полученных после GA.Затем это сравнивается с MSM, построенным с использованием всех функций с точки зрения оценки GMRQ, а также сравнивается с использованием подразумеваемой шкалы времени. Краткое изложение методологии представлено на Рис. 1
.
Подробная информация об изученных биосистемах
В данной работе было проанализировано пять систем (оригинальные комплексы загружены на фиг).
Бензамидин-трипсин (Doerr et al., 2016): в этой работе изучается связывание сериновой протеазы бета-трипсина с ингибитором бензамидина.Он содержит данные моделирования за 10 микросекунд с траекториями компонентов по 200 наносекунд каждая.
Пиперидин-тромбин (Scherer et al., 2015): Тромбин представляет собой сериновую протеазу, которая действует в пути свертывания крови для преобразования фактора XI. Набор данных моделирования пиперидин-тромбин включает 810 траекторий по 200 наносекунд каждая, в результате чего совокупная длина моделирования составляет 162 микросекунды.
Fs-пептид (Beauchamp et al., 2011): Пептид Fs — это система, широко используемая для изучения тонкостей сворачивания белков. Моделирование проводилось с использованием силового поля AMBER99SB-ILDN с OpenMM 6.0.1. Набор данных пептида Fs включает 28 траекторий по 500 наносекунд каждая, всего 14 микросекунд данных.
Виллин (Doerr et al., 2016): Виллин представляет собой актин-связывающий белок. Набор данных Villin состоит из 1374 траекторий по 100 наносекунд каждая и всего данных моделирования длиной 137.4 микросекунды.
WW домен (Lindorff-Larsen et al., 2011): WW домен представляет собой домен белка, который играет важную роль во взаимодействии между лигандами белка. Набор данных WW-домена состоит из 325 траекторий общей длительностью 1137 микросекунд.
Результаты
Эффективность MSM, использующих функции, выбранные с помощью GA, с инициализацией на основе лапласа, сравнивается с эффективностью MSM, которые использовали все функции.Используемые метрики — это баллы GMRQ и предполагаемые временные рамки, полученные для самого медленного процесса для двух разных наборов функций. Напомним, что для создания набора функций используются двугранные и контакты. Функции, выбранные с помощью нашего подхода в системах, в которых мы наблюдали улучшение показателей MSM, показаны на рис. 3.
Рисунок 3: Наиболее важные особенности, идентифицированные нашим подходом для трех систем (A) бензамидин-трипсин (B) виллин и (C) пептид Fs.
Среди важных остатков, идентифицированных для Villin, есть 47 и 69.Это два из наиболее важных гидрофобных остатков, которые играют важную роль в сворачивании Villin (Frank et al., 2002). В системе бензамидин-трипсин остатки 79, 175, 180, 190 играют важную роль в процессе связывания лиганда (Buch, Giorgino & De Fabritiis, 2011) и петле связывания кальция (Plattner & Noé, 2015). Действительно, с помощью нашего рабочего процесса они также были идентифицированы как важные остатки. Это подтверждает, что предлагаемый подход может идентифицировать остатки, важные для изучаемого биологического процесса.
Сравнение результатов GMRQ
В этом разделе мы сравнили оценки GMRQ моделей MSM, полученные при учете полного набора характеристик, основанных на двугранном угле, и полного набора характеристик, рассчитанных с использованием всех контактов, с теми, в которых мы использовали только избранные функции, используя наш подход. . Сводка этих результатов представлена в таблице 2. Для системы бензамидин-трипсин модель с избранными функциями имеет более высокий балл GMRQ — 3,21 и 2.59. Показатели GMRQ для МСМ, построенных для систем Villin и Fs-пептидов с уменьшенным набором двугранных и контактных характеристик, выше на 19,15%, 19,95%, 17,44%, 11,25% соответственно по сравнению с тем, когда они построены со всеми характеристиками. Это указывает на то, что функции, идентифицированные нашим методом, способны улавливать наиболее важные функции и уменьшать шум, избегая в некоторых случаях нежелательных функций. Однако в случае систем пиперидин-тромбин и WW-домен оценка GMRQ МСМ, построенного с уменьшенным набором выбранных признаков, меньше, чем оценка, полученная со всеми выбранными характеристиками.Это может быть связано с тем, что взаимодействий, захваченных сокращенным набором функций, недостаточно, чтобы уловить самый медленный процесс, который происходит в соответствующих данных моделирования.
Таблица 2:Сравнение между оценкой GMRQ различных функций и эффективностью MSM улучшено за счет выбора функций с использованием оценки Лапласа и GA.
| Система | Характеристика | Показатель GMRQ (все) используется в качестве контрольного показателя | баллов GMRQ (выбран с помощью лапласовских баллов и GA) |
|---|---|---|---|
| Бензамидин-трипсин | Двугранный | 3.54 | 3,21 |
| Контакты | 1,87 | 2,59 | |
| Пиперидин-тромбин | Двугранный | 5,68 | 5,65 |
| Контакты | 5.25 | 5,09 | |
| Виллин | Двугранный | 3,76 | 4,48 |
| Контакты | 3,71 | 4,45 | |
| WW-домен | Двугранный | 4.66 | 4,46 |
| Контакты | 5,29 | 5,23 | |
| Fs пептид | Двугранный | 4,53 | 5,32 |
| Контакты | 4.8 | 5,34 |
Таблица 3 показывает, что наш подход может уменьшить неточности модели, вызванные чрезмерной подгонкой, которая возникает, когда длина моделирования (и, следовательно, количество наблюдений) относительно короче, а количество функций больше. Дисперсия показателя GMRQ для модели с выбранными остатками в 5-10 раз меньше, чем когда все остатки используются для построения MSM.Это показывает, что MSM, построенный с использованием выбранных остатков, может лучше обобщать и преодолевать проблемы чрезмерной подгонки. WW-домен не приведен в Таблице 3, так как длина моделирования 1137 микросекунд является адекватной, и, следовательно, чрезмерной подгонки не происходит.
Таблица 3:Сравнивает дисперсию оценки GMRQ, когда используются все функции и используются функции, выбранные с помощью лапласиана с GA.
Это показывает, что использование выбранных функций помогает избежать чрезмерной подгонки.| Система | Разница в оценке GMRQ (все функции) | Разница в баллах GMRQ (отобранных с помощью показателей Лапласа и GA) |
|---|---|---|
| Бензамидин-трипсин | 0,27 | 0,04 |
| Пиперидин-тромбин | 0.06 | 0,005 |
| Виллин | 0,42 | 0,08 |
| Fs пептид | 0,92 | 0,18 |
В некоторых исследованиях используется свойство Чепмена – Колмогорова (Noé et al., 2009; Prinz et al., 2011; Bowman, Pande & Noé, 2013) как показатель самосогласованности отдельных МСМ. Тем не менее, поскольку наша цель состояла в том, чтобы найти оптимальный MSM, который определяет самую медленную предполагаемую шкалу времени, мы использовали баллы GMRQ для первичного анализа. Анализ теста Чепмена – Колмогорова дается для трех систем, которые дали лучшие результаты (см. Таблицу 2 для ранжирования), благодаря нашему подходу и представлен в виде цифр в (рис. S1 – S3).
Стандартный прогноз свободной энергии
Поверхность свободной энергии указывает на термодинамические и кинетические свойства системы.Поверхность свободной энергии и стандартные графики свободной энергии метастабильных состояний, идентифицируемых как макросостояния в МСМ, системы Виллина приведены на рис. 4. Одним из основных преимуществ МСМ является его способность предсказывать термодинамические и кинетические свойства системы. Метастабильные состояния, идентифицированные моделью MSM, отображают различные конформеры биомолекулы в моделировании. Они обозначены как разные точки на поверхности свободной энергии. Стабильное состояние с самой низкой энергией — это связанное состояние при моделировании связывания белок-лиганд и сложенное состояние при моделировании сворачивания белка.Для краткости то же самое для двух других моделей МСМ с высокими показателями, а именно системы бензамидин-трипсин, Fs-пептид и виллин (только двугранные элементы), приведены на фиг. От S4 до S6.
Рисунок 4: Поверхность свободной энергии в проекции на первые два измерения TICA и соответствующая стандартная свободная энергия метастабильных состояний Виллина для моделей MSM.
(A) Поверхность свободной энергии МСМ, построенная со всеми контактами, (B) Стандартная свободная энергия метастабильных состояний, построенная на (A), (C) Поверхность свободной энергии МСМ, построенная с выбранными с выбранными контактами, (D) Стандартная свободная энергия метастабильных состояний, изображенная на (C).Поверхности свободной энергии системы Виллина для полного набора и выбранных функций приведены на рис. 4A и 4C соответственно. Стандартная свободная энергия каждого из метастабильных состояний, идентифицированных на соответствующей тепловой карте свободной энергии, показана для полного набора и выбранных характеристик на фиг. 4A и 4D. На рис. 4А показаны четыре метастабильных состояния на поверхности свободной энергии, построенные с использованием всех контактных элементов. Стандартная свободная энергия каждого из метастабильных состояний, обозначенных на рис.4A) показано на фиг. 4B). Самая низкая энергия –2,29 ккал / моль, наблюдаемая для метастабильного состояния 2, определяется моделью МСМ как состояние стока. Сходным образом идентифицированы четыре метастабильных состояния (рис. 4C) для модели MSM, которая использует особенности контакта между выбранными остатками, которые были идентифицированы с помощью нашего подхода. Стандартная свободная энергия каждого из метастабильных состояний представлена на рис. 4D, а самая низкая энергия –2,31 ккал / моль наблюдается для метастабильного состояния 2, идентифицированного как состояние стока в модели МСМ.Энергетически стабильное состояние с более низким стандартом (-2,31 ккал / моль) идентифицируется с помощью модели MSM, построенной с использованием выбранных остатков, идентифицированных с помощью нашего подхода.
Предполагаемые сравнения шкалы времени
Подразумеваемые значения шкалы времени относятся ко времени, затраченному на самые медленные процессы, захваченные MSM. Таблица 4 показывает, что МСМ, построенные с использованием выбранных двугранных и контактных характеристик бензамидин-трипсина, виллина и Fs-пептида, способны улавливать самые медленные процессы. Поскольку наша цель состоит в том, чтобы зафиксировать самую медленную шкалу времени, которая представляет свернутое или связанное между белком и лигандом состояние, четыре других более медленных шкалы времени представлены на рис.S7, для заинтересованного читателя. Сравниваются пять временных шкал для систем с лучшими МСМ, как определено нашим подходом, а именно, бензамидин-трипсин, Fs-пептид и виллин.
Таблица 4:Сравнение предполагаемой шкалы времени между различными функциями и эффективность MSM улучшена за счет выбора функций с использованием оценки Лапласа и GA.
| Система | Характеристика | Предполагаемая шкала времени в нс (все функции) Контрольный показатель | Предполагаемая шкала времени в нс (выбрана с помощью лапласовской оценки и GA) |
|---|---|---|---|
| Бензамидин-трипсин | Двугранный | 3,980.45 | 1,069,21 |
| Контакты | 5 571,51 | 14 082,11 | |
| Пиперидин-тромбин | Двугранный | 2,453,09 | 1 530,06 |
| Контакты | 5 017.45 | 4 055,23 | |
| Виллин | Двугранный | 1003,65 | 1,725,33 |
| Контакты | 788,59 | 1,169,06 | |
| WW-домен | Двугранный | 7934.28 | 7,101,21 |
| Контакты | 8 679,26 | 8 535,81 | |
| Fs пептид | Двугранный | 1 515,48 | 2 034,63 90 231 |
| Контакты | 1,943.93 | 2 198,82 |
МСМ, сконструированный с использованием полного набора всех контактов с лигандом в системе пиперидин-тромбин, способен улавливать более медленный процесс. Тем не менее, можно видеть, что в этом случае оценка GMRQ для модели из сокращенного набора не намного выше, чем для модели с полным набором функций на основе контактов.
Обсуждение
Оптимальный выбор признаков для определения оптимального набора коллективных переменных, другими словами, остатков смоделированных биомолекул, гарантирует, что ковариационная матрица, вычисленная на этапе уменьшения размерности, является положительно определенной матрицей.Кроме того, крайне желательно избегать чрезмерной подгонки из-за отсутствия данных выборки относительно большого количества функций в каждом кадре выборки. В этой работе мы показываем, что расширенный выбор признаков с использованием лапласовской оценки решает обе эти проблемы, то есть требование увеличения выборки и избежания чрезмерной подгонки.
В системе белок-лиганд, бензамидин-трипсин, характеристики контакта между выбранными остатками (рис. 3A) способны идентифицировать самые медленные процессы, коррелирующие со связыванием бензамидина с трипсином, лучше, чем когда выбраны все характеристики.Это может быть связано с тем, что использование всех функций контактов добавляет шум в модель, когда MSM построен со всеми контактами. Результаты также показывают, что контактные элементы относительно более дискриминантны для определения самых медленных процессов по сравнению с двугранными элементами. Это говорит о том, что исследователи должны эмпирически проверить набор характеристик, которые лучше всего подходят для используемой системы, при использовании лапласовской оценки. В этой системе количество деталей (например, 888 двугранных углов) очень велико по сравнению с количеством кадров (200).Предлагаемая нами методология позволяет использовать выбранные функции для построения эффективных МСМ и, таким образом, показывает, что этот подход полезен, когда размер молекул больше, и есть моделирование меньшей длины.
В используемых системах сворачивания белков, когда количество данных моделирования превышает количество извлеченных двугранных и контактных элементов, оценка GMRQ для MSM, построенного со всеми функциями, выше, чем при использовании сокращенного набора функций, выбранных нашим подходом. .Оценка GMRQ MSM, построенного для WW-домена со всеми функциями, выше. Принимая во внимание, что в случае Villin и Fs Peptide, MSM с сокращенным набором функций имеет более высокий балл GMRQ и способен идентифицировать самый медленный процесс.
Выводы
Идентификация резюме, то есть выбор характеристик, является одним из критических шагов в построении MSM. Характеристики определяют способность МСМ улавливать самые медленные процессы и, следовательно, скрытые конформеры в данных молекулярно-динамического моделирования.Оценка GMRQ MSM обеспечивает метрику для расчета точности прогноза, сделанного MSM. В этом исследовании мы показали, что в некоторых системах более эффективные МСМ строятся с использованием лапласовской оценки с GA с использованием оценки GMRQ в качестве оценки пригодности. Этот метод помогает определить, какие из элементов, между двугранными точками или контактами, должны быть выбраны для построения эффективного МСМ. Наиболее значительным преимуществом этого метода является то, что он помогает уменьшить объем выборки и преодолевает узкое место, связанное с длительным моделированием.У него есть возможность избежать чрезмерной подгонки, вызванной большой размерностью моделируемых данных. Этот подход был применен к данным моделирования, включающим сворачивание белка и связывание белок-лиганд. При таком подходе построение MSM имело целью выявить самый медленный процесс в моделировании. При сворачивании белка переход из развернутого состояния в свернутое состояние и при связывании белок-лиганд связывание лиганда с белком являются самым медленным процессом в данных моделирования, идентифицированных с помощью MSM.
Время, необходимое для определения оптимального подмножества функций, является значительным из-за использования метода оболочки вместе с выбором функций на основе фильтров. Оценка GMRQ для MSM, построенного со всеми функциями, выше для более длительных симуляций. Тем не менее, этот подход значительно сокращает объем выборки, необходимый для построения эффективного МСМ, как показано в случае систем бензамдин-трипсин, виллин и Fs-пептид, и, следовательно, помогает использовать преимущества адаптивного отбора проб MD, который включает в себя большое количество коротких имитаций. .Этот метод помогает построить MSM с более высокой оценкой GMRQ и определить оптимальные характеристики, которые максимально влияют на самый медленный процесс в данных моделирования. Таким образом, наше исследование показывает, что эвристическая инициализация популяции GA может автоматически выбирать важные функции, которые способствуют построению MSM с улучшенной оценкой GMRQ. Насколько нам известно, это первый подход, который использует оценку Лапласа вместе с GA для автоматического выбора функций для построения MSM с сокращенным набором функций.Используемый код доступен на GitHub: https://github.com/anuginu/MSM_latest.
Автоматическое распознавание шумов дефекта межжелудочковой перегородки с использованием сверточных рекуррентных нейронных сетей с временным пулом внимания
Yeh, S.J. et al. Национальная база данных исследования выживаемости детей с врожденными пороками сердца на Тайване. J. Formos. Med. Доц. 114 , 159–163 (2015).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Чаудри Т.А., Юнас М. и Бейг А. Дефект межжелудочковой перегородки и связанные с ним осложнения. J. Pak. Med. Доц. 61 , 1001–1004 (2011).
PubMed PubMed Central Google Scholar
Wu, M. H. et al. Распространенность врожденных пороков сердца среди живорожденных в Тайване. J. Pediatr. 156 , 782–785 (2010).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Хоффман, Дж. И. Э. и Каплан, С. Заболеваемость врожденными пороками сердца. J. Am. Coll. Кардиол. 39 , 1890–1900 (2002).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Ито Т., Окубо Т., Кимура М., Ито С. и Акабане Дж. Увеличение диаметра дефекта межжелудочковой перегородки и формирование аневризмы перепончатой перегородки в младенчестве. Pediatr. Кардиол. 22 , 491–493 (2001).
CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Zhang, J., Ko, J. M., Guileyardo, J. M. & Roberts, W.C. Обзор спонтанного закрытия дефекта межжелудочковой перегородки. Baylor Univ. Med. Cent. Proc. 28 , 516–520 (2015).
Артикул Google Scholar
Аммаш, Н. М. и Вамес, К. А. Дефекты межжелудочковой перегородки у взрослых. Ann. Internal Med. 135 , 812–824 (2001).
CAS Статья Google Scholar
Минетт М. С. и Сан Д. Дж. Врожденные пороки сердца у взрослых кардиологов — дефекты межжелудочковой перегородки. Тираж 114 , 2190–2197 (2006).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Деарани, Дж.A. et al. Руководство AHA / ACC 2018 по ведению взрослых с врожденными пороками сердца. Тираж 139 , e698 – e800 (2019).
PubMed PubMed Central Google Scholar
Baumgartner, H. et al. Руководство ESC по ведению взрослых врожденных пороков сердца (новая версия 2010 г.). евро. Heart J. 31 , 2915–2957 (2010).
PubMed Статья Google Scholar
Червенков, С. И. и Рой, Н. Номенклатура и база данных хирургических операций на сердце: атрезия легочной артерии — дефект межжелудочковой перегородки. Ann. Грудной. Surg. 69 , S25 – S35 (2000).
Google Scholar
McDaniel, N. L. Дефекты межжелудочковой и предсердной перегородки. Pediatr. Ред. 22 , 265–270 (2001).
CAS PubMed Статья Google Scholar
Etoom, Y. & Ratnapalan, S. Оценка детей с сердечными шумами. Clin. Педиатр. (Phila) 53 , 111–117 (2014).
Артикул Google Scholar
Lessard, E., Glick, M., Ahmed, S. & Saric, M. Пациент с шумом в сердце: оценка, оценка и стоматологические рекомендации. J. Am. Вмятина. Доц. 136 , 347–356 (2005).
PubMed Статья Google Scholar
Франк, Дж. Э. и Якобе, К. М. Оценка и лечение сердечных шумов у детей. Am. Fam. Врач 84 , 793–800 (2011).
PubMed Google Scholar
Kang, G. et al. Распространенность и клиническое значение шумов в сердце у школьников. Arch. Дис. Ребенок. 100 , 1028–1031 (2015).
PubMed Статья Google Scholar
Kumar, K. & Thompson, W. R. Оценка навыков аускультации сердца у педиатрических резидентов. Clin. Педиатр. (Phila) 52 , 66–73 (2013).
Артикул Google Scholar
Эриксон, Б. Дж. И Бартолмай, Б. Компьютерное обнаружение и диагностика в начале третьего тысячелетия. J. Digit. Imaging 15 , 59–68 (2002).
PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Bluemke, D. A. Радиология в 2018: вы работаете с ИИ или вас заменят ИИ ?. Радиология 287 , 365–366 (2018).
PubMed Статья Google Scholar
Шен, Д., Ву, Г. и Сук, Х.-И. Глубокое обучение в области анализа медицинских изображений. Annu. Преподобный Биомед. Англ. 19 , 221–248 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Litjens, G. et al. Обзор глубокого обучения в области анализа медицинских изображений. Med. Изображение Анал. 42 , 60–88 (2017).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Судзуки, К. Обзор глубокого обучения в медицинской визуализации. Radiol. Phys. Technol. 10 , 257–273 (2017).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Chen, T.E. et al. Распознавание звука сердца S1 и S2 с использованием глубоких нейронных сетей. IEEE Trans. Биомед. Англ. 64 , 372–380 (2017).
ADS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
DeGroff, C.G. et al. Метод выявления шумов в сердце у детей на основе искусственной нейронной сети. Тираж 103 , 2711–2716 (2001).
CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Tsao, Y. et al. Надежное распознавание сердечного звука S1 и S2 на основе спектрального восстановления и разносторонней тренировки. Biomed. Сигнальный процесс. Контроль 49 , 173–180 (2019).
Артикул Google Scholar
Домингес-Моралес, Дж. П., Хименес-Фернандес, А.Ф., Домингес-Моралес, М. Дж. И Хименес-Морено, Г. Глубокие нейронные сети для распознавания и классификации сердечных шумов с использованием нейроморфных слуховых сенсоров. IEEE Trans. Биомед. Circ. Syst. https://doi.org/10.1109/TBCAS.2017.2751545 (2018).
Артикул Google Scholar
Лу, Х., Шен, П., Ли, С., Цао, Ю. и Каваи, Х. Временное внимательное объединение для обнаружения акустических событий. В материалах Ежегодной конференции Международной ассоциации речевой коммуникации INTERSPEECH (2018). doi: https: //doi.org/10.21437/Interspeech.2018-1552
Кингма, Д. П. и Ба, Дж. Л. Адам: метод стохастической оптимизации. В 3-й Международной конференции по обучающим представлениям, ICLR 2015 — Conference Track Proceedings (2015).
Пелеч А.Н. Физиология аускультации сердца. Pediatr. Clin. N. Am. 51 , 1515–1535 (2004).
Артикул Google Scholar
Чизнер, М.А. Аускультация сердца: заново открывая утраченное искусство. Curr. Пробл. Кардиол. 33 , 326–408 (2008).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Альперт, М.А. Систолические шумы. В «Клинические методы: история, физические и лабораторные исследования» (редакторы Уолкер, Х. К. и Холл, У. Д.) (Баттерворт, Оксфорд, 1990).
Google Scholar
Найк, Р. Дж. И Шах, Н. С. Шумы в сердце у подростков. Pediatr. Clin. N. Am. 61 , 1–16 (2014).
Артикул Google Scholar
Маттиоли, Л. Ф., Бельмонт, Дж. М. и Дэвис, А. М. Эффективность обучения аускультации сердца резидентам во время плановой ротации педиатрических кардиологов. Pediatr. Кардиол. 29 , 1095–1100 (2008).
PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Satou, G. M. et al. Телемедицина в детской кардиологии: научное заявление Американской кардиологической ассоциации. Тираж 135 , e648 – e678 (2017).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Ленг, С. et al. Электронный стетоскоп. Biomed. Англ. Онлайн 14 , 66 (2015).
PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Ямасита, Р., Нишио, М., До, Р. К. Г. и Тогаши, К. Сверточные нейронные сети: обзор и применение в радиологии. Insights into Imaging https://doi.org/10.1007/s13244-018-0639-9 (2018).
Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar
Brinker, T. J. et al. Классификация рака кожи с использованием сверточных нейронных сетей: систематический обзор. J. Med. Интернет Res. https://doi.org/10.2196/11936 (2018).
Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar
Демир, Ф., Шенгюр, А., Баджадж, В. и Полат, К. К классификации сердечных тонов на основе сверточной глубокой нейронной сети. Health Inf. Sci. Syst. 7 , 16 (2019).
PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Bozkurt, B., Germanakis, I. & Stylianou, Y. Исследование частотно-временных характеристик для автоматической классификации сердечных тонов на основе CNN для обнаружения патологии. Comput. Биол. Med. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2018.06.026 (2018).
Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar
Faust, O. et al. Автоматическое определение мерцательной аритмии с использованием сети долговременной краткосрочной памяти с сигналами интервала RR. Comput. Биол. Med. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2018.07.001 (2018).
Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar
Ли, К., Ким, Ю., Ким, Ю. С. и Джанг, Дж. Автоматическая аннотация болезни из радиологических отчетов с использованием искусственного интеллекта, реализованного с помощью повторяющейся нейронной сети. Am. J. Roentgenol. https://doi.org/10.2214/AJR.18.19869 (2019).
Артикул Google Scholar
Бегич, Э. и Бегич, З. Случайные шумы в сердце. Med. Arch. 71 , 284–287 (2017).
PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Сондерс, Н. Р. Невинные шумы в сердце у детей. Диагностический подход. Кан. Fam. Врач 41 , 1512 (1995).
Google Scholar
Доши, А.R. Невинный шум в сердце. Cureus 10 , e3689 (2018).
PubMed PubMed Central Google Scholar
Дэнфорд, Д. А., Мартин, А. Б., Флетчер, С. Э. и Гамбинер, К. Х. Эффективность эхокардиографии у детей, когда невинный шум кажется вероятным, но остаются сомнения. Pediatr. Кардиол. 23 , 410–414 (2002).
CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Mcleod, G. et al. Эхокардиография при врожденных пороках сердца. Прог. Кардиоваск. Дис. 61 , 468–475 (2018).
PubMed Статья PubMed Central Google Scholar
Бикли, Л. С. Руководство Бейтса по медицинскому осмотру и сбору анамнеза — одиннадцатое издание . (LWW, 2012).
Крижевский А., Суцкевер И. и Хинтон Г. Е. Классификация ImageNet с глубокими сверточными нейронными сетями. Adv. Neural Inf. Процесс. Syst. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2014.09.007 (2012).
Артикул Google Scholar
Weninger, F. et al. Улучшение речи с помощью рекуррентных нейронных сетей LSTM и его применение в устойчивом к шумам ASR. В конспектах лекций по информатике (включая подсерии лекций по искусственному интеллекту и лекций по биоинформатике) 9237 , 91–99 (2015).
Румелхарт, Д. Э., Хинтон, Г. Э. и Уильямс, Р. Дж. Изучение представлений с помощью ошибок обратного распространения. Nature 323 , 533–536 (1986).
ADS МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar
Фосетт, Т. Введение в ROC-анализ. Распознавание образов. Lett. 27 , 861–874 (2006).
Артикул Google Scholar
Брэдли, А. П. Использование площади под кривой ROC при оценке алгоритмов машинного обучения. Распознавание образов. 30 , 1145–1159 (1997).
Артикул Google Scholar
Diel, R., Loddenkemper, R., Niemann, S., Meywald-Walter, K. & Nienhaus, A. Отрицательная и положительная прогностическая ценность анализа высвобождения интерферона-γ из цельной крови для развития активного туберкулез: обновление. Am.J. Respir. Крит. Care Med. 183 , 88–95 (2011).
CAS PubMed Статья Google Scholar
Deri, A. & English, K. ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СЕРИЯ ПО ВРОЖДЕННЫМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ СЕРДЦА: Эхокардиографическая оценка шунтов слева направо: дефект межпредсердной перегородки, дефект межжелудочковой перегородки, дефект атриовентрикулярной перегородки, открытый артериальный проток. Echo Res. Практик. 5 , R1 – R16 (2018).
PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Технические характеристики Sepam S25 / S35 — Schneider Electric
Рецептурные документы Sepam S25 / S35 спецификация Блок защиты и управления спецификация s Все основные функции защиты, измерения, эксплуатации и управления / контроля должны выполняться одним и тем же цифровым блоком защиты и управления.Однако конкретные или дополнительные функции могут быть обеспечены путем добавления дополнительных устройств. Поскольку блок защиты и управления используется как можно ближе к распределительному устройству, он должен соответствовать самым строгим требованиям к устойчивости к окружающей среде, в частности: Стандарты IEC: • Устойчивость к импульсам 255-4: 5 кВ • Волна 255-22-1 1 МГц: класс III • 255-22-4 быстрых переходных процессов: класс IV • 255-22-3 электромагнитное излучение: минимум 20 В / м (желательно 30 В / м). Диапазон рабочих температур от — 5 ° C до + 55 ° C.Ассортимент устройств защиты и управления должен быть рассчитан на работу со всеми типами вспомогательного источника питания напряжением: 24, 48, 127, 220 В постоянного тока и всеми типами датчиков тока: 1 А, 5 А CT или магнитных датчиков, а также датчиков напряжения: 100, 110 В VT, 100 /, 110 / VT. Процесс проектирования и производства должен быть сертифицирован по ISO 9001. Блок должен быть отсоединяемого или выкатного типа для облегчения замены. Должна быть обеспечена возможность извлечения блока без предварительного короткого замыкания в цепи тока.Каждая клемма устройства должна иметь проводку сечением 2,5 мм2 и проводку сечением 6 мм2 для токовых цепей. Выходные реле должны выдерживать установившийся ток 8 А. Логические входы, которые должны иметь то же номинальное напряжение, что и вспомогательный источник питания, должны соответствовать стандартам (МЭК 11-32) в отношении ПЛК и логического входа. потребляемый ток должен быть не менее 4 мА. Эксплуатационная надежность Блок защиты и управления должен включать: • внутренний механизм самоконтроля, который активирует по крайней мере один (2 желаемых) переключающих контакта сторожевого таймера безопасности • автоматическое устройство для переключения на отказоустойчивое положение, с отключением управления выходом при обнаружении серьезной внутренней неисправности • индикация на передней панели устройства сигнальными лампами и сообщениями, указывающими состояние самотестирования.Рекламный пакет Sepam Внутренний и конфиденциальный документ — гл. 5
% PDF-1.4 % 299 0 объект > эндобдж xref 299 86 0000000016 00000 н. 0000002071 00000 н. 0000003639 00000 н. 0000003883 00000 н. 0000004259 00000 н. 0000004501 00000 н. 0000005717 00000 н. 0000006937 00000 п. 0000007168 00000 н. 0000007191 00000 н. 0000014071 00000 п. 0000014094 00000 п. 0000019517 00000 п. 0000020735 00000 п. 0000020946 00000 п.
Усиление изображения: технология ночного видения | визуализация | Справочник по фотонике
В последующих поколениях устройства для усиления изображения позволили видеть темную ночь.Гарри П. Монторо, ITT Night Vision
Усиление изображения, основа ночного видения, представляет собой сложное преобразование энергии частиц, которое происходит внутри вакуумной трубки. Система усилителя изображения работает, собирая фотоны через линзу объектива, преобразуя их в электроны через фотокатод, увеличивая электрическую энергию с помощью микроканальной пластины (MCP), преобразуя электрическую энергию обратно в свет с помощью люминофорного экрана и представляя изображение для просмотр через линзу окуляра.
Сложный миниатюрный источник питания используется для обеспечения напряжений между элементами вакуумной лампы, которые обеспечивают преобразование и усиление энергии. Все элементы внутри вакуумной трубки расположены близко друг к другу, чтобы избежать рассеяния электронов.
Основное электронное усиление происходит внутри MCP, тонкого диска, который содержит миллионы близко расположенных каналов. Когда электроны проходят через каналы и ударяются о стенки канала, высвобождаются тысячи дополнительных электронов.Когда они ударяются о люминофорный экран, увеличенная энергия снова превращается в свет, в тысячи раз более яркий, чем проникающий. Люминофорный экран излучает этот свет по той же схеме, что и свет, собираемый линзой объектива, поэтому яркое, усиленное изображение, видимое в окуляре, соответствует сцене, которая просматривается (или не просматривается) в темноте.
Разрыв поколений
В мире ночного видения слово поколение (Gen) относится к крупным достижениям в области технологий.Чем выше поколение, тем сложнее технология ночного видения. Разрыв поколений — это изменение технологии, которое приводит к изменению номенклатуры.
Во время Второй мировой войны и войны в Корее воцарилось искусство скрытной войны, и формальная подготовка снайперов стала частью военных маневров. Именно в эти годы началась работа по усилению изображения.
Ранние снайперы использовали преобразователи изображения (снайперские прицелы), которым для освещения цели требовался источник инфракрасного света.Эти преобразователи изображений, известные как Gen 0, произошли от преобразователей изображений RCA, разработанных в середине 1930-х годов для использования в телевизорах. В преобразователе изображения Gen 0 использовались фотокатод S-1, ИК-датчик с высоковольтным электростатическим полем, ускоряющим электроны, и люминофорный экран. Катод S-1 (AgOC) не обладал такой высокой квантовой эффективностью, как катоды, используемые сегодня, но он мог обеспечивать изображения с помощью ИК-осветителя (рис. 1).
Рис. 1. Конструкция и состав трубки Gen 0.
Процесс усиления изображения в этом поколении был довольно простым. Отраженный свет ИК-осветителя поступал в трубку, и фотокатод преобразовывал свет в электроны. Электронные элементы фокусировали эти электроны через конусообразный компонент (анод) и ускоряли их с помощью очень высокого напряжения, поэтому они ударяли по люминофорному экрану с большей энергией, воссоздавая видимое изображение. Такое ускорение электронов не привело к значительному усилению и вызвало искажение изображения.Кроме того, срок службы лампы по сегодняшним меркам был невысоким.
Generation 1
Прицел Starlight, разработанный в начале 1960-х годов и использовавшийся во время войны во Вьетнаме, был сделан с использованием усилителей изображения Gen 1. В этом прицеле три трубки усилителя изображения были соединены последовательно, что делало прибор больше и тяжелее, чем современные очки ночного видения. Это раннее поколение создавало четкое центральное изображение с искаженной периферией. Использование нескольких трубок, соединенных последовательно, позволило значительно увеличить общее усиление света, поскольку выход первой лампы усиливался второй, а второй — третьей.Из-за простой конструкции блока питания изображение было подвержено частям размытия — мгновенному размытию изображения из-за перегрузки в трубке усилителя, вызванной яркими источниками света (рис. 2).
Рис. 2. Конструкция и состав трубки Gen 1.
Основное различие между поколением 1 и поколением 0 заключалось в более сложном химическом процессе, использованном для создания фотокатода. Катод S-20, полученный на основе многощелочного антимонида, повысил чувствительность, а также спектральный отклик.Однако у поколения 1 действительно были некоторые из тех же недостатков, что искажение изображения и уменьшенный срок службы ламп, как у поколения 0. Трубки, построенные с использованием технологий Gen 0 и Gen 1, обычно встречаются во многих современных импортных приборах ночного видения.
Поколение 2
Технология Gen 2, разработанная в конце 1960-х годов, принесла крупный прорыв в ночное видение благодаря разработке микроканальных пластин. Кроме того, фотокатодный процесс, используемый для Gen 1, был дополнительно усовершенствован для катода S-25 и дал гораздо более высокий фотоотклик.
Тем не менее, появление MCP сделало Gen 2 уникальным. МКП начинается с двух непохожих кусочков стекла. Большая трубка из твердого стекла (сердцевина) помещена в трубчатую оболочку из стекла (оболочка). Затем два стакана нагревают вместе и растягивают, чтобы сформировать стекловолокно очень маленького диаметра. Волокна в конечном итоге сжимаются вместе, образуя пучок стекловолокон, называемый булей. Затем були нарезают под углом, чтобы получить тонкие диски. Дальнейшая химическая обработка удаляет только центральное стекло, создавая каналы внутри MCP.Во время работы трубки электроны перемещаются в каналы и, ударяясь о стенки канала, производят вторичную электронную эмиссию, которая создает несколько сотен электронов (рис. 3).
Рис. 3. Конструкция и состав трубки Gen 2.
Близкое расположение каналов внутри MCP, наряду с близким расстоянием между MCP и фотокатодом, и люминофорным экраном, позволяет создавать изображение без искажений, характерных для ламп Gen 0 и Gen 1.Однако каналы в ранних MCP были довольно большими по сравнению с сегодняшними MCP. Таким образом, разрешение в первых лампах Gen 2 было не таким хорошим, как у ламп Gen 0, Gen 1 или современных ламп Gen 2 и Gen 3.
Другим достижением Gen 2 стало уменьшение общего размера и веса как лампового модуля, так и источника питания. Это сокращение позволило лампам Gen 2 стать первыми усилителями изображения, используемыми в устанавливаемых пользователем устройствах, таких как очки, устанавливаемые на голову и шлем.
Generation 3
Разработанное в середине 1970-х и запущенное в производство в 1980-х, Gen 3 в основном представляло собой прогресс в технологии фотокатодов.Общий вид ламп Gen 2 и Gen 3 очень похож. В лампах Gen 3 в качестве фотокатода используется арсенид галлия (GaAs). Это значительно увеличивает чувствительность лампы, особенно в ближнем ИК-диапазоне. Повышенная чувствительность улучшила работу системы в условиях низкой освещенности или, другими словами, позволила трубке обнаруживать свет на гораздо больших расстояниях.
Однако высокореактивный фотокатод на основе GaAs может быть легко разрушен из-за внутренних химических взаимодействий, которые происходят внутри трубки при нормальной работе.Большинство химических реакций происходит внутри МКП из-за взаимодействия электронов со стенками каналов МКП. Таким образом, чтобы преодолеть разрушающие эффекты фотокатода, на входную сторону МКП было добавлено тонкое покрытие из оксида металла. Это покрытие, более известное как пленка с ионным барьером, не только предотвращало преждевременную деградацию фотокатода, но также увеличивало срок службы трубки во много раз по сравнению с трубками Gen 2.Это улучшение по-прежнему является значительной разницей в характеристиках ламп Gen 2 и Gen 3.Однако пленка может препятствовать проникновению фотоэлектронов в МКП, поэтому по сути она увеличивает компонент электронного шума лампы. Основной показатель общей производительности трубки усилителя изображения известен как отношение сигнал / шум или SNR. Составляющая сигнала напрямую зависит от чувствительности фотокатода. Шумовая составляющая возникает из-за комбинированного воздействия различных эксплуатационных характеристик лампы, как физических, так и электрических. Существенно более высокий фотоотклик фотокатода Gen 3 более чем компенсирует повышенный шумовой компонент (из-за пленки с ионным барьером), обеспечивая Gen 3 значительное улучшение по сравнению с Gen 2.
Производители ламп 2-го и 3-го поколения на протяжении многих лет непрерывно улучшали качество звука, увеличивая соотношение сигнал / шум в каждой соответствующей технологии. Кроме того, в производстве МКП постоянно совершенствовались, чтобы также улучшить общее разрешение (рис. 4).
Рис. 4. Конструкция и состав трубки Gen 3.
Были приложены значительные усилия для разработки трубки Gen 3 без пленки с ионным барьером.Усилия оказались успешными, но производственные затраты были чрезмерными по сравнению с улучшением производительности. В течение короткого периода времени трубка Gen 3 без пленки с ионным барьером называлась Gen 4. Однако эта терминология была отменена вскоре после того, как она была анонсирована, хотя некоторые реселлеры трубок ночного видения все еще используют эту номенклатуру.
Непрерывное развитие
Технологии Gen 2 и Gen 3 прошли долгий период непрерывного развития с огромными улучшениями в каждой из этих технологий.
Одной из областей, которая способствовала усовершенствованию, является разработка миниатюрных высоковольтных источников питания. Ранние разработки с блоком питания включали схемы защиты для автоматического управления выходной яркостью лампы при изменении условий входного освещения. Эти эффекты, известные как автоматическая регулировка яркости (ABC) и защита яркого источника (BSP), были направлены на защиту как рентгеновской трубки от засветки, так и глаз пользователя от чрезмерной яркости.ABC автоматически снижает напряжение на микроканальной пластине, чтобы поддерживать выходную яркость усилителя изображения в оптимальных пределах и защищать трубку. Этот эффект можно увидеть во время быстрых переходов от условий низкой освещенности к условиям высокой освещенности, когда изображение становится ярче, а затем быстро возвращается к постоянному уровню. BSP снижает напряжение на фотокатоде, а не на микроканальной пластине. BSP защищает рентгеновскую трубку от повреждений и продлевает срок ее службы.
В условиях высокой освещенности разрешение сцены может ухудшиться.Достижения в области миниатюрных источников питания включают добавление цепей автостатирования. Эти схемы управляют работой фотокатода при изменении условий входного освещения. Автостартирование позволяет использовать электронно-лучевую трубку при более высоком входном освещении с гораздо меньшим ухудшением качества изображения.
Функция Autogating отключает напряжение фотокатода на короткие периоды времени, но этот эффект не виден человеческому глазу. Катодное напряжение постоянно колеблется, но изображение кажется непрерывным.Схема автостробирования сокращает время, в течение которого напряжение присутствует во время каждого колебания, но поддерживает высокий уровень пикового напряжения. За счет управления подачей напряжения таким образом качество разрешения остается высоким. Фактически, функция автостробирования заставляет устройство думать, что оно всегда находится в условиях низкой освещенности, что является оптимальной средой для максимальной эффективности и четкости для трубки усилителя изображения. Хотя наиболее очевидный эффект автостробирования для пользователя может заключаться в улучшении разрешения в условиях высокой освещенности, его первоначальная цель заключалась в продлении срока службы лампы, что наиболее очевидно при использовании тонкопленочных или беспленочных трубок.
В отличие от постепенного уменьшения срока службы, наблюдаемого в лампах без ионно-барьерной пленки, трубка Gen 3 со стробированием и использованием тонкой пленки увеличивает срок службы и производительность трубки намного больше, чем любая другая технология усилителей изображения. Типичная надежность намного превышает 15 000 часов без заметного ухудшения работы. Это изменение в долговечности является значительным достижением, если учесть гораздо более короткий срок службы ламп Gen 0, Gen 1 и Gen 2.
Что будет дальше
Технология усиления изображения широко используется в очках ночного видения (NVG).Еще одна важная технология, не имеющая отношения к усилению изображения, но называемая ночным видением, — это технология тепловизионного или инфракрасного изображения. У усиления изображения и тепловидения есть свои сильные и слабые стороны. Тепловизоры довольно хорошо обнаруживают источники тепла в полной темноте, например, тепло тела персонала или тепло двигателя; однако они не имеют такого высокого разрешения, как усилители изображения (при эквивалентных полях зрения). Это связано с тем, что тепловизоры обеспечивают электронный вывод, а размер пикселя матрицы фокальной плоскости (FPA) намного больше, чем «эффективный» размер пикселя оптического вывода прямого обзора трубки усилителя изображения.Кроме того, тепловизоры в течение многих лет были непрактичны для пользовательских приложений, таких как NVG, из-за их большего размера, веса и потребления энергии (SWaP). Достижения последних лет в области создания неохлаждаемых тепловизоров, таких как оксид ванадия и аморфный кремний, значительно улучшили эти характеристики, сделав их более пригодными для использования на голове.
Легко представить себе бесчисленное множество ситуаций, в которых пользователи могли бы извлечь большую пользу из свойств как тепловых устройств, так и устройств усиления изображения одновременно.Таким образом, логическим развитием было бы создание одного устройства, объединяющего преимущества обеих технологий.
Sensor fusion
Sensor fusion объединяет в одном устройстве соответствующие сильные стороны технологий термической обработки и усиления изображения. Объединив сильные стороны обеих технологий, пользователи могут видеть гораздо большую часть светового спектра — от ближнего до длинноволнового инфракрасного. Возможность видеть информацию как в видимом, так и в тепловом спектрах с помощью одного устройства представляет собой значительное преимущество для военнослужащих, сотрудников служб безопасности и правоохранительных органов (рис. 5).
Рис. 5. Woodline, видимый через прибор ночного видения Gen 3 ( вверху, ) и видимый с помощью ИК-технологии ( внизу, ).
Стремление объединить эти две технологии — и сохранить низкое общее потребление SWaP, чтобы устройство могло носить человек — ведет к развитию новых технологий и устройств ночного видения. Основное устройство — это улучшенные очки ночного видения (ENVG), сочетающие тепловизор с усилителем изображения.В ENVG усилитель изображения работает как стандартный NVG. Однако изображение с термодатчика отображается на видеодисплее, а затем оптически накладывается на выходной сигнал усилителя изображения. В будущем планируется объединить видеовыход тепловизора напрямую с видеовыходом электронного усилителя изображения. Эти новые устройства могут затем представлять полное цифровое слияние изображение на HMD в устройстве, известном как очки ночного видения с цифровым улучшением (ENVG-D).
Ведущими разработками усилителей изображения с прямым видеовыходом являются MCPCMOS (комплементарный металлооксидный полупроводник с микроканальной пластиной) и EBAPS (активный пиксельный датчик с электронной бомбардировкой).Оба устройства объединяют модифицированный формирователь изображения CMOS непосредственно в вакуумную оболочку рентгеновской трубки с бесконтактной фокусировкой. КМОП-формирователь изображения заменяет люминофорный экран и обеспечивает прямой видеовыход, который может отображаться на головной или вмонтированный в шлем дисплей. Основное отличие состоит в том, что EBAPS не содержит микроканальной пластины, что ограничивает его способность усиления света. Кроме того, благодаря электронному выходу изображение можно улучшить в цифровом виде, а также объединить в цифровом виде с электронным выходом тепловизора.
Наличие изображений в полностью электронном формате позволит пользователям передавать изображения в командный центр для проверки информации или общего сбора разведывательных данных и наблюдения. Значительное финансирование исследований и разработок поступило из государственных источников для повышения эффективности усилителей изображения. Основное использование усилителей изображения и связанных с ними технологий, как обсуждается в этой статье, было для военных, хотя, как это часто бывает с современными технологиями, продукты, разработанные для одной цели, оказались полезными для другой.
По мере развития технологий области применения расширялись. Эта технология используется в медицинских, научных, промышленных и коммерческих приложениях для получения изображений. Специалисты в области медицинской визуализации все чаще полагаются на использование усилителей изображения в качестве ключевого компонента диагностических систем. Усилители изображения используются в сочетании с эндоскопами, рентгеновским оборудованием и рентгеноскопическим оборудованием для облегчения многих процедур. Кроме того, усилители изображения используются с инструментами научных исследований для оценки клеток и тканей, связанных с изучением рака.Усилители изображения также набирают популярность во многих коммерческих приложениях, таких как машинное зрение и спектроскопическое оборудование.
Будь то в руках военнослужащих на поле боя или правоохранительных органов в наших общинах, усилители изображения позволили защитникам нашей нации владеть ночью и предоставили врачам, ученым и инженерам возможность действовать в других неработоспособных условиях.
Обзор методов и алгоритмов
Сдвиг средней линии (MLS) головного мозга — важная характеристика, которую можно измерить с помощью различных методов визуализации, включая рентген, ультразвук, компьютерную томографию и магнитно-резонансную томографию.Смещение срединных внутричерепных структур помогает диагностировать внутричерепные поражения, особенно черепно-мозговую травму, инсульт, опухоль головного мозга и абсцесс. Являясь признаком повышенного внутричерепного давления, MLS также является индикатором снижения перфузии головного мозга, вызванного внутричерепной массой или масс-эффектом. Мы рассматриваем исследования, в которых MLS использовался для прогнозирования исходов у пациентов с внутричерепной массой. В некоторых исследованиях MLS также коррелировал с клиническими особенностями. Алгоритмы автоматизированных измерений MLS обладают значительным потенциалом для помощи специалистам-людям в оценке изображений мозга.В алгоритмах, основанных на симметрии, деформированная средняя линия обнаруживается и ее расстояние от идеальной средней линии принимается в качестве MLS. В ориентированных на ориентиры MLS измеряли после идентификации конкретных анатомических ориентиров. Чтобы проверить эти алгоритмы, измерения с использованием этих алгоритмов сравнивались с измерениями MLS, выполненными людьми-экспертами. В дополнение к измерению MLS в данном исследовании изображений, появились новые приложения MLS, которые включали сравнение нескольких измерений MLS до и после лечения и разработку дополнительных функций для определения массового эффекта.Предлагаются предложения по дальнейшим исследованиям.
1. Введение
1.1. История сдвига средней линии как признака изображения
Голова человека примерно двусторонне симметрична. Хотя есть функциональные различия между полушариями головного мозга, общая морфология соответствует правилу [1]. И головной мозг, и мозжечок симметричны, с долями, желудочками и глубокими ядрами одинакового размера и формы в обоих полушариях. Тонкая структурная асимметрия не играет роли в клинико-диагностической нейрорадиологии [2].Из патологических исследований врачи уже знали, что внутричерепная масса может вызвать сдвиг мозга, за которым следует грыжа, сдавление ствола мозга и смерть. Поэтому они полагаются на смещение срединных структур для помощи в диагностике с самого начала нейровизуализации. Первоначально использовался сдвиг кальцинированной шишковидной железы на рентгеновском снимке с последующей пневмоэнцефалографией и ангиограммой [3].
После изобретения ультразвука (УЗИ), компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) получение изображений поперечного сечения стало возможным со значительным улучшением разрешения и контрастности тканей [2, 3].В то время как цереброспинальная жидкость (CSF-), содержащая третий желудочек (V3, рис. 1), легче идентифицируется на ультразвуковых изображениях [4], большинство авторов описывают степень смещения прозрачной перегородки (SP, рис. 1), тонкой мембраны. между лобными рогами (FH) боковых желудочков относительно идеальной средней линии (iML) на КТ-изображениях [5, 6]. Независимо от того, используется ли шишковидная железа, V3 или SP, отклонение данной структуры средней линии от iML называется сдвигом средней линии (MLS). Поскольку симметрия играет ключевую роль в рентгенологической оценке головного мозга, предполагается, что любое смещение структур средней линии представляет собой массовое поражение на той стороне, от которой смещена средняя линия [2].Для практических целей не существует острых «всасывающих» поражений мозга, притягивающих к себе срединную линию.
1.2. Использование сдвига средней линии в качестве количественного показателя массового эффекта для прогнозирования исхода у пациентов с травмами
Еще в 1783 году Александр Монро пришел к выводу, что череп представляет собой «жесткую коробку», заполненную «почти несжимаемым мозгом», и что его общий объем имеет тенденцию оставаться константа [8]. Доктрина утверждает, что любое увеличение объема черепного содержимого (например,(например, мозг, кровь или спинномозговая жидкость) повышают внутричерепное давление (ВЧД). Кроме того, если один из этих трех элементов увеличивается в объеме, это должно происходить за счет объема двух других элементов. В 1824 году Келли подтвердила многие ранние наблюдения Монро [9]. Согласно этой доктрине, очаговая внутричерепная патология может повредить все внутричерепные структуры за счет снижения их перфузии из-за повышенного ВЧД, если все компенсаторные механизмы исчерпаны. Такое явление называется «массовый эффект».
В большом проспективном многоцентровом исследовании NIH Traumatic Coma Data Bank авторы изучили данные, полученные в результате первоначальных компьютерных томографий 753 пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой (TBI), определенной как 8 баллов по шкале комы Глазго (GCS). или меньше [36].Когда результаты КТ были связаны с повышенным ВЧД и смертью, наиболее важными характеристиками сканирования были MLS, сжатие или облитерация перимезэнцефальных цистерн и наличие субарахноидальной крови (субарахноидальное кровоизлияние, САК) [10]. Во многих последующих исследованиях наличие MLS было связано с повышением ВЧД и ухудшением прогноза [11-17]; однако существует взаимосвязь с наличием внутричерепных поражений и другими параметрами КТ, как обобщено в предыдущем обзоре [5]. MLS на КТ продолжает быть неинвазивной оценкой ВЧД у пациентов с ЧМТ до его фактического измерения во время операции и рассматривается как функция визуализации, поддерживающая доктрину Монро-Келли.Была продемонстрирована дозозависимая связь между MLS и исходом у пациентов с ЧМТ [18]. Аналогичная связь существует также между MLS и сознанием у пациентов с острым образованием полушария [37].
Хотя схемы классификации в предыдущих отчетах сильно различались, MLS — это количественное измерение, которое может быть выполнено на необработанных или контрастных изображениях. Он может иметь положительные и отрицательные значения и может быть определен как 0 для объекта без сдвига вообще. Поскольку MLS можно измерить в каждом мозге, с патологией или без нее, он стал неотъемлемой частью оценки изображений мозга.Однако MLS менее подходит для представления массового эффекта при наличии множественных поражений [5]. С другой стороны, перимеэнцефалическая цистернальная компрессия способна выявить массовый эффект при наличии двусторонних, множественных или поражений задней черепной ямки; но это в лучшем случае считается полуколичественным измерением.
1.3. Стандартизация измерения сдвига средней линии
Чтобы еще больше уменьшить вариации измерения MLS у пациентов с ЧМТ, в 2006 году фонд Brain Trauma Foundation (BTF) предложил стандартизированный протокол процедуры компьютерной томографии.Предложены стандартизованные методы оценки объема гематомы методом «» и измерения MLS [6, 38]. Они предложили использовать 5-миллиметровые аксиальные (горизонтальные) срезы от большого затылочного отверстия до турецкого седла и 10-миллиметровые срезы выше турецкого седла, параллельно орбитомеатальной линии [6]. Поскольку новые компьютерные томографы способны получать изотропные воксели, позволяющие реконструировать изображение в любой анатомической плоскости без потери разрешения, многие больницы теперь используют 5-миллиметровые срезы на протяжении всей процедуры [2].
На данном осевом изображении MLS измеряется на уровне отверстия Монро (FM), которое является каналом, соединяющим FH боковых желудочков с V3, как показано на рисунках 1 и 2.На уровне FM видна только самая верхняя часть V3, как показано на рисунке 2. Наибольший передне-задний диаметр V3 обычно каудальнее этого уровня [4]. В рекомендациях BTF предлагалось определять MLS («» на Рисунке 2 (a)), сначала измеряя ширину внутричерепного пространства («»), а затем измеряя расстояние от кости до SP («»). Тогда MLS можно определить расчетным путем. В рекомендациях BTF также рекомендовал экстренное хирургическое вмешательство при любой травматической эпидуральной (EDH), субдуральной (SDH) или внутримозговой гематоме (ICH), вызывающей MLS более 5 мм [39–41].
Поскольку череп не всегда симметричен, и пациент не может быть идеально выровнен во время компьютерной томографии, многие специалисты измеряют MLS, сначала рисуя iML, соединяя наиболее передние и задние видимые точки на фальшполе (пунктирная линия на рисунке 2 (a) ), а затем измерить самую дальнюю точку на SP (крайнюю правую точку сегмента белой горизонтальной линии на рисунке 2 (а)) как перпендикулярно iML. Также было показано, что такой метод имеет высокое согласие между наблюдателями у пациентов со спонтанным ВЧГ [42].Более того, определить iML проще, чем определить ширину внутричерепного пространства, когда череп деформирован или удален хирургическим путем или травмой.
Доказав свою прогностическую ценность для пациентов с ЧМТ, MLS широко используется в оценке неврологических заболеваний как индикатор массового эффекта. Поскольку каждое заболевание имеет собственное естественное течение, измерение и анализ MLS должны выполняться в контексте первичного диагноза, как указано в таблице 1. В этой статье мы рассмотрим обычно используемые методы визуализации для измерения MLS и их применение в различных заболевания в Разделе 2.В разделе 3 мы рассматриваем алгоритмы автоматического измерения MLS, их преимущества и ограничения. Новые приложения, включая измерения MLS на изображениях после обработки и разработку новых свойств масс-эффекта, рассматриваются в Разделе 4, и, наконец, представлены заключительные замечания.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ссылочный номер, за которым стоит крестик (), обозначает исследования, которые не демонстрируют значимой корреляции с другими переменными. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Методы
2.1. Компьютерная томография
КТ использует компьютер для восстановления изображений поперечного сечения на основе измерений пропускания рентгеновского излучения через тонкие срезы ткани пациента [2]. Неконтрастная компьютерная томография — это метод визуализации для лечения ЧМТ из-за широкой доступности, быстрого получения изображений, превосходной детализации костей, возможности визуализации всего тела у пациентов с множественными травмами, низких сопутствующих затрат и совместимости с большинством медицинских устройств, позволяющих обследовать нестабильных пациентов. [6].На КТ-изображениях можно измерить MLS, используя SP, шишковидную железу или V3 в качестве анатомического ориентира.
Обычно КТ головного мозга выполняется при острых неврологических состояниях, а МРТ — при подострых или хронических случаях. Помимо ЧМТ, еще одним важным острым неврологическим заболеванием, требующим визуализации головного мозга, является инсульт. Шкала оценки инсульта Национального института здоровья (NIHSS) часто используется для количественной оценки неврологического нарушения. Неконтрастная компьютерная томография является предпочтительным начальным визуализирующим исследованием для пациентов с инсультом, поскольку оно может идентифицировать гиперплотное кровоизлияние и дифференцировать его от инфаркта мозга, направляя немедленное вмешательство вместе с оценкой NIHSS.Однако ранние признаки инфаркта на КТ едва различимы, и точное определение области инфаркта обычно невозможно [2].
Возникновение отека мозга является наиболее опасным для жизни последствием ишемического инсульта на большой территории. Термин «злокачественный инфаркт средней мозговой артерии» (СМА), введенный в 1996 г., первоначально определялся как инфаркт всей территории СМА или даже более крупных областей, проявляющийся как области пониженного затухания (гиподенситы) на КТ в течение 48 часов [43].У большинства пациентов неврологическое ухудшение обычно происходит в течение 72–96 часов, но у некоторых пациентов может наблюдаться ухудшение в течение следующих нескольких дней [44]. КТ также является методом выбора для нестабильных пациентов с инфарктами СМА с отеком, требующими последующего наблюдения. Степень MLS обычно используется в качестве ориентира для рентгенографического ухудшения. Однако определение варьируется в разных исследованиях [44]. Как только диагностирован злокачественный инфаркт СМА, единственным эффективным лечением является декомпрессивная краниоэктомия (ДК) с расширенной дуропластикой.ДК также обычно выполняется отдельно или в сочетании с удалением гематомы у пациентов с повышенным ВЧД после ЧМТ [45].
Pullicino et al. измерили несколько параметров на аксиальной КТ, выполненной в течение 48 часов после начала у 118 последовательных пациентов с тяжелым острым полушарным инсультом [19]. Основными факторами риска 14-дневной смертности, которые имели место у 46 пациентов, были объем поражения 400 мл или больше, SP MLS 9 мм или больше, MLS эпифиза 4 мм или больше, внутрижелудочковое кровоизлияние и кома при поступлении. .Только SP MLS значимо коррелировал с выживаемостью при многомерном анализе, но два измерения MLS сильно коррелировали с коэффициентом корреляции 0,82.
Lam et al. проанализировали особенности аксиальной КТ, выполненной в течение 24 часов с момента появления симптомов у 55 пациентов с острым обширным инфарктом СМА [20]. Авторы разделили свои измерения MLS на 3 группы: без MLS, MLS меньше 10 мм и MLS больше 10 мм. Они также не описали, какой ориентир использовался для измерения MLS.Анализ единственной объяснительной переменной показал, что NIHSS, наличие MLS, MLS более 10 мм, протяженность инфаркта, наличие гидроцефалии, стирание субарахноидального пространства или клеточной среды и потеря кортикомедуллярной дифференцировки были связаны с 30-дневной смертностью (14 пациентов) . Логистический регрессионный анализ показал, что степень инфаркта и NIHSS были единственными независимыми предикторами. Поскольку отек мозга обычно развивается позже, авторы сочли «ранний» MLS в первый день очень специфическим, но нечувствительным признаком.
Park et al. использовали диффузионно-взвешенную МРТ (DWI) в течение 14 часов и КТ через 24 ± 4 часа после начала инсульта у 61 пациента для оценки объема инфаркта и MLS при SP [21]. Степень атрофии головного мозга также оценивали с помощью коэффициента бикаудата. Для пациентов с острым инфарктом полушария объем инфаркта более 220 мл или MLS более 3,7 мм на контрольной КТ примерно через 24 часа после начала инсульта прогнозирует злокачественный инфаркт, который был отмечен у 21 пациента.Для пациентов с инфарктом и менее атрофированным мозгом, определяемым коэффициентом бикаудата менее 0,16, начальный объем инфаркта более 160 мл в DWI в течение 14 часов после начала инсульта является высокопрогнозирующим фактором злокачественного течения.
Спонтанный ICH — наиболее частый подтип геморрагического инсульта. Решение о том, следует ли и когда хирургическим путем удалять ВЧК, обычно зависит от объема и локализации гематомы [46]. Как и в случае травматической гематомы, объем спонтанного ВЧК оценивается по формуле ABC [22, 23, 38].MLS, измеренный на SP или шишковидной железе, также используется для количественной оценки прогрессирования масс-эффекта после ICH. Зазулия и др. обнаружили 17 случаев прогрессирования MLS, определяемого как увеличение более чем на 2 мм, у 76 пациентов, перенесших повторную компьютерную томографию после спонтанной супратенториальной ВЧГ [22]. Из них 10 произошли в течение 2 дней и были связаны с увеличением гематомы, а 7 произошли позже и были связаны с прогрессированием отека. Развитие масс-эффекта из-за отека происходило при больших объемах кровотечения.По сравнению с MLS шишковидной железы, SP MLS был более чувствительным измерением. Однако о клиническом значении отека с поздним началом и исходе для пациентов не сообщалось.
Song et al. коррелированная кома (по шкале GCS 8 или меньше) и анизокория с результатами КТ у 118 пациентов со спонтанной супратенториальной ВЧГ [23]. Одномерный анализ показал, что объем гематомы, оценка внутрижелудочкового кровоизлияния и амплитуда MLS были связаны с комой и анизокорией. Среднее значение MLS было 1.3, 5,9 и 10,1 мм у пациентов без комы, пациентов с комой, но без анизокории, и пациентов с комой и анизокорией, соответственно. Авторы не упомянули, использовался ли какой-либо указанный ориентир для измерения MLS. 30-дневная летальность составила 33,9%, и о том, перенес ли какой-либо пациент операцию, не сообщалось. Кроме того, их клинические данные не коррелировали с исходом.
Хроническая субдуральная гематома (cSDH) состоит из густой черной жидкости, похожей на моторное масло, содержащей лизированный сгусток крови.Обычно он встречается у пожилых людей, и переход от острого СДГ к ВСДГ занимает несколько недель [2, 47]. Клинические симптомы и признаки cSDH менее драматичны, чем симптомы острой SDH, которая быстро приводит к летальному исходу, если ее не лечить. На КТ-изображениях cSDH выглядит как коллекция с низким затуханием вне мозга. MLS может иметь большое значение, особенно у пациентов с атрофическим мозгом. Клинически у большинства пациентов с cSDH наблюдается головная боль или легкая слабость конечностей (гемипарез) даже при большом MLS. Двусторонний cSDH является обычным явлением.Когда это происходит, средняя линия возвращается в свое нормальное положение, что делает MLS менее полезным для таких пациентов. Для адекватной оценки массового эффекта необходимо добавить другие функции визуализации.
Вместо смертности MLS коррелирует с другими переменными у пациентов с cSDH. Jukovic и Stojanovic обследовали 83 пациентов с 53 односторонними и 30 двусторонними cSDH, чтобы определить порог MLS для гемипареза [24]. Авторы не описали, как они измеряли MLS. Их результаты показали, что в одностороннем cSDH порог MLS может быть на уровне 10 мм; для двустороннего cSDH порог составлял 4.5 мм. Интересно, что пациенты с односторонним cSDH с большей вероятностью будут иметь как гемипарез (44 пациента), так и MLS (48 пациентов), но кривая рабочих характеристик приемника была меньше, чем у пациентов с двусторонним cSDH. Авторы не сообщили, как лечили своих пациентов, но обнаружили гемипарез, противоположный стороне более толстого слоя гематомы в двусторонних cSDH. У некоторых из их пациентов могут быть асимметрично распределенные «двусторонние» поражения, которые клинически и радиологически ведут себя как односторонние cSDH.
У некоторых пациентов с ХСД нарушено сознание. Sucu et al. обследовали 45 пациентов с ХСДГ, которым была выполнена краниостомия с просверленным отверстием или спиральным сверлом [25]. Они сравнили уровень сознания пациентов, измеренный по шкале GCS, MLS на шишковидной железе и SP как в дооперационном, так и в раннем послеоперационном периоде. У каждого пациента MLS эпифиза почти всегда была меньше SP MLS как на до-, так и на послеоперационных КТ-изображениях. Послеоперационные компьютерные томографии оценивали сразу после удаления дренажных катетеров, через 2–4 дня после операции.Из 45 включенных пациентов у 28 было нарушение сознания, определенное по шкале GCS менее 15. Половина из них имела оценку GCS 13 (8 пациентов) и 14 (6 пациентов). У пациентов с ХСДГ и нарушением сознания они обнаружили, что вероятность возврата к 15 по шкале GCS после операции повышалась, если SP MLS составлял 10 мм или больше. Авторы пришли к выводу, что эвакуация cSDH вряд ли восстановит сознание, если связанная с ней MLS недостаточно велика, чтобы объяснить низкий уровень сознания. Другими словами, небольшой MLS повышает вероятность того, что существует отдельная причина.В обоих исследованиях cSDH пороги MLS значительно выше, чем у пациентов с ЧМТ или инфарктом MCA. Такие различия можно объяснить разной патофизиологией и более высокой степенью атрофии головного мозга у пациентов с ХСДГ.
Абсцесс головного мозга определяется как очаговый гнойный процесс в паренхиме головного мозга. На более ранних стадиях абсцесса мозга, называемого церебритом, гнойное поражение плохо отделено от окружающего мозга. Когда капсула абсцесса формируется на более поздних стадиях, КТ и МРТ с контрастированием показывают четко очерченный, обычно гладкий и тонкий край усиления (усиление кольца) [2, 47].Demir et al. ретроспективно оценили КТ и МРТ 96 пациентов с клиническим диагнозом абсцессов головного мозга [26]. Они собрали особенности изображения с точки зрения количества, расположения и размера поражений, а также наличия и степени перилезионного отека и MLS. Соответственно был построен индекс тяжести визуализации. У этих пациентов 86 были прооперированы, в основном аспирационные (72 пациента). Авторы, вероятно, измерили MLS рядом с SP или V3, как показано на их рисунках, но подробностей не было.Они классифицировали MLS как легкую (менее 5 мм), среднюю (от 5 до 10 мм) или тяжелую (более 10 мм), а затем суммировали баллы, полученные по другим параметрам. Они показали отрицательную корреляцию между индексом тяжести визуализации и исходным GCS. Наблюдалась значительная разница между клиническими параметрами и параметрами визуализации пациентов с нежелательным явлением по сравнению с пациентами с хорошим выздоровлением.
После DC по поводу ЧМТ или злокачественного инфаркта MCA у пациентов появляются большие дефекты черепа.После того, как отек мозга утих, они подвергаются краниопластике для защиты и косметического ухода. Помимо определения необходимости DC, MLS также использовался для прогнозирования неврологического улучшения после краниопластики. Lin et al. набрали 56 пациентов с краниопластикой, 35 с MLS от 1 до 12 мм и 21 без MLS, и проанализировали их клинические характеристики. 46 из их пациентов имели DC по поводу ЧМТ или спонтанного ICH и 10 — по поводу обширного инфаркта или внутричерепной инфекции [27]. Все они перенесли большие односторонние ДК с диаметром дефекта черепа более 100 мм.Через год после краниопластики произошло значительное улучшение показателей GCS, силы мышц рук и мышц ног. Значительно большее улучшение по шкале GCS наблюдалось в группе MLS. У восьми пациентов в группе MLS был запавший мозг, что подразумевает более крупное предшествующее поражение, вызванное ЧМТ или инсультом. Крупные мозговые инсульты часто связаны с синдромом трепана (ST) после DC, когда отек мозга проходит со временем. Авторы связывают неврологическое улучшение с разрешением ST, но они не сообщают, сколько из 9 пациентов с улучшением показателей MLS и GCS имели затонувший мозг.
2.2. Магнитно-резонансная томография
МРТ — это метод получения томографических изображений с помощью магнитных полей и радиоволн [2]. Он обеспечивает выдающийся контраст мягких тканей, значительно лучший, чем любой другой метод визуализации, включая КТ и УЗИ. У любого пациента, у которого рассматривается внутричерепное новообразование или инфекция, МРТ с контрастным усилением является предпочтительным исследованием, поскольку эти поражения могут быть идентифицированы как аномальное усиление. Поскольку сигнал МРТ очень слабый, часто требуется длительное время визуализации и сотрудничество с пациентом, что делает его менее подходящим для обследования нестабильных пациентов.Аксиальные МРТ-изображения, реконструированные с использованием стандартных ортогональных плоскостей, а именно аксиальной, сагиттальной и коронарной, немного отличаются от угла наклона их КТ-копий, которые реконструируются параллельно орбитомеатальной линии. Несмотря на такую разницу, измерение MLS на изображениях МРТ и изображениях КТ по сути является одним и тем же процессом. После выбора среза, содержащего соответствующий анатомический ориентир, MLS можно определить путем измерения расстояния между этой структурой и iML или половиной ширины внутричерепного пространства, как описано в Разделе 1.3.
По сравнению с КТ, МРТ DWI определяет объем инфаркта в течение первых нескольких часов, что позволяет на ранней стадии идентифицировать пораженную территорию и прогнозировать отек мозга, включая злокачественный инфаркт СМА. Тем не менее, КТ остается основным методом диагностики отека мозга при последующем обследовании при клиническом ухудшении. В проспективном многоцентровом наблюдательном когортном исследовании Thomalla et al. изучали пациентов с острым инфарктом СМА с использованием методов МРТ, включая DWI, перфузионную визуализацию и МР-ангиографию, в течение 6 часов с момента появления симптомов [28].Из 140 включенных в исследование пациентов у 27 развился злокачественный инфаркт СМА, определяемый как ухудшение оценки по шкале NIHSS, и обширный инфаркт СМА при последующей МРТ или КТ не менее двух третей его территории с компрессией желудочков или MLS. В этом исследовании MLS используется в качестве конечной точки, а не прогнозирующего результата. Как только он обнаружен вместе с обширным инфарктом на МРТ или КТ, можно диагностировать злокачественный инфаркт СМА. Однако количественного определения MLS дано не было. Хотя КТ является самым безопасным обследованием для нестабильных пациентов с неврологическим ухудшением, у некоторых пациентов может быть обнаружен MLS на контрольной МРТ до клинического ухудшения.Предварительно определенный порог объема поражения DWI более 82 мл предсказывал злокачественную инфекцию с высокой специфичностью, но чувствительность была низкой. Авторы пришли к выводу, что в подгруппе пациентов с небольшими начальными объемами поражения DWI требуются повторные диагностические тесты. По той же причине Park et al. Также выполнили рутинное наблюдение с помощью КТ с измерением MLS. как описано ранее в разделе 2.1 [21].
Церебральный венозный тромбоз (ЦВТ) — это редкий подтип инсульта с сильно варьирующим клиническим течением.Yii et al. провели ретроспективное исследование 106 последовательных пациентов с подтвержденной визуализацией CVT с 1997 по 2010 год [29]. Их исследование показало, что венозные инфаркты и гиперинтенсивность на DWI были связаны с клиническим ухудшением. Другие особенности визуализации, включая паренхиматозное кровоизлияние, вазогенный отек, MLS и локализацию тромбоза, не позволяли прогнозировать клиническое ухудшение. Эти результаты показали, что CVT имеет иную естественную историю, чем инфаркт MCA.
Внутричерепное новообразование и абсцесс могут иметь сходный подострый анамнез и очаговый неврологический дефицит.И абсцесс, и опухоль имеют перифокальный (окружающий) отек, но первый имеет тенденцию иметь усиление кольца на КТ и МРТ изображениях, в то время как последний может быть твердым или кистозным с толстой неровной стенкой. Demir et al. выполняли МРТ с контрастным усилением пациентам с клиническим диагнозом абсцесс головного мозга при отсутствии противопоказаний [26]. На МРТ MLS можно измерить, используя тот же метод, что и на КТ. Эти результаты можно напрямую сравнивать и собирать вместе для дальнейшего статистического анализа, как описано в разделе 2.1.
Baris et al. рассмотрели МРТ-изображения 40 пациентов с первичными и 40 с метастатическими внутриаксиальными супратенториальными опухолями головного мозга [30]. Группа супратенториальной первичной солитарной опухоли головного мозга также была разделена на подгруппу мультиформной глиобластомы (24 пациента) и подгруппу, отличную от GBM (16 пациентов). Измеряли MLS, объем опухоли, объем перифокального отека и соотношение отека к опухоли. Патологические диагнозы первичных опухолей, отличных от GBM, включают опухоли более низкого уровня, менее агрессивного подтипа.Авторы использовали аксиальные изображения FLAIR для измерения поджелудочной грыжи, которая казалась синонимом MLS. Однако они не сообщили, использовался ли какой-либо конкретный ориентир, такой как SP. Степень MLS была классифицирована как грыжа 1 степени, когда MLS была меньше 5 мм, и как грыжа 2 степени, когда MLS была больше. Их результаты показали, что MLS и объем опухоли в группе с первичной опухолью были больше, чем в группе с метастазами, в то время как объем отека относительно объема опухоли был меньше. MLS размером более 5 мм чаще встречается при первичных опухолях.Поскольку большие опухоли имеют больший MLS и меньшее дополнительное пространство для отека, разница в размерах опухолей между группами может способствовать этим различиям.
По сравнению со злокачественными опухолями доброкачественные опухоли головного мозга имеют другое биологическое поведение и естественное течение. Zeidman et al. рассмотрели 21 человека, которым делали серийные МРТ-сканирование мозга для определения скорости роста неоперированных менингиом [31]. Решение не проводить операцию включало отсутствие связанных неврологических симптомов или признаков и опасения по поводу высокого операционного риска неврологических нарушений.Они пришли к выводу, что средняя объемная скорость роста была значительно выше, чем планиметрическая скорость роста. Хотя они также записали особые характеристики изображения, включая кальцификацию, гипоинтенсивность T2, твердый хвост, масс-эффект и MLS, ни один из них не был коррелирован со скоростью роста. Поскольку менингиомы в основном являются доброкачественными медленнорастущими опухолями, ВЧД остается нормальным, пока опухоль не станет очень большой. Таким образом, MLS играет небольшую роль в наблюдении за пациентами с менингиомой.
2.3. Ультразвук
УЗИ-визуализация выполняется с помощью эхо-импульсной техники.Датчик УЗИ преобразует электрическую энергию в короткий высокочастотный звуковой импульс, который передается в ткани пациента, а затем становится приемником, обнаруживающим эхо отраженной звуковой энергии [2]. Вместо того, чтобы визуализировать весь анатомический объем и реконструировать стандартизированные аксиальные, сагиттальные и корональные срезы, ультразвуковые изображения создаются в любой анатомической плоскости путем регулировки ориентации и угла наклона датчика и положения пациента. Визуализация анатомических структур с помощью УЗИ ограничена костью и газосодержащими структурами, такими как череп и кишечник.
За исключением младенцев, УЗИ не является диагностическим инструментом первой линии для визуализации головного мозга. Пациентам с неврологическими заболеваниями сначала проводится КТ или МРТ. Затем УЗИ можно использовать для оценки сонных артерий или внутричерепных сосудов с помощью методов транскраниальной цветной допплерографии (TCCS). Важным преимуществом УЗИ является удобство прикроватного обследования, которое полезно для нестабильных пациентов, у которых могут быть аппараты ИВЛ, мониторы и внутривенные помпы, что делает транспортировку обременительной и рискованной [4, 32–35].
Seidel et al. выполнили прикроватное обследование TCCS для изучения структуры кровотока MCA у пациентов с инсультом [48]. Они пришли к выводу, что TCCS может предоставить быстрые и надежные данные о подтипе и механизме инсульта сразу после начала, но исследование не могло быть выполнено из-за недостаточного временного акустического окна у 17 из 84 пациентов. Кроме того, они также впервые применили измерение MLS с помощью УЗИ при поддержке TCCS [33]. После идентификации артерий Уиллисова круга глубина окна озвучивания была отрегулирована так, чтобы стали видны средний мозг в центре изображения и контрлатеральный череп.Из этого положения датчик наклоняли вверх на 10 градусов, чтобы идентифицировать V3, используя его гиперэхогенные края и окружающий гипоэхогенный таламус и гиперэхогенную шишковидную железу. Хотя плоскость сканирования УЗИ несколько наклонена, она приблизительно горизонтальна. Расстояния между ультразвуковым зондом и центром V3 измерялись с обеих сторон головы. Эти два расстояния, и, затем можно использовать для расчета MLS в соответствии с формулой. Математически эта формула аналогична формуле MLS, описанной в разделе 1.3.
В головном мозге с дегенеративными заболеваниями можно найти V3 и измерить его диаметр с помощью транскраниального изображения в B-режиме [49]. Однако, когда желудочки сжаты, TCCS действительно помогает найти V3 и измерить MLS. Поэтому мы используем термин «США» для обозначения всего процесса измерения, включая идентификацию артериального кровотока с использованием TCCS в следующих разделах. Для подтверждения измерения MLS с помощью УЗИ соответствующее изображение КТ в заданном временном окне, обычно в часах, используется в качестве золотого стандарта [4, 31, 34, 35].Поскольку плоскость сканирования УЗИ приблизительно горизонтальна, измерения сонографической MLS и CT MLS обычно сравнивались напрямую без какого-либо преобразования или преобразования.
Stolz et al. проспективно набран 61 пациент с супратенториальным инфарктом (45 пациентов) или внутримозговым кровоизлиянием (16 пациентов) [33]. В общей сложности 122 прикроватных сонографических измерения MLS были сравнены с данными компьютерной томографии в 12-часовом временном окне. Общий коэффициент корреляции составил 0,93. Для 50 измерений в США, сделанных в течение 3-часового окна, корреляция была даже лучше.Общий 95% доверительный интервал разницы MLS между измерениями TCCS и CT составил ± 1,78 мм. Все различия были менее 2 мм. Авторы не только подтвердили свои результаты, но и пришли к выводу, что УЗИ особенно подходит для тяжелобольных пациентов, которые не подходят для транспортировки. Они не сообщили, был ли какой-либо пациент исключен из-за недостаточного временного акустического окна.
После подтверждения точности ультразвукового измерения MLS, эти авторы зарегистрировали 42 пациента с острым тяжелым полушарным инсультом, определенным как имеющий оценку по скандинавской шкале инсульта менее 35 баллов [34].При поступлении были выполнены КТ и дуплексная сонография сонной артерии. TCCS проводился через 8 ± 3, 16 ± 3, 24 ± 3, 32 ± 3 и 40 ± 3 часов после начала инсульта. Размер инфаркта определяли на контрольной компьютерной томографии. Двенадцать их пациентов умерли в результате церебральной грыжи и 28 выжили. Двое мужчин получили DC через 27 и 30 часов после инсульта и выжили. Они были исключены из дальнейшего анализа. MLS был значительно выше в группе с грыжей уже через 16 часов после начала инсульта. Смертность составила 100%, когда сонографический MLS был больше 2.5, 3,5, 4,0 и 5,0 мм через 16, 24, 32 и 40 часов соответственно. Шестнадцати из 42 пациентов были введены седативные препараты и искусственная вентиляция легких в течение первых 48 часов, что чрезвычайно затруднило клиническое наблюдение. Авторы предположили, что прикроватный мониторинг MLS с помощью TCCS является диагностической альтернативой у пациентов в критическом состоянии, за которыми невозможно адекватное наблюдение.
Tang et al. оценили 51 последовательного пациента с острым спонтанным супратенториальным ВЧГ с помощью УЗИ [35]. Восемнадцать пациентов были исключены из-за плохих окон височной акустической кости по крайней мере на одной стороне черепа.В дополнение к MLS они также измерили индекс пульсации (PI) MCA и сравнили его с данными CT, включая MLS и объем гематомы, рассчитанный по формуле. Коэффициент корреляции между MLS по US и CT составил 0,91. По сравнению с объемом ICH менее 25 мл, пациенты с большим объемом имели больший MLS и более высокий PI ипсилатеральной MCA. При использовании УЗИ MLS был более чувствительным и специфичным, чем PI, в обнаружении больших ICH и прогнозировании неблагоприятного исхода. Авторы подтвердили точность сонографического измерения MLS, а также пришли к выводу, что мониторинг MLS с помощью УЗИ может обнаруживать расширение гематомы и прогнозировать краткосрочный функциональный результат.Они предоставили пациента, у которого расширение гематомы было обнаружено с помощью УЗИ и подтверждено последующей компьютерной томографией, но не сообщалось о том, были ли другие пациенты с аналогичным курсом.
Llompart Pou et al. проспективно провели 60 прикроватных исследований TCCS у 41 пациента с ЧМТ со средним временным интервалом между исследованиями КТ черепа и TCCS 322 ± 216 мин [32]. Согласно классификации Маршалла (TCDB), 11 из 60 проведенных КТ исследований относились к типу V (эвакуированная масса). Однако авторы не сообщили подробностей о проведенных операциях.Ни один пациент не был исключен из-за недостаточного акустического окна. Коэффициент корреляции между MLS, измеренным CT и TCCS, составил 0,88. Различия между ними составляли от +2,33 до -2,07 мм при среднем значении 0,12 мм. Статистически значимых различий ни в одной подгруппе не было. Авторы пришли к аналогичному выводу, что сонографическое измерение MLS является точным и подходит для прикроватного мониторинга пациентов с ЧМТ.
Сонографические измерения MLS с использованием V3 в качестве ориентира точны по сравнению с CT-срезами на уровне V3 [4, 31, 34, 35].Однако прямое сравнение сонографических данных MLS с данными CT MLS, измеренными в SP, нецелесообразно, поскольку максимальный передне-задний диаметр V3 является каудальным (нижним) и задним по отношению к SP. Motuel et al. провели проспективное исследование с участием 52 последовательных пациентов нейрохирургического отделения интенсивной терапии, из которых 31 был госпитализирован с тяжелой ЧМТ [4]. Семи пациентам была проведена операция по удалению внутричерепных образований. Сонографический MLS был измерен как можно скорее до или после КТ с использованием V3 в качестве ориентира.Помимо сравнения их с данными CT MLS в V3 (метод 1), авторы также сравнили свои сонографические данные MLS со «стандартными» данными CT MLS в SP (метод 2). Коэффициент корреляции составлял 0,76 для метода 1 и 0,81 для метода 2. Разница между измерениями УЗИ и КТ в среднем составляла 0,1 мм для метода 1 и 0,9 мм для метода 2.
Хотя это и не является статистически значимым, авторы сообщили о немного меньшем MLS, измеренном с помощью КТ с использованием V3 в качестве ориентира (4,2 ± 5,5 мм) по сравнению с MLS, полученным с помощью SP (4.7 ± 6,7 мм). Взаимосвязь между MLS и ICP была изучена путем изучения результатов у 30 пациентов с инвазивным мониторингом ICP. Не было обнаружено значимой корреляции между ICP и MLS, оцененной с использованием всех трех методов. Такие результаты свидетельствуют о том, что MLS не является однородным по субжелезному пространству, и анатомические ограничения играют роль в определении MLS по разным анатомическим маркерам. Точно так же были также различия между MLS, определенным с помощью SP, и MLS с использованием шишковидной железы, измеренной на КТ-изображениях, даже когда они находятся на одном и том же срезе [19, 22, 25].Основываясь на этих результатах, измерения MLS кажутся сопоставимыми только при использовании одного и того же ориентира.
3. Алгоритмы для автоматического измерения сдвига средней линии
Системы компьютерной диагностики изображений обладают значительным потенциалом для помощи специалистам-людям в оценке изображений мозга. Помимо выявления внутричерепных поражений важным компонентом этих систем должно быть измерение MLS. В этом разделе мы рассмотрим алгоритмы, которые могут автоматически измерять MLS. Большинство из них основаны на КТ-изображениях, но могут быть легко изменены для работы с МРТ-изображениями.
Для человека-специалиста измерить MLS на изображениях данного исследования довольно просто. После взятия правого аксиального среза или уровня и нахождения контрольной точки, определяемой либо iML, либо средней точкой ширины внутричерепного пространства, MLS можно измерить как перпендикулярное расстояние между ориентиром (SP или шишковидная железа) и ориентир. Компьютерная система может легко измерить расстояния на цифровых изображениях. Однако перед фактическим измерением MLS необходимо применять специальные методы предварительной обработки и извлечения признаков, чтобы найти соответствующие точки на входных изображениях.Ряд методов, которые обнаруживают неповрежденную срединно-сагиттальную плоскость (iMSP) при полном исследовании КТ головного мозга [50–53], можно использовать для получения информации о iML на одном срезе, используемом для измерения MLS. Более того, чтобы измерить «стандартизованный» MLS на уровне FM, правильный срез должен быть правильно идентифицирован вручную или автоматически.
Алгоритмы, измеряющие MLS, подразделяются на два типа: на основе симметрии и на основе ориентиров. В алгоритмах, основанных на симметрии, распознавание конкретных анатомических ориентиров не требуется.Вместо этого ищется кривая, соединяющая все смещенные и деформированные конструкции. Поскольку некоторые структуры, такие как SP и пинеальная железа, смещаются внутричерепной массой, в то время как другие, такие как желудочки и мозолистое тело, деформируются, мы используем термин «деформированная срединная линия (dML)» для общего описания этой кривой [54]. В алгоритмах на основе ориентиров сначала распознаются определенные структуры, часто части боковых желудочков. Внутри заданных (желудочковых) областей определяется SP или другой ориентир, и соответственно измеряется MLS.
3.1. Симметричные методы
Liao et al. предложил автоматизированный метод распознавания dML на срезах CT на уровне FM [54]. Как показано на Рисунке 2 (b), dML был разложен на три сегмента: верхний и нижний прямые сегменты (черные линии), представляющие части жесткого Falx cerebri, разделяющие два полушария мозга, и центральный изогнутый сегмент, образованный квадратичной кривой Безье. кривая (белая кривая), представляющая промежуточную мягкую ткань мозга. Авторы предположили, что dML — это кривая с максимальной двусторонней симметрией, рассчитанная путем минимизации суммарного квадрата различий по всем пикселям средней линии в горизонтальном (лево-правом) диапазоне 24 мм.Чтобы еще больше упростить расчет, предполагалось, что верхний и нижний сегменты фалькса неподвижны, что превратило их в вертикальные линии. Генетический алгоритм был применен для получения оптимальных значений четырех переменных, определяющих положения трех контрольных точек кривой Безье. Алгоритм был повторен трижды с максимально допустимыми значениями MLS, установленными на 15, 22,5 и 30 мм. Если результаты были стабильными, MLS легко определялся по положению центральной контрольной точки после обнаружения dML.В противном случае они считались неудачными.
Наш алгоритм был оценен на патологических изображениях 81 последовательного пациента, пролеченного в одном институте в течение одного года. У 54 из этих пациентов была ЧМТ, а у 25 — спонтанная ВЧК. Наш алгоритм смог измерить MLS у 65 (80%) пациентов. У 62 (95%) из них разница составила менее 1 мм. Все три неточных результата были получены на изображениях с MLS более 10 мм. Хотя вероятность успеха измерений MLS снижалась с увеличением MLS, большинство пациентов с MLS более 5 мм были правильно измерены.Основным недостатком нашего алгоритма была более высокая частота отказов в изображениях спонтанных ICH, которые часто возникают в базальных ганглиях вблизи средней линии. Используя вручную и автоматически измеренные данные MLS, мы также выполнили анализ результатов у пациентов с ЧМТ [7]. Хотя это и не было статистически значимым, MLS, по-видимому, был предиктором смертности. Прогнозирование смерти с использованием MLS 3,5 мм в качестве порогового значения было 76% чувствительным (13/17) и 71% специфичным (24/34). Для прогнозирования смертности наш автоматизированный алгоритм показал себя не хуже, чем ручное измерение MLS.
Chen et al. предложили автоматический метод оценки dML на МРТ-изображениях у пациентов с глиомой [55]. Авторы построили улучшенную модель Фойгта, которая предсказала расположение dML на аксиальном срезе, несущем максимальный диаметр опухоли, с использованием размера и местоположения поражения. Они использовали коэффициент упругости и коэффициент вязкости ткани мозга из литературы. Составная метрика локальной симметрии, сочетающая симметрию локальной интенсивности и симметрию локального градиента интенсивности, предлагается для уточнения прогнозируемой средней линии в локальном окне, размер которого определяется в соответствии с моделью камеры-обскуры.Без теоретического доказательства авторы пробовали различные значения коэффициента модуляции эмпирически, и кандидат с максимальной суммой составной локальной симметрии рассматривался как «предсказанный» dML в каждом случае. Затем этот dML был уточнен и сглажен в соответствии с локальной симметрией.
Предложенный метод был проверен на 30 наборах данных МРТ из задачи мультимодальной сегментации опухолей головного мозга на конференции MICCAI 2013. Авторы вручную выбрали аксиальный срез с максимальным MLS, при этом они считают его соответствующим срезу с максимальным соотношением опухоль / мозг.MLS на этих срезах МРТ находился в диапазоне от 0 до 6 мм. Хотя очерченный dML не был на уровне, обычно используемом для «стандартизированной» оценки MLS и оценки результатов, автор действительно получил точные результаты. По сравнению с dML, отслеживаемыми вручную, их метод дал среднюю разницу 0,61 ± 0,27 мм и среднюю максимальную разницу 1,89 ± 1,18 мм.
3.2. Методы, основанные на ориентирах
Yuh et al. разработал набор компьютерных алгоритмов в среде программирования MATLAB 7.0.1 для оценки КТ на предмет наличия ЧМТ [56].Казалось, что алгоритм сначала обнаружил череп и iMSP, но подробностей не было. Затем пиксели крови и спинномозговой жидкости были обнаружены с использованием соответствующих пороговых значений плотности CT, пространственной фильтрации и кластерного анализа. После идентификации пикселей, содержащих кровь, они классифицируются как EDH, SDH, ICH, SAH или IVH в соответствии с их расположением относительно черепа. Для расчета MLS симметрия пикселей спинномозговой жидкости в боковых желудочках оценивалась по отношению к iML, определяемому осью симметрии черепа.Объем кластера базальных пикселей CSF был рассчитан для определения состояния базальных цистерн. Однако авторы не сообщили, как пиксели CSF были идентифицированы как желудочки или цистерны. Затем программное обеспечение было применено к проверочной выборке из более чем 200 пациентов с подозрением на острую ЧМТ. Автоматическое определение наличия хотя бы одного радиологического признака острой ЧМТ продемонстрировало высокую чувствительность 98%. Авторы не сообщали количественные результаты измерения MLS.Они сообщили о чувствительности 100% и специфичности 98% для обнаружения MLS размером более 5 мм. Поскольку было только 9 пациентов с такими результатами, а еще 4 пациента имели ложноположительные результаты, вероятность положительного прогноза их метода обнаружения MLS составила только 70%.
Xiao et al. предложил процедуру, которая может измерять MLS, распознавая SP в рамках данного исследования CT [57]. Все срезы исследования были загружены в систему предварительной обработки, которая распознала череп и iMSP и удалила все экстракраниальные области с использованием комбинации фильтров в подходе с несколькими разрешениями.Затем срез, содержащий FH и SP, был выбран из всех желудочковых областей с помощью экспертных правил и метода набора двоичных уровней с множественным разрешением. IML был определен как пересечение между iMSP, рассчитанным с использованием метода Лю [53], и плоскостью этого среза. Наконец, SP распознается как сегмент изоденсной линии внутри гиподенсных FH с помощью преобразования Хафа, взвешенного по повторяющейся морфологической эрозии. Самая дальняя точка SP по перпендикуляру от iML использовалась для измерения MLS.Обычно это была самая задняя точка.
Наша система была протестирована на изображениях 96 последовательных пациентов, поступивших в нейрохирургическое отделение интенсивной терапии [57]. Результаты оцениваются экспертами-людьми. Нашему алгоритму не удалось распознать FH на изображениях 16 пациентов, все с большой внутричерепной гематомой (13 SDH, 1 EDH и 2 ICH) с заметной деформацией мозга. В 2 случаях с полой перегородкой пеллюцидум, где SP имеет разделение между двумя створками, наш алгоритм распознал только одну из двух створок.У остальных 78 пациентов средняя разница между автоматическими и ручными измерениями MLS составляет 0,23 ± 0,52 мм. Было успешно обнаружено заметное отклонение SP и точно измерено значение MLS до 30 мм. Разница между автоматически измеренным и измеренным вручную MLS составила менее 1 мм в 70 из 78 случаев и менее 0,5 мм в 60. Ошибка не увеличивалась с увеличением MLS. Наш метод надежен и может применяться как в экстренных, так и в повседневных ситуациях. Оперировано 30 пациентов.Их средний MLS был намного больше, чем у пациентов без хирургического вмешательства (9,2 ± 7,1 против 1,7 ± 1,3 мм), что подтверждает полезность MLS для руководства немедленным хирургическим вмешательством.
Chen et al. представили автоматизированную систему, основанную на КТ-изображениях, которая может оценивать MLS и отображать повышенное ВЧД [58]. Их метод был основан на их предыдущей работе по обнаружению желудочков [59]. Пиксели CSF были обнаружены с использованием модели смеси Гаусса для каждого CT-среза, чтобы классифицировать пиксели на четыре типа ткани: кость или гематома, серое вещество, белое вещество и CSF.Используя эти пиксели, желудочки были обнаружены с использованием критериев размера и местоположения. Для оценки MLS авторы сначала выполнили оценку iML на основе симметрии черепа, фалкса и межполушарной борозды. Затем была проведена сегментация желудочков по результатам компьютерной томографии, которая использовалась в качестве руководства для идентификации dML посредством сопоставления формы. Авторы сочли, что эти процессы имитируют процесс измерения врачами, и показали многообещающие результаты в оценке.
Наборы данных КТ, содержащие 391 срез от 17 пациентов с ЧМТ, были протестированы на выявление iML и dML, а также измерение MLS и оценку ICP.В большинстве срезов (более 80%) ошибки между iML, оцененными с помощью их методологии, и ручной аннотацией составляли около 2 пикселей или около 1 мм. Для dML более 80% имеют разницу менее 2,25 мм при относительно хорошем качестве сегментации желудочков, определяемой как результат сегментации, позволяющий вручную измерить MLS. Другими словами, метод также не удался, когда желудочки не удалось идентифицировать из-за выраженной деформации мозга.
Лю и др. представили другой основанный на ориентирах метод автоматического обнаружения и количественной оценки сдвига MLS на КТ-изображениях TBI [60].После дискретизации гистограммы пиксели с изображениями были классифицированы как череп, гематома, мозг или спинномозговая жидкость. «Средний срез», вероятно, срез на уровне FM, был обнаружен на всех изображениях в данном исследовании с использованием карты вероятности, содержащей FH, V3 и перимеэнцефалическую цистерну. На этом срезе передние и задние прикрепления якоря были обнаружены в пределах заданного диапазона, основанного на толщине черепа. Процесс кластеризации гауссовой смеси использовался для обнаружения областей CSF и пикселей в них.Множественные кандидаты в кандидаты Falx были обнаружены с помощью направленной односвязной цепи после обнаружения краев. Пространственные отношения между этими маркерами были обучены на данных 200 пациентов. Распределение вероятности получено из обучающих данных среднего среза из 200 пациентов с использованием модели смеси Гаусса.
Авторы проверили свой метод на экспериментальном наборе данных, содержащем 565 пациентов с примерно 12 CT-срезами на пациента. Не сообщалось, перекрываются ли данные обучения с данными тестирования.Более 100 пациентов имели MLS больше 5 мм. Их метод достиг максимальной ошибки расстояния 4,7 ± 5,1 мм. Автор пришел к выводу, что их метод превзошел предыдущие методы, особенно в случаях большого ICH и отсутствующих желудочков.
4. Новые приложения: помимо диагностики и лечения
4.1. Измерение сдвига средней линии после лечения
Внутричерепные поражения, диагностированные на КТ или других изображениях, со временем развиваются. Их форма и размер также меняются в результате медикаментозного или хирургического лечения.После этих обработок MLS все еще можно измерить с использованием тех же методов, которые описаны в разделе 1.3. Пациентам, перенесшим ДК, удаляют части черепа, что затрудняет измерение ширины внутричерепного пространства. Однако iML все еще можно идентифицировать и использовать для измерения MLS. После успешного лечения MLS должен уменьшиться. Мы определили возврат по средней линии (MLR) следующим образом: MLR =, где и обозначают MLS, измеренные после лечения и исходных изображений, соответственно [61].Кроме того, мы предложили некоторые количественные параметры визуализации для оценки декомпрессивных усилий и декомпрессивных эффектов. Усилие DC, объем трепанации черепа, можно оценить с помощью метода ABC [62]. С другой стороны, объем транскальвариальной грыжи головного мозга (TCH), соответствующий лечебному эффекту, создаваемому удалением черепа и обширной дуропластикой, моделируется как разница между двумя сферическими крышками [63].
Takeuchi et al. ретроспективно проанализированы дооперационные и послеоперационные КТ-изображения 186 последовательных пациентов, перенесших операцию по поводу ЧМТ, и изучены прогностические факторы новых результатов КТ, появившихся менее чем через 24 часа после операции [64].Хотя не существовало стандартизированных или установленных правил для сроков послеоперационного сканирования, 139 из 186 пациентов прошли КТ в течение 1 часа после операции, включая 138 плановых последующих наблюдений. Всего 30 новых результатов послеоперационной КТ было обнаружено у 29 пациентов (15,6%), включая SDH у 11 пациентов (10 на контралатеральном, 1 ипсилатеральном), ушибы головного мозга у 11 (9 контралатеральных, 2 ипсилатеральных), контралатеральный EDH у 5 и ишемия всего головного мозга у 3. Авторы не сообщали о послеоперационном MLS при последующих компьютерных исследованиях.Десять пациентов с новыми находками перенесли в общей сложности 11 последующих операций, у 7 из них был ДК. Одномерный анализ показал, что оценка GCS 8 или меньше, SDH как первичное показание к операции, MLS, облитерированная базальная цистерна и DC были значительно связаны с более высоким риском новых результатов. Поскольку DC была проведена в качестве первой процедуры у 26 из 29 пациентов с новыми данными, у 24 из них было удаление SDH с масс-эффектом, включая большую (9,0 ± 5,7 мм) MLS и облитерацию базальной цистерны, и эти факторы действительно были тесно связаны.Множественный логистический регрессионный анализ выявил DC, низкий GCS и облитерацию базальной цистерны как значимые факторы риска.
Sucu et al. обследовали 45 пациентов с ХСДГ, которым была выполнена краниостомия с просверленным отверстием или спиральным сверлом [25]. Хотя MLS измеряли как до операции, так и на ранних послеоперационных КТ-изображениях, только предоперационная MLS коррелировала с улучшением у 28 пациентов с нарушением сознания до операции. Однако авторы наблюдали уменьшение MLS, или MLR, как в SP, так и в шишковидной железе у большинства пациентов.MLR, вероятно, способствует улучшению других симптомов, помимо восстановления сознания, таких как гемипарез или головная боль. Измерение только послеоперационного MLS, вероятно, играет меньшую роль в cSDH, поскольку клиническое улучшение может быть достигнуто даже при частичной эвакуации, оставляющей остаточные cSDH и MLS [47, 65].
Jeon et al. изучили 70 пациентов со злокачественным инфарктом СМА, перенесших ДК [66]. MLS измеряли на SP и шишковидной железе на последних предоперационных и послеоперационных КТ-изображениях со средним средним интервалом 8.3 часа. Снижение MLS, или MLR, было связано с более высокими послеоперационными баллами GCS и более низкой смертностью через 6 месяцев после инсульта после поправки на возраст, пол, балл NIHSS и предоперационный MLS. Передне-задний диаметр костных лоскутов, созданных DC, составлял приблизительно 130 мм. «Экстракраниальный выпуклый объем», объем мозговой ткани за пределами поверхности, образованной краем окна черепа, созданным DC, был в значительной степени связан с уменьшением MLS. В среднем, пациенты с уменьшением MLS имеют наименьший объем инфаркта, а пациенты с прогрессированием MLS — наибольший.Однако разница не была значительной. Может ли большее значение DC привести к большему сокращению MLS, остается неизвестным. Вместо измерения экстракраниального выпуклого объема наша геометрическая модель TCH может дать более точную оценку декомпрессивного эффекта [63].
Missori et al. оценили дооперационные и ранние послеоперационные КТ-изображения 73 пациентов с односторонним ДК [67]. Ранняя послеоперационная MLS была измерена на изображениях, полученных в течение 3 послеоперационных дней. Причинами ДК были геморрагический или ишемический инсульт у 48, ЧМТ у 22 и инфекция у 3.Единственным фактором, связанным с выживаемостью через 12 месяцев после операции, было снижение послеоперационного MLS при SP с предоперационного среднего значения 9,2 ± 3,8 мм до 2,3 ± 2,7 мм у 42 выживших пациентов. С другой стороны, MLS уменьшился менее эффективно с 11,5 ± 4,8 мм до 4,7 ± 4,8 мм у 31 умершего пациента. Авторы удалили относительно небольшие костные лоскуты с площадью поверхности 7643 мм2 у выживших пациентов и 7372 мм2 у умерших пациентов. Они предположили, что некоторым пациентам следовало бы иметь более широкий DC для увеличения вероятности выживания, вероятно, за счет дальнейшего снижения ICP и уменьшения MLS.Чтобы помочь принять предоперационное и интраоперационное решение, наша формула обеспечивает простой метод оценки объема предполагаемого костного лоскута, то есть декомпрессивного усилия [62].
В дополнение к DC, MLS также использовался в качестве нейроанатомического предиктора пробуждения у пациентов в острой коме. Ковальский и др. выполнили проспективное обсервационное исследование, в которое вошли все пациенты с впервые возникшей комой, поступившие в отделение интенсивной терапии неврологии в течение 12 месяцев подряд [68]. КТ анализировали независимо при наступлении комы, после пробуждения и при последующем наблюдении.MLS измеряли на SP и шишковидной железе. Из 85 обследованных пациентов средний возраст составлял 58 ± 16 лет, 51% составляли женщины и 78% имели цереброваскулярную этиологию комы. Авторы не описали, как они лечили этих пациентов — ни с медицинской, ни с хирургической точки зрения. Проснулись 43 пациента. На КТ, исследованном в начале комы, степень MLS пинеальной железы была менее выражена у тех пациентов, которые проснулись. Время, прошедшее между КТ в начале комы и последующей КТ, было одинаковым для пациентов, которые проснулись (в среднем 4 дня) и тех, кто не пробудился (в среднем 3 дня).При контрольной компьютерной томографии, MLS менее 6 мм на SP и шишковидной железе было связано с возникновением комы. Обратное или ограничение бокового смещения головного мозга связано с острым пробуждением у коматозных пациентов. Авторы предположили, что MLS может быть объективным параметром, определяющим прогноз и лечение этих пациентов. Дополнительными независимыми предикторами пробуждения были более молодой возраст, более высокий балл по шкале GCS в начале комы и нетравматическая этиология комы.
4.2. Разработка новых функций визуализации Mass Effect
Полученные на основе исследований TBI, перимезэнцефалическое цистернальное сжатие и MLS являются визуализационными элементами, представляющими массовый эффект.По определению, масс-эффект, который сам по себе вызывает повышение ВЧД и нарушение церебральной перфузии, является вторичным по отношению к внутричерепным массам, таким как EDH или SDH. Такое «вторичное повреждение» патофизиологически отличается от повреждения, нанесенного внутричерепной массой, или «первичного повреждения». Таким образом, характеристики внутричерепной массы, такие как ее объем или толщина, а также характеристики масс-эффекта, рассматриваются как разные переменные, которые независимо влияют на результаты лечения пациентов, и перечислены как отдельные элементы в руководстве [40].Mizutani et al. выполнили множественный регрессионный анализ для изучения взаимосвязи между начальным ВЧД и результатами первого КТ для 100 последовательных пациентов с ЧМТ от умеренной до тяжелой [69]. Им удалось оценить ВЧД у 80% пациентов. Перечисленные в порядке важности характеристики КТ, которые способствовали оценке ВЧД, включают цистернальную компрессию, размер SDH, размер желудочка, статус SAH, статус ушиба мозга, MLS и желудочковый индекс. Эти переменные можно разделить на те, которые представляют первичную травму, и переменные, представляющие вторичную травму.
Однако Quattrocchi et al. обнаружили взаимосвязь между размером гематомы и MLS [14]. Когда учитываются исходы пациентов и показатели смертности, их исследование показало, что MLS, непропорционально толщине внутричерепного кровоизлияния, измеренная радиально от внутренней поверхности черепа, была очень полезным предиктором неблагоприятного исхода для пациента после ЧМТ. Подобное взаимодействие было переоткрыто Bartels et al. [70]. Они обнаружили, что MLS в зависимости от толщины SDH предсказывает смертность.В исследование было включено 59 пациентов, которым была проведена эвакуация SDH и интенсивное лечение по поводу повышенного внутричерепного давления, 29 из которых умерли. Они обнаружили сильную корреляцию между MLS, превышающей толщину гематомы на 3 мм или более, и последующей смертностью. У этих 8 пациентов оказалось, что травма привела к большему ущербу, чем просто острая SDH. Подобно обширным инфарктам MCA, это дополнительное повреждение вызывает набухание мозга, усугубляя MLS. Авторы пришли к выводу, что связь между MLS и толщиной гематомы может быть включена в качестве отдельного фактора для прогнозирования исхода.
Поскольку MLS измеряется в SP, на него, безусловно, влияют изменения формы и размеров желудочков. Toth et al. выполнили ретроспективу у 76 взрослых с тяжелой тупой ЧМТ, потребовавшей вентрикулостомии [71]. Они количественно определили объемы левого и правого боковых желудочков с помощью компьютерных ручных измерений объема.