Мар’єнко Н. І. Закономірності фрактальної організації структур головного мозку людини

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора наук

Державний реєстраційний номер

0525U000351

Здобувач

Спеціальність

  • 14.03.01 - Нормальна анатомія

29-08-2025

Спеціалізована вчена рада

Д 64.600.03

Харківський національний медичний університет

Анотація

Дисертація присвячена дослідженню закономірностей фрактальної організації мозочка і півкуль великого мозку. Дослідження виконано на секційному матеріалі (100 мозочків трупів людей) та магнітно-резонансних зображеннях головного мозку 100 осіб. Для морфометричного дослідження були використані нефрактальні методи (класичні морфометричні методи, що походять із Евклідової геометрії, та кількісний аналіз скелетонованих зображень) і різні методи фрактального аналізу – класичний спосіб підрахунку квадратів та нові способи фрактального аналізу, розроблені здобувачем – спосіб масштабування контуру, спосіб згладжування контуру, спосіб фрактального аналізу гетерогенності медичних зображень, а також розроблена автором нова модифікація класичного способу дилатації пікселів. Встановлено, що в основі структурної організації мозочка і півкуль великого мозку лежить фрактальний принцип, який проявляється у деревоподібному принципі галуження білої речовини мозочка та цифрового скелету півкуль, а також у складній конфігурації контуру піальної поверхні кори цих відділів головного мозку. Було описано наявність чотирьох ітерацій структурної організації мозочка та п’яти – півкуль великого мозку. Встановлено значення фрактальних розмірностей структур головного мозку, зокрема розмірності Гаусдорфа білої речовини мозочка, контурів піальної поверхні кори мозочка і півкуль великого мозку та розмірності Мінковського цифрових скелетів та контурів піальної поверхні кори мозочка і півкуль великого мозку, а також різних компонентів тканини цих відділів головного мозку: тканини в цілому, білої речовини, кори в цілому, а також зернистого і молекулярного шарів кори мозочка. Було визначено особливості анатомії мозочка і півкуль великого мозку, що обумовлюють мінливість значень різних фрактальних розмірностей цих структур. Було визначено, що основними векторами, що визначають мінливість значень фрактальних розмірностей структур головного мозку людини, є структурна складність (вроджені особливості анатомії) та набуті зміни, зокрема ті, що спостерігаються при нормальному старінні. Результати дослідження можуть використовуватись у практичній медицині для оцінювання морфофункціонального стану структур головного мозку, у тому числі для діагностики вроджених вад розвитку, диференціювання та градації ступеня нормального і патологічного старіння головного мозку, а також для характеризування і виявлення меж осередків ураження тканини головного мозку.

Публікації

1. Мар'єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз як морфометричний метод в морфології: спосіб дилатації пікселів при дослідженні цифрових зображень анатомічних структур. Медицина сьогодні і завтра. 2019;1(82):8-14. doi: 10.35339/msz.2019.82.01.02

2. Мар'єнко НІ, Степаненко ОЮ. Два способи фрактального аналізу як морфометричного методу в анатомії: спосіб підрахунку квадратів vs спосіб дилатації пікселів. Медицина сьогодні і завтра. 2019;2(83):14-22. doi: 10.35339/msz.2019.83.02.02

3. Мар'єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз як метод кількісного оцінювання гетерогенності медичних зображень. Експериментальна та клінічна медицина. 2020;89(4):10-21. doi: 10.35339/ekm.2020.89.04.02.

4. Мар’єнко НІ. Кластерний аналіз фрактальної розмірності мозочка людини. Український журнал медицини, біології та спорту. 2020;5(5):66-72. doi: 10.26693/jmbs05.05.066

5. Мар'єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз мозочка людини за даними магнітно-резонансної томографії: метод дилатації пікселів. Морфологія. 2020;14(3):52-58. doi: 10.26641/1997-9665.2020.3.52-58.

6. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal dimension of phylogenetically different parts of the human cerebellum (magnetic resonance imaging study). Reports of Morphology. 2020;26(2):67-73. doi: 10.31393/morphology-journal-2020-26(2)-10.

7. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal dimension of the cortex and white matter of human cerebellum (magnetic resonance imaging study). Biomedical and Biosocial Anthropology. 2020;38:69-74. doi: 10.31393/bba38-2020-10.

8. Maryenko N, Stepanenko O. Characterization of white matter branching in human cerebella: quantitative morphological assessment and fractal analysis of skeletonized MR images. Biomedical Research and Therapy. 2021;8(5):4345-4357. doi: 10.15419/bmrat.v8i5.673.

9. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal dimension of external linear contour of human cerebellum (magnetic resonance imaging study). Reports of Morphology. 2021;27(2):16-22. doi: 10.31393/morphology-journal-2021-27(2)-03.

10. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal analysis as a method of morphometric study of linear anatomical objects: modified Caliper method. Reports of Morphology. 2021;27(4):28-34. doi: 10.31393/morphology-journal-2021-27(4)-04.

11. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal analysis of anatomical structures linear contours: modified Caliper method vs Box counting method. Reports of Morphology. 2022;28(1):17-26. doi: 10.31393/morphology-journal-2022-28(1)-03.

12. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Comparative analysis of fractal dimensions of human cerebellum: impact of image preprocessing and fractal analysis methods. Wiadomosci Lekarskie. 2022;2:438-443. doi: 10.36740/WLek202202120.

13. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal dimension of skeletonized MR images as a measure of cerebral hemispheres spatial complexity. Reports of Morphology. 2022;28(2):40-47. doi: 10.31393/morphology-journal-2022-28(2)-06.

14. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Shape of cerebral hemispheres: structural and spatial complexity. Quantitative analysis of skeletonized MR images. Reports of Morphology. 2022;28(3):62-73. doi: 10.31393/morphology-journal-2022-28(3)-10.

15. Maryenko N, Stepanenko O. Fractal dimension of silhouette magnetic resonance brain images as a measure of age associated changes in cerebral hemispheres. Duzche Medical Journal. 2023;25(1):27-37. doi: 10.18678/dtfd.1180625.

16. Maryenko N, Stepanenko O. Quantitative characterization of age-related atrophic changes in cerebral hemispheres: A novel “contour smoothing” fractal analysis method. Translational Research in Anatomy. 2023;33:100263. doi: 10.1016/j.tria.2023.100263.

17. Maryenko N, Stepanenko O. Atrophic age-related changes in cerebral hemispheres: Euclidean geometry based morphometry of MRI brain scans. Acta Morphologica et Anthropologica. 2023;30(3-4):40-52. doi: 10.7546/AMA.30.3-4.2023.06.

18. Maryenko N, Stepanenko O. Spatial and structural complexity of cerebral hemispheres in male and female brain: fractal and quantitative analyses of MRI brain scans. Revista Argentina de Anatomía Clínica. 2023;15(3):107-116. doi: 10.31051/1852.8023.v15.n3.43151.

19. Maryenko N, Stepanenko O. Spatial complexity of the cerebral cortex pial surface: quantitative assessment by two-dimensional fractal analysis of MRI brain scans. Papers on Anthropology. 2023;XXXII/2:7-31. doi: 10.12697/poa.2023.32.2.01.

20. Maryenko N, Stepanenko O. Cortex and white matter of cerebral hemispheres: anatomical correlations and age-related changes measured with fractal analysis. Galician Medical Journal. 2024; e-GMJ2024-A11. doi: 10.21802/e-GMJ2024-A11.

21. Maryenko N. Age-related changes in the cerebral hemispheres of male and female brains: a morphometric study using MRI brain scans. Bulletin of Medical and Biological Research. 2024;6(1):34-32. doi: 10.61751/bmbr/1.2024.34.

22. Мар'єнко НІ. Фрактальні розмірності великих півкуль головного мозку: анатомічні кореляції, вікові зміни та перспективи застосування у клінічній практиці. Морфологія. 2024;18(3):166-173. doi: 10.26641/1997-9665.2024.3.166-173.

23. Maryenko N, Stepanenko O. Evaluation of Cerebellar Aging in MRI Images: Fractal Analysis Compared to Euclidean Geometry-based Morphometry. Meta-Radiology. 2024;2(3):100101. doi: 10.1016/j.metrad.2024.100101.

24. Maryenko N, Stepanenko O. Arbor vitae cerebelli: fractal properties and their quantitative assessment by novel “contour scaling” fractal analysis method (an anatomical study). Translational Research in Anatomy. 2024;37:100352. doi: 10.1016/j.tria.2024.100352.

25. Maryenko N, Stepanenko O. Quantitative assessment of structural complexity in human cerebellum through analysis of skeletonized MR images: anatomical correlations, sex differences, and age-related changes. Acta Morphologica et Anthropologica. 2024;31(3-4):49-61. doi: 10.7546/AMA.31.3-4.2024.07.

26. Мар'єнко НІ. Фрактальний аналіз магнітно-резонансних томограм мозочка людини. Збірник тез міжвузівської конференції молодих вчених та студентів «Медицина третього тисячоліття»; 2020 січ. 20-22; Харків, Україна. Харків: 2020. с. 55.

27. Maryenko NI. Clusters of fractal dimension of the human cerebellum (magnetic resonance imaging study). Abstract book of the International Scientific Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists «BIOMEDICAL PERSPECTIVES II»; 2020 Oct. 20-22; Sumy, Ukraine. Sumy: 2020. p. 100.

28. Maryenko NI. Fractal analysis of the human cerebellum (magnetic resonance imaging study). Abstract book of the International Scientific Interdisciplinary Conference (ISIC) – 2020; 2020 Oct. 8; Kharkiv, Ukraine. Kharkiv: 2020. p. 21-22.

29. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal analysis of human cerebellum based on magnetic resonance imaging data: pixel dilating method. Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Теорія та практика сучасної морфології»; 2020 лист. 4-6; Дніпро, Україна. Дніпро: ДДМА; 2020. с. 70.

30. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal analysis of images in medicine and morphology: basic principles and methodologies. Матеріали П’ятої Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Теорія та практика сучасної морфології»; 2021 жовт. 20-22; Дніпро, Україна. Дніпро: ДДМУ; 2021. с. 87.

31. Мар’єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз силуетних магнітно-резонансних зображень великих півкуль головного мозку людини. Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Морфогенез та регенерація органів людини та тварин в нормі, при патології та за умов корекції» присвячена 100-річчю з дня народження професора І.О. Жутаєва; 2022 квіт. 14; Полтава, Україна. Полтава: ПДМУ; 2022. с. 41-42.

32. Мар’єнко НІ. Фрактальний аналіз зовнішніх лінійних контурів великих півкуль головного мозку людини. Матеріали XVІ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Молода наука Волині: пріоритети та перспективи досліджень»; 2022 трав. 17; Луцьк, Україна. Луцьк: ВНУ ім. Л. Українки; 2022. с. 727-730.

33. Мар’єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальна розмірність силуетних зображень як міра вікових атрофічних змін великих півкуль головного мозку. Матеріали LXV науково-практичної конференції «Здобутки клінічної та експериментальної медицини»; 2022 черв. 9; Тернопіль, Україна. Тернопіль: ТДМУ; 2022. с. 20-21.

34. Мар’єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз скелетонованих МР зображень як метод морфометрії структур головного мозку людини. Матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Природнича наука й освіта: сучасний стан і перспективи розвитку»; 2022 вер. 22-23; Харків, Україна. Харків: ХНПУ; 2022. с. 83-85.

35. Мар’єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз як метод кількісного оцінювання вікових атрофічних змін великих півкуль головного мозку. Український вісник психоневрології. 2022;30(3):24.

36. Stepanenko O, Maryenko N. Fractal dimension as a measure of atrophic changes in human cerebellum throughout adulthood. Acta Neurobiologiae Experimentalis. 2022;(82), supplement:78.

37. Мар’єнко НІ. Фрактальний аналіз піальної поверхні великих півкуль головного мозку: можливості застосування у клінічній практиці. Матеріали Шостої Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Теорія та практика сучасної морфології»; 2022 лист. 9-11; Дніпро, Україна. Дніпро: ДДМУ; 2022. с. 93-95.

38. Мар’єнко НІ. Фрактальний аналіз як метод кількісної оцінки магнітно-резонансних томограм головного мозку у пацієнтів з ішемічним інфарктом мозочка. Матеріали ІV науково-практичної internet-конференції з міжнародною участю «Механізми розвитку патологічних процесів і хвороб та їхня фармакологічна корекція»; 2022 лист. 17; Харків, Україна. Харків: НФаУ; 2022. с. 257-259.

39. Мар’єнко НІ. Кількісне оцінювання гетерогенності тканини мозочка у нормі та при ішемічному інфаркті мозочка на основі фрактального аналізу магнітно-резонансних томограм. Матеріали ХVI Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих вчених з міжнародною участю «Актуальні питання клінічної медицини»; 2022 лист. 24-25; Запоріжжя, Україна. Запоріжжя: ЗМАПО; 2022. с. 124-126.

40. Maryenko NI. Fractal analysis of cerebral hemispheres: quantitative assessment of brain atrophic changes in normal aging. Abstract book of the International Scientific Interdisciplinary Conference (ISIC) – 2022; 2022 Nov. 23-25; Kharkiv, Ukraine. Kharkiv: 2022. p. 16-17.

41. Мар'єнко НІ. Вікові зміни великих півкуль головного мозку у чоловіків та жінок: фрактальний аналіз силуетних магнітно-резонансних зображень. Збірник тез міжвузівської конференції молодих вчених та студентів «Медицина третього тисячоліття»; 2023 лют. 13-15; Харків, Україна. Харків: 2023. с. 365-367.

42. Мар’єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз у нейроморфології: особливості підбору способів попередньої обробки зображень. Ukrainian scientific medical youth journal. 2023;(138) Supplement 2: 84-85.

43. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal analysis of brain Magnetic Resonance images: a quantitative assessment of brain aging in men and women. Abstract book of 7th International Conference On Medical & Health Sciences – 2023; 2023 Jul. 6-8; Ordu, Turkey. Ordu: 2023. p. 1371.

44. Maryenko NI, Stepanenko OYu. Fractal analysis of the cerebral cortex and white matter for quantitative assessment of age-related brain atrophy in men and women. Proceedings book of 2nd International Congress of Gerontology – 2023; 2023 Oct. 2-4; Sivas, Turkey. Sivas: 2023. p. 105-106.

45. Мар’єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальні розмірності кори та білої речовини як міра атрофічних змін головного мозку при нормальному старінні. Матеріали Сьомої Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Теорія та практика сучасної морфології»; 2023 лист. 1-3; Дніпро, Україна. Дніпро: ДДМУ; 2023. с. 63-64.

46. Мар’єнко НІ. Кількісний аналіз скелетонованих МР зображень як метод визначення структурної складності мозочка. Матеріали 93 науково-практичної конференції студентів та молодих вчених із міжнародною участю «Інновації в медицині та фармації»; 2024 бер. 28-30; Івано-Франківськ, Україна. Івано-Франківськ: 2024. с. 254

47. Мар’єнко НІ. Фрактальний аналіз як метод дослідження компонентів тканини мозочка людини. Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Тканинні реакції в нормі, експерименті та клініці» присвячена 100-річчю професора К.С. Кабака; 2024 черв. 13-14; Київ, Україна. Київ: НМУ ім. О.О. Богомольця; 2024. с. 58-59.

48. Maryenko NI. Fractal dimensions of the cerebral hemispheres: anatomical correlations, age-related changes, and application prospects in clinical practice. Матеріали Восьмої Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Теорія та практика сучасної морфології»; 2024 лист. 6-8; Дніпро, Україна. Дніпро: ДДМУ; 2024. с. 88.

49. Мар’єнко НІ. Фрактальний аналіз як метод кількісного дослідження лінійних контурів та поверхонь у морфології на прикладі морфометричного дослідження мозочка людини. Матеріали Восьмої Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю «Теорія та практика сучасної морфології»; 2024 лист. 6-8; Дніпро, Україна. Дніпро: ДДМУ; 2024. с. 88-90.

50. Мар'єнко НІ, Степаненко ОЮ. Фрактальний аналіз зображень у медицині та морфології: базові принципи та основні методики. Морфологія. 2021;15(3):196-206. doi: 10.26641/1997-9665.2021.3.196-206.

51. Maryenko N, Stepanenko O. Fractal dimension in morphology and medicine: theoretical bases and practical application: review. Inter Collegas. 2021;8(4):280-287. doi: 10.35339/ic.8.4.290-297.

52. Мар'єнко НІ. Фрактальний аналіз магнітно-резонансних зображень головного мозку: діагностична цінність (огляд літератури). Український вісник психоневрології. 2023;31(2):93-97. doi: 10.36927/2079-0325-V31-is2-2023-13.

53. Maryenko NI. Applications of fractal analysis techniques in brain magnetic resonance imaging and computed tomography in stroke diagnosis and stroke-related brain damage: a narrative review. Advanced Technology in Neuroscience. 2024;1(1):105-122. doi: 10.4103/ATN.ATN-D-24-00012.

54. Maryenko N, Stepanenko O. Fractal dimension of cerebellum in acute cerebellar infarction (magnetic resonance imaging study). Aktualności Neurologiczne (Current Neurology). 2022;22(1):3-10. doi: 10.15557/AN.2022.0001.

55. Maryenko N, Stepanenko O. Cytoarchitecture of Cerebellar Cortex: Fractal Analysis as a Method for Quantitative Studies. Cytology & Histology International Journal. 2022;6(1):000139:1-7. doi: 10.23880/chij-16000139.

Файли

Схожі дисертації