Двовимірна стоксполяриметрія лазерних полів, перетворених сітками двопроменезаломлюючих біологічних кристалів
Сценарії трансформації двовимірних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів. Кількісні критерії стоксполяриметричної диференціації змін орієнтаційно-фазової будови оптико-анізотропних позаклітинних матриць тканин.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 14.07.2015 |
| Размер файла | 185,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Чернівецький Національний Університет
імені Юрія Федьковича
УДК 535.243.2; 535.342; 535.557
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук
Двовимірна стоксполяриметрія лазерних полів, перетворених сітками двопроменезаломлюючих біологічних кристалів
01.04.05 - оптика, лазерна фізика
Придій Олександр Георгійович
Чернівці - 2010
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор
Ушенко Олександр Григорович,
Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича,
завідуючий кафедрою оптики і спектроскопії, проректор з наукової роботи
Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор
Максимяк Петро Петрович,
Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
професор кафедри кореляційної оптики кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник завідуючий відділом оптичних і оптоелектричних реєструючих середовищ
Костюкевич Сергій Олександрович,
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є.Лашкарьова
Захист дисертації відбудеться “28” травня 2010 р. о 15-00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.76.051.01 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича, за адресою: 58012, м. Чернівці, вул. Університетська, 19, 2-й корпус, Велика Фізична аудиторія.
Відгуки на автореферат просимо надсилати за адресою:
Ученому секретарю ЧНУ, вул. Коцюбинського, 2, м. Чернівці, 58012
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича за адресою: 58012, м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 23.
Автореферат розісланий “27” квітня 2010 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради М.В. Курганецький
Загальна характеристика роботи
лазерний стоксполяриметричний поляризаційний
Загальним типом фазово-неодорідних структур, які перетворюють поляризацію світлового пучка, слугують різноманітні біологічні тканини (БТ) [1]. Особливістю побудови БТ є двокомпонентна структура, що сформована позаклітинною матрицею - мережею протеїнових фібрил [2]. Морфологічна структура БТ подібна до „заморожених” рідких кристалів [3,4]. Такий підхід використаний у [5] для моделювання оптико-анізотропних властивостей БТ, як мережі оптично-одноосних двопроменезалюючих фібрил. У рамках указаної моделі можна пояснити механізми формування поляризаційної структурності об'єктних полів, сформованих БТ різних типів (кісткова, сполучна, м'язова тканини) [6,7]. За умови одноразового розсіювання знайдено взаємозв'язки між величинами азимутів, еліптичностей поляризації світлових коливань розсіяного поля та напрямком укладання фібрил та їх двопроменезаломленням [8,9]. Одержана нова інформація про структуру БТ є базисом для нових завдань подальшого розвитку лазерної поляриметрії більш складних біологічних об'єктів:
· проведення системного аналізу (статистичного, кореляційного і фрактального) поляризаційно-неоднорідних полів основних типів БТ;
· дослідження 2D-розподілів параметрів поляризації, що характеризують поля розсіяного БТ лазерного випромінювання;
· розробка методів сингулярного аналізу поляризаційно-неоднорідних полів, сформованих оптико-анізотропними мережами біологічних кристалів.
Спільним для розв'язання таких завдань є використання універсального методу стоксполяриметрії.
Отже, актуальність дисертаційного дослідження зумовлена необхідністю розширення арсеналу діагностичних засобів дослідження двопроменезаломлюючих сіток оптично-одноосних біологічних кристалів шляхом використання стоксполяриметричного методу вивчення багатошарових БТ на основі статистичного, фрактального та сингулярного аналізу двовимірних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів для розробки комплексу оптико-медичних методів діагностики виникнення та диференціації патологічних (запальні, передракові й онкологічні) станів людського організму.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дослідження, результати якого представлено у дисертації, виконувалось відповідно з програмою наукової тематики кафедри оптики і спектроскопії Чернівецького національного університету “Методи поляризаційної, спектрофотометричної та сингулярної оптики в задачах діагностики фазово-неоднорідних середовищ”, № держреєстрації 0106U008643 (2007 - 2009 р.р.) та у рамках держбюджетної теми „Поляризаційна томографія БТ людини в задачах лазерної діагностики їх патологічних змін”, № держреєстрації 0107U001243 (2007 - 2009 р.р.).
Дисертантом у межах держбюджетної теми проведено вимірювання координатних розподілів параметрів вектора Стокса зображень основних типів БТ (епітеліальна, сполучна, м'язова) багатошарових фізіологічних органів (тканини простати та репродуктивної сфери жінки) людини та розроблені критерії оптичної діагностики та диференціації їх патологічних станів.
Особистий внесок автора дисертаційної роботи полягає у розробці підходів до диференціації фізіологічного стану тканин органів людини шляхом удосконалення методів лазерної поляриметрії та створення нових методів поляризаційного відтворення структури сіток протеїнових кристалів тканин людини
Мета і задачі дослідження. Розробка принципів лазерної двовимірної стоксполяриметричної діагностики оптичних властивостей і диференціації фізіологічного стану тканин органів людини шляхом удосконалення методів лазерної поляриметрії та створення нових методів поляризаційного відтворення структури сіток протеїнових кристалів тканин людини з використанням статистичного, фрактального та сингулярного підходів в аналізі координатних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів у різних зонах дифракції.
Для досягнення цієї мети розв'язувалися такі завдання:
1. Вивчення основних фізичних механізмів формування та сценаріїв трансформації двовимірних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів, перетворених багатошаровими сітками оптично-одноосних двопроменезаломлюючих біологічних кристалів.
2. Встановлення та обґрунтування кількісних критеріїв стоксполяриметричної диференціації змін орієнтаційно (розподіли напрямів оптичних осей) - фазової (розподіли фазових зсувів між ортогональними складовими амплітуди лазерної хвилі) будови оптико-анізотропних позаклітинних матриць БТ.
3. Виявлення взаємозв'язків між статистичними (моменти 1- 4 порядків, автокореляційні функції) і фрактальними (апроксимуючі криві до Log-log залежностей спектрів потужності) параметрами, які характеризують двовимірні розподіли параметрів вектора Стокса , та змінами двопроменезаломення речовини позаклітинної матриці основних типів БТ. Розробка методу двовимірної стоксполяриметрії для діагностики виникнення онкологічних змін позаклітинної матриці простати людини.
4. Дослідження діагностичних можливостей сингулярного аналізу координатних розподілів параметрів вектора Стокса лазерних зображень гістологічних зрізів тканин жіночої репродуктивної сфери з розробкою критеріїв (статистичні та фрактальні параметри розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса) диференціації патологічних (запальні, передракові, рак) станів людського організму. Розробка методу поляризаційно-сингулярної діагностики виникнення та диференціації стану важкості патологічного стану тканин стінки і шийки матки.
Об'єкт дослідження. Розсіювання та перетворення поляризаційних параметрів оптичного випромінювання БТ; розробка методів поляризаційної діагностики морфологічної структури основних типів тканин людини.
Предмет дослідження. Координатні розподіли параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів, перетворених багатошаровими БТ; встановлення взаємозв'язку між статистичними, кореляційними, фрактальними та сингулярними параметрами розподілів вектора Стокса та зміною орієнтацій оптичних осей і величин двопроменезаломлення сіток протеїнових кристалів тканин органів людини.
У роботі використовувалися методи поляриметрії (визначалися координатні розподіли параметрів вектора Стокса та кількості їх характеристичних значень ) лазерних полів; статистичного (визначалися статистичні моменти 1-го - 4-го порядків координатних розподілів параметрів вектора Стокса ), кореляційного (визначалися залежності автокореляційних функцій координатних розподілів параметрів вектора Стокса і розподіли кількості їх характеристичних значень) і фрактального (визначалися апроксимуючі криві до Log- log залежностей спектрів потужності координатних розподілів параметрів вектора Стокса і розподілів кількості їх характеристичних значень) аналізу експериментальних даних.
Новизна наукових результатів, отриманих у дисертаційній роботі, полягає в тому, що:
Уперше встановлено взаємозв'язки між змінами значень статистичних моментів 1-го - 4-го порядків, які характеризують координатні розподіли параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів у різних зонах дифракції, та змінами розподілів напрямів оптичних осей і фазових зсувів, що вноситься мережами двопроменезаломлюючих протеїнових кристалів епітеліальної та сполучної тканини.
З'ясовано, що розподіли значень параметрів вектора Стокса зображення, впорядкованої за напрямами оптичних осей позаклітинної матриці епітеліальної тканини, фрактальні; для розупорядкованих фібрилярних структур сполучної тканини - мультифрактальні. На цій основі вперше діагностовано патологічних стан даних тканин шляхом аналізу логарифмічних залежностей спектрів потужності двовимірних розподілів параметрів вектора Стокса.
Уперше для диференціації розподілів напрямів оптичних осей та показників двопроменезамлення багатошарових сіток фібрилярних кристалів тканин органів людини використано комплексний статистичний (статистичні моменти 1-го - 4-го порядків), кореляційний (автокореляційні функції), фрактальний (Log - log залежності спектрів потужності) і сингулярний (залежності кількості характеристичних значень ) аналіз двовимірних параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів у різних зонах дифракції. На цій основі показана можливість використання методу стоксполяриметрії для діагностики онкологічного стану оптично-товстої багатошарової тканини простати людини.
Уперше застосовано сингулярний підхід до аналізу двовимірних параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів, перетворених багатошаровими двопроменезаломлюючими сітками протеїнових фібрил. На цій основі розроблено метод поляризаційно-сингулярної селекції типів патологічних змін позаклітинної матриці тканин органів людини, пов'язаних з її орієнтаційною (координатні розподіли кількості значень ) і фазовою (координатні розподіли кількості значень ) структурою.
Уперше встановлено, що критеріями стоксполяриметричної диференціації патологічних станів багатошарових БТ є відмінності в межах двох порядків величини значень статистичних моментів третього порядку для координатних розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів; наявність осциляцій залежностей відповідних автокореляційних функцій та відсутність стабільного значення кута нахилу апроксимуючої кривої до залежностей спектрів потужності таких розподілів. У результаті диференційовані різні стани “норма - передрак - рак” тканини стінки матки людини.
Визначено, що головними ознаками патологічних змін багатошарових БТ, пов'язаних зі зміною показника двопроменезаломлення фібрил позаклітинної матриці, є зростання на один порядок ексцесу розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса, відсутність осциляцій автокореляційних функцій таких розподілів і статистичний розподіл кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідного лазерного поля. На цій основі вперше реалізована стоксполяриметрична диференціація здорової, запаленої й онкологічно зміненої тканини шийки матки.
Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи з дослідження оптичних властивостей БТ людини можуть бути використані при:
1. Визначенні кількісних оптичних критеріїв методів лазерної стоксполяриметрії діагностики виникнення та диференціації ступеня важкості (запалення, доброякісні зміни, передрак, рак) патологічних змін багатошарових тканин органів людини;
2. Поляризаційній статистичній, фрактальній і сингулярній діагностиці та диференціації патологічних змін шарів епітеліальної, сполучної та м'язової тканин простати, а також репродуктивної сфери жінки на основі розробленого стоксполяриметричного лазерного зондування БТ людини.
3. Удосконаленні систем багатовимірної мікроскопії шляхом комплексного статистичного, фрактального та сингулярного аналізу двовимірних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів багатошарових БТ, що розширює можливості традиційних методів лазерної поляриметрії й оптичної когерентної томографії.
Достовірність наукових результатів, викладених у роботі, визначається застосуванням у теоретичному розгляді - надійно апробованих підходів і методів теорії поляриметрії лазерних світлових полів, а в експериментальній частині дослідження - надійно апробованих методів поляриметрії, стоксполяриметрії, статистичного, фрактального та сингулярного аналізу. Основні результати експерименту знаходяться у якісній та кількісній відповідності з результатами теоретичного розгляду та комп'ютерного моделювання.
Особистий внесок здобувача. У роботах [1,2,15] автором сформульовані задачі та проведені експериментальні дослідження.
У роботах [3,4,7,8,12,13] автор обґрунтував експериментальні результати.У роботах [5,6,9] дисертантом проведено комп'ютерне моделювання фізичних явищ перетворення лазерного випромінювання. У роботах [10,11,14] виконано теоретичне обґрунтування експериментальних досліджень та узагальнено їх результати.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, викладених у дисертації, доповідалися й обговорювалися на таких наукових конференціях: 7th, and 8th , 9th International Conferences on Correlation Optics (Chernivtsi, 2005, 2007,2009), International Scientific Conference “MECHATRONICS 2004” (Warsaw, Poland, 2004).
Публікації. Результати дисертації опубліковано у п'ятнадцятьох статтях у фахових наукових журналах.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів основного тексту, результатів і висновків, списку цитованої літератури. Повний обсяг дисертації складає 178 сторінок машинописного тексту. Дисертація містить 66 ілюстрацій та 11 таблиць. Список цитованої літератури складається зі 162 найменувань і займає 17 сторінок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У першому розділі проаналізовано поляризаційні властивості різноманіття оптично-неоднорідних фізичних тіл. Виділені основні принципи моделювання оптичних властивостей БТ. Показано, що БТ, як об'єкт, являє собою аморфно-кристалічну структуру. Аналітичний опис процесів світлорозсіювання здійснюється із застосуванням матриці Мюллера для оптично-одноосних двопроменезаломлюючих біологічних кристалів. У рамках такої моделі вдалося пояснити механізми формування поляризаційної структурності об'єктних полів БТ різних типів (кісткова і м'язова тканини, тканини репродуктивної сфери жінки - міометрій). У результаті одержана нова інформація про структуру БТ, яка використана для розробки оптичних методів діагностики фізіологічного стану таких складних об'єктів.
Другий розділ містить теоретичні положення, покладені в основу моделювання перетворення параметрів вектора Стокса лазерного випромінювання багатошаровими сітками оптично-одноосних двопроменезаломлюючих біологічних кристалів.
Шляхом комп'ютерного моделювання процесів формування координатних розподілів параметрів вектора Стокса лазерного випромінювання, перетвореного двошаровою сіткою кристалічних циліндрів, установлено, що значення асиметрії та ексцесу змінюються в межах двох порядків величини . Автокореляційні функції координатних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних зображень кристалічних сіток оптично-одноосних циліндрів містять статистичну (монотонно спадаючу) і квазігармонічну (осцилюючу) складові. Координатні розподіли параметрів вектора Стокса поляризаційного зображення впорядкованої кристалічної сітки - фрактальні; для криволінійних кристалічних структур розподіли поляризаційно-неоднорідних зображень трансформуються у статистичні.
Третій розділ містить результати експериментальних досліджень координатних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів БТ (міометрій та ендометрій) жіночої репродуктивної сфери у різних зонах дифракції.
Статистичні моменти параметрів вектора Стокса поля, розсіяного випромінювання таким багатошаровим об'єктом зазнають значно більшого, ніж у випадку ендометрію, та значно меншого, ніж у випадку міометрію, діапазону змін асиметрії () та ексцесу ().
Формуються мультифрактальні розподіли значень параметрів вектора Стокса об'єктного поля двошарових біологічних структур. Апроксимуючі криві до відповідних спектрів потужності двовимірних координатних розподілів параметрів вектора Стокса являють собою ламані з двома, трьома ділянками постійного нахилу.
Виявлені статистичні, кореляційні та фрактальні параметри використані у розробці методу діагностики патологічних (онкологічних) змін БТ репродуктивної сфери жінки.
У четвертому розділі проведено стоксполяриметричну діагностику патологічного стану багатошарових БТ. На рис. 3 представлені розподіли параметрів і поляризаційного зображення оптично-тонких (коефіцієнт ослаблення ) гістологічних зрізів здорової (а, б) та онкологічно зміненої (в,г) тканини простати.
З наведених на рис. 3 координатних розподілів параметрів вектора Стокса, видно, що онкологічно змінена позаклітинна матриця тканини простати характеризується виразними напрямками росту новоутворених паростків пухлини (фрагмент (в)) і зростанням двопроменезаломлення їх речовини (фрагмент (г)). Об'єктивно такі відмінності ілюструють статистичні моменти 1-го - 4-го порядків, які характеризують розподіли параметрів вектора Стокса, - таблиця 1.
Виявлено:
· Для розподілу у зображенні онкологічно-зміненої тканини простати значення асиметрії та ексцесу зростають в 1,4 - 2 рази.
· Для розподілів зображення патологічної тканини характерне різке зростання (у 7 разів) величини їх асиметрії.
Координатні розподіли параметрів вектора Стокса поляризаційного зображення фізіологічно нормальних зразків тканини простати характеризуються фрактальною структурою практично для всієї області геометричних розмірів протеїнових фібрил від 30 до 2000. На це вказує незмінний кут нахилу відповідних Log - log залежностей спектрів потужності.
Розподіли поляризаційно-неоднорідного зображення онкологічно зміненої тканини статистична - відсутнє стабільне значення кута нахилу апроксимуючої кривої до Log - log залежностей спектрів потужності.
У п'ятому розділі проаналізовано діагностичні можливості статистичного, кореляційного та фрактального аналізу розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса лазерного випромінювання, перетвореного шарами БТ різної морфологічної будови (сполучна, м'язова, епітеліальна), - рис. 4.
Установлено, що всі двовимірні розподіли параметрів вектора Стокса володіють мережами характеристичних значень як у близькій, так і далекій зонах дифракції.
Досліджені спектри потужності розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поля розсіяного лазерного випромінювання свідчать про їх фрактальну структуру. На це вказує лінійний нахил апроксимуючих кривих до логарифмічних залежностей спектрів потужності серії розподілів .
Аналіз значень сукупності статистичних моментів 1-го - 4-го порядків, які характеризують розподіли кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідного лазерного поля у різних зонах дифракції виявив, що найбільш чутливими до змін його структури є асиметрія та ексцес.
У шостому розділі досліджено діагностичні можливості стоксполяриметричної диференціації фізіологічно здорових і патологічно (доброякісні та злоякісні новоутворення) змінених тканин жіночої репродуктивної сфери.
Виявлено критерії стоксполяриметричної диференціації зразків здорової і патологічно зміненої тканини стінки матки:
· відмінності в межах одного порядку величини значень статистичних моментів третього порядку для розподілів кількості характеристичних значень та ) поляризаційно -неоднорідних полів розсіяного лазерного випромінювання;
· наявність осциляцій автокореляційних функцій розподілів кількості характеристичних значень та );
· відсутність стабільного значення кута нахилу апроксимуючої кривої до залежностей розподілів кількості характеристичних значень та ).
основні результати
1. Проаналізовані закономірності формування двовимірних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідного поля, розсіяного мережами оптично-одноосних двопроменезаломлюючих кристалів. У результаті цього установлено:
· взаємозв'язки між змінами значень статистичних моментів 1-го - 4-го порядків, які характеризують розподіли параметрів Стокса, і змінами розподілів напрямів оптичних осей і фазових зсувів, що вносяться двопроменезаломлюючими протеїновими кристалами шарів епітеліальної, сполучної та м'язової тканини, які формують тканини органів (простата, міометрій, ендометрій жіночої репродуктивної сфери) людини;
· координатні розподіли параметрів вектора Стокса полів лазерного випромінювання, перетвореного мережами протеїнових біологічних кристалів тканин органів людини, сформовані суперпозицією випадкових і регулярних складових - автокореляційні функції містять статистичну (монотоно спадаючу) і квазігармонічну (осцилюючу) складові;
· координатні розподіли параметрів Стокса зображення впорядкованої за напрямами оптичних осей кристалічної сітки позаклітинної матриці епітеліальної тканини фрактальні - апроксимуючі криві логарифмічних залежностей спектрів потужності таких розподілів мають стабільний нахил у межах усього діапазону зміни (від 2 до 2000) геометричних розмірів протеїнових фібрил; для розупорядкованої за напрямами оптичних осей полікристалічної мережі сполучної тканини розподіли трансформуються у мультифрактальні, - логарифмічним залежностям спектрів потужності притаманні декілька (два, три) кутів нахилу.
2. Доведена ефективність стоксполяриметричної диференціації змін розподілів напрямів оптичних осей та показників двопроменезаломлення багатошарових сіток фібрилярних кристалів тканин органів людини шляхом використанання комплексного статистичного (статистичні моменти 1-го - 4-го порядків), кореляційного (автокореляційні функції), фрактального (Log - log залежності спектрів потужності) і сингулярного (розподіли кількості характеристичних значень ) підходів до аналізу координатних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів у різних зонах дифракції.
3. Установлено, що основними поляризаційними ознаками виникнення онкологічних змін багатошарової оптико-анізотропної позаклітинної матриці тканин органів людини є:
· відмінності (до 6 разів) між значеннями 3-го та 4-го статистичних моментів координатних розподілів параметрів вектора Стокса поляризаційних зображень гістологічних зрізів здорової та онкологічно змінених тканин простати за рахунок зростання величини показника двопроменезаломлення оптично одноосних протеїнових кристалів;
· випадковий координатний розподіл параметрів вектора Стокса зображень патологічно змінених зразків тканини простати - відсутність стабільних нахилів апроксимуючих кривих Log-log залежностей спектрів потужності розподілів і .
На цій основі вперше показана можливість використання методу стоксполяриметрії для діагностики онкологічного стану оптично товстої багатошарової тканини простати людини.
4. На основі застосовування сингулярного підхіду до аналізу двовимірних параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних лазерних полів, перетворених багатошаровими двопроменезалоломлюючих сіток протеїнових фібрил, запропоновано метод поляризаційної селекції патологічних змін позаклітинної матриці тканин міометрію та ендометрію, пов'язаних з трансформацією її орієнтаційної (розподіли кількості характеристичних значень ) і фазової (розподіли кількості характеристичних значень ) структури.
5. Установлено, що трансформація розподілу напрямів оптичних осей протеїнових фібрил двопроменезаломлюючої матриці основних типів БТ (міометрій та ендометрій) жіночої репродуктивної сфери, пов'язана із доброякісними змінами морфологічної будови, найбільш виразно виявляється у зменшенні модуляції фазових зсувів між ортогональними складовими амплітуди лазерного випромінювання. Кількісно такі фізичні процеси супроводжуються змінами (від 2,3 до 9,5 разів) статистичного моменту третього порядку, що характеризує розподіли кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса; формуванням осциляцій на фоні монотонного падіння координатних залежностей автокореляційних функцій та формуванням випадкових розподілів вибірок кількості характеристичних значень стоксполяриметричних параметрів.
6. Зміни оптичної анізотропії (злоякісні онкологічні процеси) двопроменезаломлюючої матриці основних типів БТ (міометрій та ендометрій) жіночої репродуктивної сфери найбільш виразно проявляються у зростанні (у межах одного порядку величини) статистичного моменту четвертого порядку, що характеризує розподіл кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса; формуванням на фоні монотонного спадання координатних залежностей автокореляційних функцій та відсутності стабільного кута нахилу апроксимуючої до логарифмічних залежностей спектра потужності координатних розподілів вибірок характеристичних значень стоксполяриметричних параметрів.
7. Установлено, що головними ознаками стоксполяриметричної диференціації патологічних станів багатошарових тканин органів людини, пов'язаних зі змінами розподілу напрямів оптичних осей протеїнових фібрил, є відмінності в межах двох порядків величини значень статистичних моментів третього порядку розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів; наявність осциляцій залежностей відповідних автокореляційних функцій та відсутність стабільного значення кута нахилу апроксимуючої кривої до логарифмічних залежностей розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів. У результаті вперше диференційовані різні стани “норма - передрак - рак” тканини стінки матки.
8. Визначено, що головними ознаками патологічних змін багатошарових БТ органів людини, пов'язаних зі зміною показника двопроменезаломлення фібрил позаклітинної матриці, є зростання на один порядок ексцесу розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів; відсутність осциляцій автокореляційних функцій таких розподілів і трансформація розподілів кількості характеристичних значень параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідного поля лазерного випромінювання у випадкові. У результаті вперше реалізована стоксполяриметрична диференціація здорової, запаленої й онкологічно зміненої тканини шийки матки.
ЛІТЕРАТУРА, ЩО ЦИТУВАЛАСЯ
1*. Тучин В. В. Исследование биотканей методами светорассеяния / В. В. Тучин .- Успехи физ. наук. - 1997. - Т. 167. - С. 517-539.
2*. Cowin S. C. How is a tissue built? / S. C. Cowin // J. Biomed. Eng. - 2000. - Vol. 122. - P. 553-568.
3*. Ушенко O. Г. Поляризационная структура биоспеклов и деполяризация лазерного излучения / Ушенко А. Г. - Опт. и спектр. - 2000. - Т. 89, № 4. - С. 651-654.
4*. Ушенко А. Г. Лазерная диагностика биофракталов / Ушенко А. Г. -Квантовая электроника. - 1999. - Т. 29, №3. - С. 1-7.
5*. Лазерна поляриметрична діагностика в біології та медицині / [Пішак В. П., Ушенко О. Г., Ангельський О. В., Єрмоленко С. Б. та ін.].- за радеакцією В. П. Пішака та О. Г. Ушенка . - Чернівці: Медакадемія, 2000. - 305с.
6*. Angelsky O. V. Polarizing-correlative processing of images of statistic objects in visualization and topology reconstruction of their phase heterogeneity / O. V. Angelsky, A. G. Ushenko, V. P. Pishak, D. N. Burkovets, S. B. Yermolenko, O. V. Pishak, Y. A. Ushenko // Proc. SPIE. - 1999. - Vol. 4016. - P. 419-424.
7*. Angelsky O. Polarization-correlation investigations of biotissue multifractal structures and their pathological changes diagnostics / O. Angelsky, D. Burkovets, V. Pishak, Yu. Ushenko, O. Pishak // Laser Physics. - 2000. - Vol. 10, №5. - P. 1136-1142.
8*. Mueller matrices mapping of biological tissue architectonics/[Ushenko A. G., Pishak V P.,. Pishak O. V, Olar O. I., Yermolenko S. B., Prydij A. G., Arbuzov A. S.]. // Proc. SPIE. - Vol. 5477. - P. 422-429.
9*. Ushenko Y. A. Polarization phase mapping of biological tissues: II. Skin as a transformer of vector structure of coherent radiation // Proc. SPIE. - 2004. - Vol. 5477. - P.506-512.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Wavelet analysis for Mueller matrix images of biological crystal networks / [Ushenko Yu.O., Pridiy A.G., Motrich A.V., Dubolazov O.V., I.Z.Misevitch, Istratiy V.V.].- International Scientific Journal.-Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelctronics.-2009.- V.12.-№4.
2. Investigation of singularities inherent to Mueller matrix images of biological crystals: diagnostics of their birefringent structure / Ushenko Yu.O., Pridiy O.G., Motrich A.V., Dubolazov O.V.,Misevitch., I.Z.].- International Scientific Journal.-Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelctronics.-2009.- V.12.-№4.
3. Polarization Cartography of Biotissues in the Diagnostics of their Physiological States / [ Ushenko A.G., Yermolenko S.B., Ushenko Yu.A., Prydij A.G.].// Photon04.-2004.- 6 -9 September.- Glasgow Caledonian University.
4. Polarization singularities of biological objects speckle-fields / [ Angelsky O.V, Prydij O.G., Ushenko A.G., Ushenko.Ye.]. Proc. SPIE.-2006.- Vol. 6341, 63411X.
5. Burkovets D. N. On the fractal model of a rough surface/ Burkovets D. N., Prydij A. G.// Proc.SPIE.-2006.- Vol. 6254 -P. 232-236.
6. Ushenko Yu. A. Mueller-matrixes tomography of biotissue/ Ushenko Yu. A., Sorotchan G. V., Pridij A. G.// Proc. SPIE .-2005.- Vol. 5972.
7. Statistical and Fractal Approaches in Laser Polarimetry Diagnostics of the Cancer Prostate Tissues/[ Prydij A.G., Guminetsky S.G., Gruia I., Toma O., Vladychenko K.].// Proc. SPIE.-2008.- Vol.7008, 70082C
8. Prydij A.G. Polarimetry of multi-layer biological tissue/ Prydij A.G., Vladychenko K., Yermolenko S.B .// Proc. SPIE.-2008.-Vol. 7008, 70082D
9. Владиченко К.А. Визначення структурних змін передміхурової залози при розвитку доброякісної гіперплазії та раку простати за допомогою лазерної поляриметрії/ Владиченко К.А., Федорук О.С., Придій О.Г.// Матеріали міжнародної науково-практичної конференції.- Современные направления теоретических и прикладных исследований.- (Одеса, 15-25 квітня 2006 р.). - Одеса.- Черноморье.- 2006. - с.38-40.
10. Polarization-interference structure of speckle fields of the rough skin surface/[ Angelsky O.V., Yermolenko S.B., Prydij O.G., Ushenko A.G., Ushenko Yu.A.,.Ushenko Ye.G.].// J. Holography Speckle.-2006.-№ 3.- C.27-34
11. Laser metrology of statistical and fractal structure of biological tissues polarization images/[ Angelsky O.V., Prydij A.G., Ushenko A.G., Ushenko Yu.A., Olar O.].// Proc. SPIE.-2007.- Vol. 6616, 661641.
12. Polarization structure of bilogical tissues speckle-images/ [Angelsky O.V., Yermolenko S.B., Prydij A.G., Ushenko A.G., Ushenko Yu.A.].// Proc. SPIE.- 2006.-Vol. 6341.- 634107-1.
13. Optical and biochemical methods for the identification of cellular modifications during malignant transformations/[Yermolenko, S. B., Prydij, O. G., Guminetsky, S. G., Motrich, A. V., Gruia I., Maria Iuliana, Stefanescu Teodora].//Proc. SPIE.-2009.- Vol. 7388, pp. 73881C-73881C-9.
14. Mueller matrices mapping of biological tissue architectonics/[ Alexander G. Ushenko A.G., Pishak V.P., Pishak O.V., Olar O.I., Yermolenko S.B., Prydij A. G., Arbuzov A. S.].// Proc. SPIE.-2004.-Vol 5477, 422.
15. Spectropolarimetry in singular structure biotissue images for diagnostics of their pathological changes/[ Yermolenko S.B, Ushenko Y.O., Prydij A.G., Guminetski S.G., Gruia I.]. // Proc. SPIE.-2009.- Vol. 7371, 73711M.
АНОТАЦІЇ
Придій О.Г. Двовимірна стоксполяриметрія лазерних полів, перетворених сітками двопроменезаломлюючих біологічних кристалів
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.05 - „Оптика, лазерна фізика”. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2010.
У роботі вперше для диференціації змін розподілів напрямів оптичних осей та показників двопроменезамлення багатошарових сіток фібрилярних кристалів тканин органів людини використано комплексний статистичний, кореляційний, фрактальний і сингулярний аналіз параметрів вектора Стокса поляризаційно-неоднорідних полів у різних зонах дифракції. Установлено основні «стоксполяриметричні» ознаки виникнення онкологічних змін багатошарової оптико-анізотропної позаклітинної матриці. Запропоновано новий метод поляризаційної селекції типів патологічних змін позаклітинної матриці тканин органів людини, пов'язаних з її орієнтаційною структурою. Виявлені головні ознаки стоксполяриметричної диференціації патологічних станів багатошарових БТ, пов'язаних зі змінами розподілу напрямів оптичних осей протеїнових фібрил. Уперше реалізована стоксполяриметрична диференціація здорової, запаленої та онкологічно зміненої тканини шийки матки.
Ключові слова: параметри вектора Стокса, дифракція, поляризаційна селекція, біологічна тканина, сингулярний аналіз, двопроменезаломлення, статистичні моменти, протеїнові фібрили.
Prydij A.G. Two-dimensional stokespolarimetry of the laser fields converted birefringent nets of biological crystals
The Candidate of Science in Physics and Mathematics Dissertation. Speciality: 01.04.05 - Optics and Laser Physics. - Chernivtsi National University named by Yuriy Fed'kovich. - Chernivsi, 2010.
For the first time the complex statistical, correlation, fractal and singular analysis of Stokes parameters of polarization-inhomogeneous fields in several areas of diffraction to differentiate distributions change directions of optical axes and indices birefringent multilayer networks fibrillar crystals of human tissues used in the thesis.
The basic "stokespolarimetry" signs of cancer changes a multilayer optical anisotropic extracellular matrix are determined.
A new selection method polarization types of pathological changes in the extracellular matrix of human tissue related to its orientation structure was proposed.
The major signs of differentiation stokespolarimetry pathological states of multilayer biological tissues associated with the changes the distribution of optical axes directions protein fibrils was found.
For the first time realized stokespolarimetry differentiation of healthy, inflamed and altered tissue cancer of the cervix.
Keywords: Stoсkes vector parameters, diffraction, polarization selection, biological tissue, singular analysis, birefringent, statistical moments, protein fibrils.
Придий А. Г. Двухмерная стоксполяриметрия лазерных полей, преобразованных сетками двухлучепереломленных биологических кристалов
Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук со специальности 01.04.05 - „Оптика, лазерная физика”. - Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2010.
В работе проанализированы закономерности формирования распределений параметров вектора Стокса поляризационно-неоднородного поля многослойных сеток оптически - одноосных двухпереломляющих цилиндрических кристаллов.
Установлены взаимосвязи между изменениями значений статистических моментов 1-го - 4-го порядков, которые характеризуют распределения параметров Стокса , и изменениями, как направления оптических осей, так и фазовых сдвигов, которые вносятся сетками протеиновых кристаллов слоев эпителиальной и соединительной ткани.
Впервые для дифференциации изменений распределений направлений оптических осей и показателей двухлучепереломления многослойных сеток кристаллов фибрилл тканей органов человека использован комплексный статистический (статистические моменты
1-го - 4-го порядков), корреляционный (автокорреляционные функции), фрактальный (Log-log зависимости спектров мощности) и сингулярный (зависимости количества характеристических значений) анализ параметров вектора Стокса поляризационо-неоднородных полей в разных зонах дифракции.
Установлено, что основными «стоксполяриметрическими» признаками возникновения онкологических изменений многослойной оптико-анизотропной внеклеточной матрицы являються отличия (до 7 раз) между значениями 3-го и 4-го статистических моментов координатных распределений параметров вектора Стокса поляризационных изображений гистологических срезов здоровой и онкологически измененной ткани; статистическое координатное распределение параметров вектора Стокса поляризационных изображений патологически измененных образцов - отсутствие стабильных наклонов Log-log зависимости спектров мощности распределений і .
На этой основе показана возможность использования метода стоксполяриметрии для диагностики онкологического состояния оптически - толстой ткани простаты человека.
Предложен новый метод поляризационной селекции типов патологических изменений внеклеточной матрицы тканей органов человека, связанных с ее ориентационной (координатные распределения количества характеристических значений ) и фазовой (распределения ) структурой.
Установлены признаки патологических изменений многослойных биологических тканей, связанных с изменением показателя двухпереломления фибрилл внеклеточной матрицы. К ним относятся рост на один порядок эксцесса распределений количества характеристических значений параметров вектора Стокса поляризационный, - неоднородных полей; отсутствие осцилляций автокорреляционных функций таких распределений и практически полная статистизация распределений количества характеристических значений параметров вектора Стокса поляризационо-неоднородного поля лазерного излучения. В итоге впервые реализована стоксполяриметрична дифференциация здоровой, воспаленной и онкологически измененной ткани шейки матки.
Ключевые слова: параметры вектора Стокса, дифракция, поляризационная селекция, биологическая ткань, сингулярный анализ, статистические моменты, фибриллы .
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Єдина теорія полів і взаємодій у цей час. Об'єднання слабкої й електромагнітної взаємодій елементарних часток. Мрія Ейнштейна у пошуках єдиної теорії будови Всесвіту. Основної ідеї та теоретичні досягнення у теорії суперструн на сьогоднішній день.
курсовая работа [474,6 K], добавлен 25.01.2011Електропровідна рідина та її властивості в магнітному полі. Двовимірна динаміка магнітогідродинамічного потоку у кільцевому каналі І.В. Хальзев. Моделювання електровихрових полів у металургійних печах. Чисельне моделювання фізичних процесів у лабораторії.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 04.05.2014Доцільне врахування взаємного впливу магнітних, теплових і механічних полів в магніторідинних герметизаторах. Кінцеві співвідношення обліку взаємного впливу фізичних полів. Адаптація підходу до блокових послідовно- й паралельно-ітераційного розрахунків.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 30.07.2014Вивчення проблеми управління випромінюванням, яка виникає при освоєнні діапазону спектру електромагнітних коливань. Особливості модуляції світла і його параметрів, що включає зміну поляризації, напрямку поширення, розподілу лазерних мод і сигналів.
контрольная работа [53,7 K], добавлен 23.12.2010Способи вирощування кристалів. Теорія зростання кристалів. Механічні властивості кристалів. Вузли, кристалічні решітки. Внутрішня будова кристалів. Міцність при розтягуванні. Зростання сніжних кристалів на землі. Виготовлення прикрас і ювелірних виробів.
реферат [64,9 K], добавлен 10.05.2012Характеристика обертального моменту, діючого на контур із струмом в магнітному полі. Принцип суперпозиції магнітних полів. Закон Біо-Савара-Лапласа і закон повного струму та їх використання в розрахунку магнітних полів. Вихровий характер магнітного поля.
лекция [1,7 M], добавлен 24.01.2010Поняття та методика виміряння потоку вектора електричного зміщення. Сутність теореми Гауса-Остроградського і її застосування для розрахунку електричних полів. Потенціальний характер електростатичного поля. Діелектрики в електричному полі, їх види.
лекция [2,4 M], добавлен 23.01.2010Характеристика основних властивостей рідких кристалів. Опис фізичних властивостей, методів вивчення структури рідких кристалів. Дослідження структури ліотропних рідких кристалів та видів термотропних.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.06.2010Характеристика методів отримання плівкових матеріалів, заснованих на фізичному випаровуванні: від історично перших методів термічного випаровування до сучасних іонно-плазмових, молекулярно-променевих та лазерних методів осадження. Рідкофазна епітаксія.
курсовая работа [865,1 K], добавлен 17.05.2012Дослідження особливостей будови рідких кристалів – рідин, для яких характерним є певний порядок розміщення молекул і, як наслідок цього, анізотропія механічних, електричних, магнітних та оптичних властивостей. Способи одержання та сфери застосування.
курсовая работа [63,6 K], добавлен 07.05.2011
