Експериментально Виявлено діапазоні Зміни DR (i) статистичних моментів 1-го-4-го порядків розподілі матриці Джонса та статистичні моменти, кореляційні параметрів (Середнє, дісперсія, асіметрія, ексцес, півшіріна L, дісперсія W), розподілу елементів D11 (х, y ) матриці Джонса та фазового Зсув D? 11 (х, y) для епітеліальної, м'язової та сполучної тканин стінкі тонкої та товстої кишки у нормі та патології.

Анотація наукової статті за медичними технологіями, автор наукової роботи - Ушенко О.Г., Вовк Ю.М., Антонюк О.П..


Область наук:

  • Медичні технології

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал: Вісник проблем біології и медицини


    Наукова стаття на тему 'Лазерна поляріметрічна діагностика епітеліальної, м'язової та сполучної тканин'

    Текст наукової роботи на тему «Лазерна поляріметрічна діагностика епітеліальної, м'язової та сполучної тканин»

    ?photodiode polymerizer. The best marginal seal was observed in case of double-layer application of adhesive system with polymerization of each of them with luminous flux of photodiode polymerizer with a constantly high intensity.

    Prospects for further research. The long-term clinical investigations regarding the dental restoration with marginal seal assessment as well as marginal coloration and secondary caries are planning to be conducted.

    Key words: nano photo-cured composite material, adhesive system, marginal seal, micro-permeability, laboratory assessment.

    Рецензент - проф. Ткаченко I. М. Стаття наджшла 22.01.2019 року

    DOI 10.29254 / 2077-4214-2019-1-1-148-247-250 УДК 611.018.6 + 611.018.2]: 611-073.55 1Ушенко О. Г., 2Вовк Ю. М., 3Антонюк О. П.

    Лазерні ПОЛЯРІМЕТРІЧНА Д1АГНОСТІКА ЕП1ТЕЛ1АЛЬНО1 ', М'ЯЗОВОТ ТА СПОЛУЧНО1' Тканини 1Буковінській нацюнальній ушверсітет 1мен1 Юрт Федьковича (м. Чершвц1) 2Харк1вській нацюнальній медичний ушверсітет (м. Хармв) 3Віщій державний навчальний заклад УкраУні «Буковинський державний медичний ушверсітет» (м. Черн1вц1)

    Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Зв'язок публшацп з плановими науково-до-слiднімі роботами. Робота виконан в рамках НДР «Особлива морфогенезу та топографії систем I органiв у пре- та постнатальному перiод онтогенезу людини», № державно'1 реестраці 0115і002769 (2015-2019 рр.).

    Вступ. Розсiювання оптичні віпромшювання [1,2] бiологiчнімі об'єктах i середовище роз-глядаеться у набліженш статистичного усереднення фотометрічніх i полярізацшніх параметрiв. Най-бiльшого розповсюдження Набуль методи дiaгнос-тики на основi Вивчення полiв розсiяного віпромшювання засоби класичну! Фотометри [3,4], стокс-поляріметрп та Мюллер-матрично! оптики [5,6]. Паралельно до ціх наукових напрямiв розви-валися лазернi методи дослiдження оптико-неодно-рiдніх бiологiчніх структур - кореляцшна оптика й оптика спеклiв [7,8], як Використовують у якост1 зонду когерентне поляризація віпромшювання.

    Одними iз дерло систематичність ЗАСТОСУВАННЯ вектор-параметричного та матричного формалiзму в аналiзi процеав розсiювaння лазерного полярізова-ного віпромшювання бюлопчнімі об'єктах стали роботи [5]. Тут виклад основи оптічноТ когерентно! томографп, яка вікорістовуе нізькокогерентну штерферометрш с ограниченной когерентнiстю для пошаровіх збережений тканин на глибин до двох ми лiметрiв з мтронною роздiльною здaтнiстю.

    Ефектівнiсть Джонс-матричного картографуван-ня у дiaгностіцi оптико ашзотропніх структур бю-логiчніх тканин рiзних тіпiв стала базисом для ві-конання бiльш загально завдання - систематизації та класіфтаці оптичних властівостей Усього рiзно-мaнiття таких об'еклв. Всi розподiлі мaтріцi Джонса й. (Х, у) е координатно-неоднорщнімі, Утворення неперервно змiною локальних значень матричних елеменлв в кожнiй точц вiртуaльно! бiологiчніх тканин. Для вах розподiлiв елементiв мaтріцi Джонса характери локальш екстремум рiзних знамв та рiз-ною величини. Причем дiaпaзон змiни шкірного з елеменлв й.к (х, у) максимально лежить у межах вщ -1 до +1. Змша форми фiбріл віявляються у зми координатного Розташування локальних екстремумiв йк (х, у), змiнi! Х пiвшіріні, тощо. Для полного ста-

    тістічного Описання Густиня ймовiрностi розподшу будь-которого елементів й.к (х, у) матриць Джонса Бюло-гiчніх тканин достаточно мати шформацш про зна-чення чотірьох статистичних елементiв R (i) (середньо R (1), дісперсiя R (2), aсіметрiя R (3), ексцес R (4)) [7,8].

    Актуaльнiсть дослщження зумовлена ​​необхщ-нiстю розробки Нових модельних уявлень про про-цесі превращение амплп "удно-фазових пaрaметрiв лазерного віпромшювання бюлопчніх тканин; по-шуку Нових методiв статістічноТ, фрактально !, поля-різацшно-сингулярно! Та вейвлет-дiaгностікі струк-тури таких мереж для розробки об'єктивного методик оцшювання та діференщацп таких ЗМШ, зумовленіх Виникнення патології людського оргашзму.

    Мета дослiдження: Встановити критерії лазерних збережений ЄПП ^ ально !, м'язово! та сполучно! тканин в нормi та патології на заснований вікорістaннi лазерного зображення координатного розподту елементів матриць Джонса та пстограмі его значень.

    Об'єктах i методи дослщження. Використовують три групи пстолопчніх зрiзiв: "А" - тканини еште-лiю (стiнкa Товста! Кишки - 9 мтропрепаралв); "Б"

    - м'язово! тканини (гладенький м'яз - 11 мтропре-паралв); "В" - Дермальная куля (стшкі живота - 10 мтропрепаралв); Б1 "- гiстологiчнi зрiзі гладкого м'яза стiнки живота - 10 мтропрепаралв;" Б2 "

    - пстолопчш зрiзі поперечно-Смугаста м'язи - 12 мтропрепаралв; "Б3" - пстолопчш зрiзі тканини ми окарду - 10 мтропрепаралв; стiнки тонко! та Товста! кишки в нормi та патології (сепсис) - 10 мтропрепа-ралв.

    На рис. 1 показано оптичні схему поляриметра для вімiрювaння сукупностi координатно розпо-дiлiв дшсно! та уявно! складових! елементiв матриць! Джонса бюлопчніх тканин.

    Розв'язанню такого завдання присвячено цикл праць [1-8], де вімiрювaння координатно розподі лiв матричних елеменлв здiйснювaлось у оптично-му розтaшувaннi, что наведено на рис. 1. Методика обчислення елеменлв мaтріцi Джонса наведена у робот [9]. Згiдно з клaсіфiкaцiйнім пщходом, до-слiджено Джонс-мaтрічнi зображення у набліженн1 Двокомпонентне! аморфно-Кріа ^ чно! Структури оптично-тонких пстолопчніх зрiзiв трьох основних

    Мал. 1. оптичні схема вим ^ рювання координатно розподИв елеменлв матриць!

    Джонса. 1 - Чи не перші лазер; 2 - кол ^ матора; 3, 5 ^ 8 - чвертьхвільов ^ пластинки;

    4 ^ 9 - поляризатори; 6 - об'єктах (пстолопчній зр ^ з); 10 - цифрова камера;

    11 - персональний комп'ютер.

    тішв бюлопчніх тканин (ештел1аль-нот, м'язовоТ та сполучноТ) людини.

    Результати дослщження та Тх обго-Ворен. Основнi результати, тюстру-ють коордінатнi розподті та пстогра-ми значень елеменлв матриць Джонса гiстологiчніх зрiзiв ештелiальнот (рис. 2), м'язовоТ (рис. 3) та сполучноТ тканин (рис. 4).

    Аналiз Даних дослiдження виявило можли ^ ь Шляхом порiвняльного дослiдження дiапазонiв змiни статис-тичних моментiв 1-го - 4-го порядшв, якi характеризують розподiлі ледве-ментiв матріцi Джонса пстолопчніх зрiзiв рiзних тіпiв бюлопчніх тканин, розв'язання проблеми класіфтаці

    оптичних властівостеі lхнiх оптично-анiзотропніх структур.

    Важлівім результатом ставши вста-новлення факт того, что коордінатн1 розподті елеменлв матріцi Джонса гiстологiчного зрiзу ЄПП ^ альноТ тка-Ніні (рис. 2) вщтворюють геометричний-ну конфiгурацiю фiбрілярноТ мережi, но з меншим масштабом [9,10]. Для Джонс-матричних збережений пстолопчного зрiзу м'язовоТ тканини (рис. 3) спостеркаються аналогiчнi бiльш ві-сокочастотнi, як i для тканини еште-лiю, закономiрностi. Тут обг'рунтоваш фiзічнi причини формирование координатно розподИв елементiв матриць!

    Мал. 4. Джонс-матричні зображення пстолопчного 3pi3y сполучноТ тканини (Дермальная куля).

    Мал. 2. Джонс-матрічш зображення пстолопчного 3pi3y ештел ^ альноТ тканини.

    Мал. 3. Джонс-матричні зображення пстолопчного зр ^ зу м'язовоТ тканини.

    Джонса м'язовоТ тканини - фазовий модулями за рахунок дисперсії напрямiв оптичних осей мiозіновіх фiбріл, ЯК-1 формують просторово впорядкован1 м'язовi пучки.

    Експеріментальш вімiрювання координатно розпод ^ в матричних ледве-ментiв D.k (x, у) проводити в 10 точках шкірного окремий мтропрепарату бюлопчноТ тканини. Дiапазонiв змiни AR (i) статистичних моменлв R (i) координатної розподiлiв матриць наведенi в таблиць! 1.

    У таблиць! 2 наведе дат про ве-личини дiапазонiв змiни AR (i) статистичних моментiв R (i) координатної розпод ^ в матріцi Джонса для бюлопчніх тканин; "Б1" - пстолопчш зрiзі гладкого м'яза стiнки живота - 10 мтропрепаралв; "Б2" - пстолопчш зрiзі поперечно-Смугаста м'язи - 12 мтропрепаралв; "Б3" - пстолопчш зрiзі тканини мiокарду - 10 мтропре-паратiв.

    У таблицях 3 та 4 представлений! статістічш моменти i кореляцшш па-параметром розподiлу елементів йп (х, у) матріцi Джонса та фазового Зсув

    Ав11 (х, у) у нор | ^ та патології стшкі тонко! кишки та Товста! кишки вщповщно.

    Таким чином, експериментально ві-явлено дiапазоні змiни статистичних моментiв ДR (i) розподiлi матріцi Джонса та статістічш моменти i кореляцiйнi Параметри розподiлу елементів йп (х, у) матріцi Джонса та фазового Зсув Д631 (х, у) стшкі (епiтелiально !, м ' Язов! та спо-лучно! тканин) тонко! та Товста! кишки у нормi та патології.

    Висновки. Проведень аналп ~ ічній огляд лтературном дослiдження з Опису полярізацiйніх проявiв оптично! ашзо-стежки бiологiчніх тканин, дозволяе про - [ "рунтуваті доцiльнiсть синтезу парщаль-них матриць Джонса на основi модел1 багатошаровіх полiкрісталiчніх мереж з лшшнім i циркулярний двопромене-заломлених для класіфтаці поляри-зацшніх властівостей бiологiчніх тканин. Встановлено оптико-фiзічнi критеріїв характеристики полярізацiйніх проявiв розподiлiв напрямiв оптичних осей I двопроменезаломлення! епiтелiальноi, м'язово! та сполучно! тканин у нормi та патології на основi аналiзу координатно! Структури елементiв матріцi Джонса.

    Перспективи подалі досл джень. Лазерні поляріметрічну дiа-гностику можна вікорістаті для бюпсі бiологiчніх тканин при патології.

    Таблиця 1.

    Дiапазоні змiни статистичних моменлв R (i) розподiлу матриць! Джонса

    AR (i) D22 D = D

    "A" "Б" "В" "A" "Б" "В" "A" "Б" "В"

    AR (1) 0,45 ± 4% 0,53 ± 6% 0,61 ± 7% 0,46 ± 5% 0,51 ± 4% 0,56 ± 6% 0,27 ± 5% 0,35 ± 8% 0,41 ± 9%

    AR (2> 0,173 ± 3% 0,187 ± 5% 0,191 ± 4% 0,164 ± 5% 0,19 ± 6% 0,194 ± 4% 0,167 ± 7% 0,163 ± 9% 0,182 ± 8%

    AR (3) 290 ± 11% 95 ± 9% 149 ± 14% 269 ± 13% 91 ± 10% 211 ± 11% 64 ± 8% 72 ± 7% 81 ± 11%

    AR (4) 185 ± 12% 95 ± 15% 330 ± 17% 164 ± 13% 89 ± 14% 480 ± 18% 107 ± 9% 119 ± 11% 132 13%

    Таблиця 2 Дiапазоні змiни статистичних моментiв AR (i) розподiлi матріцi Джонса

    AR (i) D "D22 D = D

    "Б1" "Б2" "Б3" "Б1" "Б2" "Б3" "Б1" "Б2" "Б3"

    AR (1) 0,51 ± 5% 0,62 ± 7% 0,49 ± 9% 0,61 ± 8% 0,53 ± 7% 0,47 ± 5% 0,68 ± 6% 0,71 ± 9% 0,74 ± 8%

    AR (2) 0,193 ± 5% 0,186 ± 7% 0,194 ± 6% 0,191 ± 5% 0,195 ± 9% 0,189 ± 7% 0,189 ± 6% 0,15 ± 8% 0,16 ± 10%

    AR (3) 119 ± 13% 105 ± 11% 99 ± 11% 101 ± 12% 108 ± 15% 112 ± 13% 79 ± 9% 71 ± 11% 83 ± 13%

    AR (4) 103 ± 15% 107 ± 11% 97 ± 11% 114 ± 13% 119 ± 16% 108 ± 17% 101 ± 12% 109 ± 13% 113 ± 11%

    Таблиця 3.

    Статістічш моменти i кореляцiйнi Параметри розподiлу елементів D11 (х, у) матріцi Джонса та фазового Зсув Дб (х, у) стшкі тонко! кишки

    Параметри Dii (х, у) норма Dii (х, у) сепсис ABii (х, у) норма ABii (х, у) Сепсис

    Середнє 0,22 ± 3% 0,25 ± 9% 0,18 ± 5% 0,15 ± 7%

    Дисперии 0,31 ± 7% 0,22 ± 6% 0,24 ± 14% 0,35 ± 17%

    Асіметр1я 3,74 ± 6% 1,89 ± 11% 0,24 ± 15% 1,89 ± 13%

    Ексцесс 1,94 ± 9% 3,78 ± 8% 2,73 ± 16% 1,71 ± 15%

    П1вшіріна, L 0,02 ± 11% 0,21 ± 13% 0,11 ± 9% 0,26 ± 13%

    Дисперии, W 0,17 ± 14% 0,03 ± 9% 0,19 ± 6% 0,13 ± 11%

    Таблиця 4.

    Статістічш моменти i кореляцшш Параметри розподшу елементів

    Dil (х, У) матриць Джонса та фазового Зсув Д8 (х, у) стiнки товсто'Г кишки

    Параметри Du (х, у) норма Du (х, у) сепсис ABii (х, у) норма ABii (х, у) сепсис

    Середнє 0,32 ± 7% 0,24 ± 4% 0,14 ± 9% 0,18 ± 11%

    Цісперс1я 0,37 ± 5% 0,45 ± 6% 0,75 ± 12% 0,52 ± 14%

    Асіметр1я 13,7 ± 8% 6,9 ± 7% 0,56 ± 15% 1,05 ± 9%

    Ексцесс 15,4 ± 8% 44,4 ± 11% 0,85 ± 11% 3,69 ± 13%

    П1вшіріна, L 0,14 ± 5% 0,091 ± 9% 0,08 ± 9% 0,06 ± 7%

    Цісперс1я, W 0,09 ± 11% 0,13 ± 8% 0,14 ± 14% 0,36 ± 11%

    лiтература

    1. Ushenko AG. Polyarizatsionnaya struktura biospeklov i depolyarizatsiya lazernogo izlucheniya. Opt. i spektr. 2000; 89 (4): 651-4. [In Russian].

    2. Ushenko OH, Pishak VP, Anhelskyy OV, Yermolenko SB, Hryhoryshyn PM. Lazerna polyarymetrychna diahnostyka v biolohiyi ta medytsyni. Pid red. VP Pishaka i OG Ushenka. Chernivtsi: Medakademiya; 2000. 271 s. [In Ukrainian].

    3. Angelskiy OV, Burkovets DN, Kovalchuk AV, Khanson SG. Fraktalnoye opisaniye sherokhovatykh poverkhnostey. Appl. Optik. 2002; 41: 4620-9. [In Russian].

    4. Ushenko AG. Vektornaya struktura lazernykh biospekl-poley i polyarizatsionnaya diagnostika kollagenovykh struktur kozhi. Lazernaya fizika. 2000; 10 (5): 1143-9. [In Russian].

    5. De Bur DF, Milner TE, Nelson DzhS. Dvumernaya vizualizatsiya dvoynogo lucheprelomleniya v biologicheskoy tkani s ispolzovaniyem fazovoy i polyarizatsionno-chuvstvitel'noy opticheskoy kogerentnoy tomografii. Optik Lett. 1997; 22: 934-43. [In Russian].

    6. Pishak VP, Ushenko OG, Anhelskyy OV. Lazerna polyarymetrychna diahnostyka v biolohiyi ta medytsyni [monohrafiya]. Pid red. VP Pishaka ta OH Ushenka. Chernivtsi: Medakademiya; 2000. 305 s. [In Ukrainian].

    7. Anhelskyy OV, Ushenko AH, Pishak VP. Polyaryzatsiyno-korelyatsiyna obrobka zobrazhen statystychnykh ob'yektiv u vizualizatsiyi ta topolohichnoyi rekonstruktsiyi yikh fazovoyi neodnoridnosti. Proc. SPIE. 1999; 4016: 419-24. [In Ukrainian].

    8. Ushenko YuA, Olar OI, Dubolazov AV. Myuller-matrychna diahnostyka optychnykh vlastyvostey, vlastyvykh polikrystalichnym merezham plazmy krovi lyudyny. Fizyka napivprovidnykiv, kvantova elektronika ta optoelektronika. 2011 року; 14 (1): 98-105. [In Ukrainian].

    9. Ushenko OG, Pishak VP, Anhelskyy OV, Yermolenko SB, Pishak OV, Ushenko SA. Lazery v biolohiyi i medytsyni. Chernivtsi: Medakademiya; 2000. 277 s. [In Ukrainian].

    10. Tuchyn VV. Yssledovanye byotkaney metodamy svetorasseyanyya. Uspekhy fyz. nauk. 1997; 167: 517-39. [In Russian].

    Лазерні ПОЛЯРІМЕТРІЧНА Д1АГНОСТІКА ЕП1ТЕЛ1АЛЬНОТ, М'ЯЗОВОТ ТА СПОЛУЧНО1 тканини Ушенко О. Г., Вовк Ю. М., Антонюк О. П.

    Резюме. Експериментально Виявлено дiапазоні змші DR (i) статистичних моменлв 1-го-4-го порядкiв розподiлi матриць Джонса та статістічш моменти, кореляцiйнi параметрів (середньо, дисперии, асіметрiя, ексцес, твшіріна L, дісперсiя W), розподiлу елементів D11 (х, у ) матріцi Джонса та фазового Зсув Д611 (х, у) для епiтелiальноT, м'язовот та сполучноТ тканин стiнки тонкоТ та товстоТ кишки у нормi та патології. Ключовi слова: лазерна поляріметрiя, бiологiчнi тканини.

    Лазерна поляриметричної ДІАГНОСТИКА епітеліальних, М'ЯЗОВОЇ І СПОЛУЧНОЇ ТКАНЕЙ

    Ушенко А. Г., Вовк Ю. М., Антонюк О. П.

    Резюме. Експериментально виявлено діапазони зміни DR (i) статистичних моментів 1-го-4-го порядків розподілі матриці Джонса і статистичні моменти, кореляційні параметри (середнє, дисперсія, асиметрія, ексцес, полушіріна L, дисперсія W), розподілу елемента D11 (х, у ) матриці Джонса і фазового зсуву Д0 (х, у) для епітеліальної, м'язової та сполучної тканин стінки тонкої і товстої кишки в нормі та патології.

    Ключові слова: лазерна поляриметрия, біологічні тканини.

    LASER POLARIMETRIC DIAGNOSTICS OF EPIELINE, MUSCULAR AND CONNECTIVE TISSUES Ushenko A. G., Vovk Yu. N., Antonyuk O. P.

    Abstract. The aim of the study was to determine the criteria for laser images of epithelial, muscular and connective tissue in normal and pathology based on the use of a laser image of the coordinate distribution of the element of the Jones matrix.

    The object and methods of research. Three groups of histological sections are used: "A" - tissue of the epithelium (wall of the colon - 9 microdermabrasions); "Б" - muscle tissue (smooth muscle - 11 micropreparations); "B" -dermal layer (walls of the abdomen - 10 micropreparations); "Б1" - histological sections of the smooth muscle of the abdominal wall - 10 microdermabrasions; "Б2" - histological sections of transversal-striatal muscle -12 microdermabrasions; "Б3" - histological sections of the tissue of the myocardium - 10 microdermabrasions; walls of the small and large intestine in norm and pathology (sepsis) - 10 micropreparations and the histogram of its values.

    The experimentally found ranges of variation DR (i) of the statistical moments of the 1st-4th orders of the distribution of the Jones matrix and statistical moments, correlation parameters (average, variance, asymmetry, kurtosis, half-width L, variance W) , the distribution of the element D11 (х, у) of the Jones matrix and phase shift Дв11 (х, у) for epithelial, muscular and connective tissue walls of the small and large intestine in health and pathology.

    The main results illustrate the coordinate distributions and histograms of the values ​​of the elements of the Jones matrix histological sections of the epithelial, muscular and connective tissues. The analysis of the research data revealed the possibility by comparative study of the ranges of changes in the statistical moments of the 1st - 4th orders that characterize the distribution of elements of the Jones matrix of histological sections of various types of biological tissues, and the problem of classification of the optical properties of their optically anisotropic structures. An important result was the fact that the coordinate distributions of the elements of the Jones matrix histological section of the epithelial tissue reproduce the geometric configuration of the fibrillar network, but with a smaller scale. For Johns-matrix images of the histological cut of muscle tissue, similar higher-frequency, as for epithelium tissue, patterns are observed. Here the physical reasons for the formation of coordinate distributions of the elements of the Johns muscle tissue matrix are grounded - phase modulation due to the dispersion of the directions of the optical axis of myosin fibrils, which form spatially ordered muscle bundles. The difference between the laser image and the ranges of the statistical moments of the distribution of the Johns matrix of biological tissues (epithelial, muscular and connective tissue) in norm and pathology was experimentally revealed.

    Conclusions. An analytical review of literary studies on the description of the polarization manifestations of optical anisotropy of biological tissues has been carried out. It is possible to substantiate the expediency of the synthesis of partial Jones matrices on the basis of the model of multilayer polycrystalline networks with linear and circular birefringence refraction for the classification of the polarization properties of biological tissues. The optical-physical criteria of polarization manifestations of directions of optical axes and birefringence of epithelial, muscular and connective tissues in norm and pathology on the basis of analysis of the coordinate structure of elements of the Jones matrix are determined.

    Key words: laser polarimetry, biological tissues.

    Рецензент - проф. покинув чоловік Г. А.

    Стаття надшшла 20.01.2019 року


    Ключові слова: лазерні ПОЛЯРІМЕТРіЯ /Біологічні ТКАНИНИ

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити