Спосіб визначення розподілу оріентації та ступеня мінералізації фібрил колагенових волокон кісткових трабекул

MKBA61 X.5/06; G 0\K 33/48 СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ РОУІОДНЇУ ОРІЄНТАЦІЇ ТА СТУПЕНЯ МІНЕРАЛІЗАЦІЇ ФІБРИЛ КОЛАГЕНОВИХ ВОЛОКОН КІСТКОВИХ ТРАБЕКУЛ Спосіб відноситься до фізичної оптики та медицини і може бути використанний для дослідження орієнтації фібрил колан^енових волокон кісткових трабекул та ступеня Lx мінералпації, що актуально, як в аналізі внутрішньої архітектоніки кістки, пов'язаному з діагностикою мармурової хвороби, хвороби Цеджета, акромегалії, ОСТЄОМІЄШДИСШЕШЇ, так і в об'єктивному визначенні міцності кісток природнього та тіпучного походження. Аналогом запропонованого способу є метод, описанний в [ 1 ] Тут використовують поіїяршятішгоій мікроскоп, формують мікроскопічне зображення мікропрепарата кістки в схрещенних поляршаторі-аналізаторі, візуально оїдіннжхгь орісні^щію фібрил колагенових волокон кісткових тр аб екул по напря м ках ос штлен них д іля тю к у м ікрос ко піч ном у І юляртаги: цйному ^зображенні мікропрепараїв кі стки, (>т Ц нк *оть загальну площу зображення її оптично активних сф^тстур Основним не;{оліком способу, описаного в [ 1 ], с ші:л^са ТО«ЇЇПССЬ в оідшд орієнтаирі фібрил колагенових волокон кісткових трабекул та неможливість проведення об'єктивних вимірювань як орієнтації окремих пучків фібрил, так і імовірнісного розподілу їх орієнтацій у вой площині мікропрепарата кістки, а також визначення ступеня ід мінералізації . Задача даного винаходу полягала у розширенні функціональних можливостей визначення імовірнісного розподілу орієнтацій фібрил колагенових волокон кісткових трабекул та ступеня їх мінералізації при одночасовому підвищенні точності вимірювання за рахунок прецезійного вимірювання розподілу азимутів та еліпшчностей поляризації лазерних коливань у біоспеклах [ 2 ] когерентного мікроскопічного зображення мікропрепарата кістки. Пхяавлена задача розв'язувалася за допомогою того, що використовують висококогерентне лінійно поляризоване випромінювання, орієнтують вісь пропускання лінійного поляризатора та вісь найбільшої швидкості фазовокомпенсуючої пластинки паралельними площині падіння, проеціюють когерентне зображення (ансамбль біоспеклів) мікропрепарата кістки у площину вимірювань, сканують когерентне зображення ансамбля біоспеклів за порядковою траєкторією, виділяють області окремих біошеклів, обертають лінійний аналізатор навколо оптичної вісі, послідовно вимірюють максимальний Іпш та мінімальний 1^ рівні інтенсивності когерентною зображення окремого бюспекла, визначають азимут поляризації а лазерних коливань у біоспеклі, обертають фазовокомпенсуючу ішастинку навколо оптичної вісі і визначають кут обер'ївння % > ПРИ якому мінімальний рівень інтенсивності когерентного зображення біоспекла перетворюється у нульовий (Ітш = 0), за якими судять про розподіл орієнтації фібрил колагенових, волокон кісткових трабекул та ступінь їх мінералізації. Нддовідність критерію 'новизна' пропонуємому способу забезпечує використання висококогерентного лінійно поляризованного випромінювання, проешовання когерентного зображення (ансамбль біоспеклів) мікропрепарата кістки у площину вимірювань, орієнтащя вісі пропускання лінійного поляризатора та вісі найбільшої швидкості фазовокомпенсуючої пластинки паралельними площині падіння^сканування когерентного зображення ансамбля бюспекжв за порядковою траєкторією, виділення області окремих біоспеклів, обертання лінійного аналізатора навколо оптичної вісі, послідовне вимірювання максимального 1^ та мінімального Іпш рівнів інтенсивності когерентного зображення окремого біоспекла, визначення азимута поляризації а лазерних коливань у біошеклі, обертання фазовокоменсуючої пластинки навколо оптичної вісі та визначення кута х^ Щ>и -якому мінімальний рівень інтенсивності когерентного зображення біоспекла пфетворюється у нульовий (1^ = 0), за якими судять про розподіл орієнтації фібрил калагенових волокон кісткових трабекул та ступінь їх мінералізації . * Е^шахідницький рівень4 пропонуємого способу забезпечується новою сукупністю дій, яка призводить до розширення функціональних можливостей при визначенні імовірнісного розподілу орієнтації фібрил колагенових волокон кісткових трабекул та ступеня їх мінфалізації при підвищенні точності вимірювання. ^очевидність розв'язку даної задачі випливає з того, що ні в одному з розглянутих нами аналогів пропонуємого способу не зустрічається: сканування за порядковою траєкторією когерентного зображення біоспекшв мікропрепаратакістки, послідовного вимірювання їх максимального і мінімального рівнів інтесивності та азимутів поляризації світлових коливань, обертання фазовокомпенсуючої пластинки на кут при якому мінімальний рівень інтенашності когфентного зображення біоспекла пфетворюється у нульовий. Розглянемо основні теоретичні припущення способу. Лінійно поляризований висококоі^фентний пучок найбільш повно описується за допомогою вектора Стокса [ 2 J наступного вигляду: 1 cos2r/0 (1) 0 Тут аь - азимут поляризації падаючої на досиджуваний зразок лазерної хвилі. Дія фшовокомпенсуючої пюстинки на поляризаційну структуру опромінюючого висококогерентного пучка описується матри1 u іим операторов 2 ] о 0 0 к — sin2p; (2) U О р - кут 0,5sin4p; О Туг OOS Z/7, sin2p; орієнтації -cos2p- 5 оа найбільшої 1 О нівидкості у плоиі^ші фазовокомпенсуючої пластинки. Коли P -OQ , TO об'єкт опромінює лазерна хвиля із параметрами поляршаїдї, що задаються вектором Огокса So , при проходженні іякої хвилі крізь область впорядкованної орієнтсіиц фібрил коііагенових волокон кісткових грабекул на їх поверхні формується біошекл оптичні параметри якого визначаються наступним рівнянням: де {ф) - матричний оператор, який описує оптичні властивості області впорядкованної структури пучків фібрил : {Р можна однозначно визначити параметри орієнтації р" та ступеня мінералізації С фібрил колагенових волокон кісткових трабекугг та відповідні їм топологічні Запропонованими аюсоб пояснюється блок-схемою на рис 1. Вона вміщує наступні блоки-оператори, розміщені у такій функціонагіьнж послідовності випромініовагіший блок 1, поляргааідйний блок 2, об'єктний блок З іфоелювалший блок 4, блок виділення біоспеклів у когерентному зображенні 5, поляризаііщно-аналізуючий блок 6, блок обробки даних 7, блок сканування 8. На рис.2 наведена схема пристрою, що реалізує запропонований спо інтеисивносп ( \т) перетворюється у нульовий (\аі ^ 0). За допомогото ЕОМ 13 обчислюють ступень мінералізації Далі приймалшо-аналізуючий вузол S - 11 кроковими двигунами 14, 15 Пфемішується в іншу ділянку когерентного зображення мікрогірешрата КІСТКИ І ЗНОВУ ОТРИМУЄТЬСЯ СУКУПНІСТЬ ДаНИХ 4всАш^Р) Таким чином визначається координатний (топоіюгічний) розподіл випадкових орієнтацій фібрил колагенових вошкон КІСТКОВИХ трабекул та ступеня їх мінералізації. Реалізація даного способу забезпечує нові функціональні можливості в розв'язку задачі по визначенню топологічного розподілу випадкових орієнтацій фібрил колагенових волокон кісткових трабекул та ступінь їх мінералізації при точності вимірювання, яка складає 10" -15", 10^ , що не досягається у прототипі. ЛІТЕРАТУРА 1. Богонатов Б.Н Структура пластинок остеона // Арх. анат, гистол и эмбриол. - 1975. - т.69. - №8. ~ С.56 - 61, 2. Угаенко АГ., Ермоленко СБ., ЬЬдужко MA ГЬляризационноинтерффенгдионная диагаостика внутренних Дефектоскопия. - 1991. - №6. - С.83-88. напряжений. // СГЮСІБ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗГЮДІЛУ ОРІШГАЦЇ ТА СГУ1ЕНЯ МІНЕРАЛІЗАЦІЇ ФІБРИЛ КОЛАГЕНОВИХ ВОЛОКОН КІСТКОВИХ ТРАБЕКУЛ 1 2 ------ 3 4 б 5 7 н Рис. і А \ її 12 14 S 7 10 15 Рис. 2