Спосіб оцінки структури мережі міозинових фібрил м’язової тканини

Реферат: UA 86731 U UA 86731 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до медицини, а саме до терапії, і може бути використана при діагностиці міозинових фібрил м'язової тканини. Відомо, що поляризаційно-кореляційний підхід використовують до аналізу просторовокоординатних розподілів полів когерентного випромінювання, кореляційних взаємозв'язків між фазовими зсувами та поляризаційно-сингулярними станами різних точок лазерних зображень. Існує можливість використання таких параметрів в описанні оптичної анізотропії двопроменезаломлюючих мереж біологічних тканин на основі кореляційного аналізу координатних розподілів елементів матриці Мюллера - мюллер-матричних зображень гістологічних зрізів біологічних тканин різної морфологічної будови та фізіологічного стану. Разом з тим, поляризаційна корелометрія потребує подальшого розвитку. В першу чергу, для розширення функціональних можливостей діагностики оптичної анізотропії біологічних шарів потрібний синтез як статистичного (одноточкового), так і кореляційного (двоточкового) напрямків аналізу топографічної структури мюллер-матричних зображень і полів лазерного випромінювання, перетвореного мережами біологічних кристалітів /О.Г. Ушенко, Т.М. Бойчук, О.П. Пересунько, В.П. Унгурян. - Чернівці: Чернівецький нац. ун-т., 2010. - 576 с). Аналогом способу є дослідження J. Shuliang et al. (Optical fiber based Mueller optical coherence tomography /J. Shuliang, Yu. Wurong, G. Stoica, V. Lihong //Optics Letters. - 2003. - Vol. 28, № 14. - P. 1206-1208), в якому використовується лазерна поляриметрія для ранньої діагностики патологічних змін у дермі шкіри, епітеліальної і сполучної тканини статевих органів жінки. Недолік аналога-способу є те, що не використовуються поляризаційні сингулярності і комплексний ступінь взаємної поляризації лазерного зображення. Прототипом способу є дослідження X. Wang, L.-H. Wang (Wang X. Propagation of polarized light in birefringent turbid media: a Monte Carlo study /X. Wang, L.-H. Wang //J. Biomed. Opt. - 2002. Vol. 7. - P. 279-290), яке обґрунтовує взаємозв'язок між ансамблем статистичних моментів 1-4 порядків для орієнтації фазової структури двозаломлюючих біологічних тканин, архітектоніки і 2D-розподілу азимутів еліптичності їх лазерного зображення. Недолік прототипу-способу полягає в тому, що не використовуються поляризаційні сингулярності, комплексний ступінь взаємної поляризації лазерного зображення, а також просторово-орієнтаційна структура "поляризофот". Суть корисної моделі: визначення координатних розподілів поляризаційних сингулярностей, комплексного ступеня взаємної поляризації лазерного зображення, просторово-орієнтаційної структури "поляризофот" і формування поляризаційно-кореляційних контурів, що дозволить покращити діагностику мережі міозинових фібрил м'язової тканини. Ознаки корисної моделі: поляризаційні лазерні зображення; координатниий розподіл еліптичності поляризації точок: "поляризофоти"; автокореляційна функція; поляризаційно-кореляційний контур. Спільними ознаками прототипу та способу, що заявляється, є те, що для аналізу оптикоанізотропних біологічних тканин використовуються поляризаційні лазерні зображення. Відмінність корисної моделі від прототипу наведено в табл. 1. Таблиця 1 Порівняння корисної моделі та прототипу за ознаками Ознаки поляризаційні лазерні зображення координатний розподіл еліптичності поляризації точок "поляризофоти" автокореляційна функція поляризаційно-кореляційний контур Корисна модель використовується Прототип використовується використовується не використовується використовуються використовується використовується не використовуються не використовується не використовується 45 Визначення термінів, які використовуються при описі винаходу: координатниий розподіл еліптичності поляризації точок, "поляризофоти", автокореляційна функція, поляризаційнокореляційний контур. 1 UA 86731 U 5 10 15 20 25 30 Теоретичні передумови здійснення способу, що заявляється. Кореляційний аналіз поляризаційної мапи еліптичності зображення гістологічного зрізу м'язової тканини виявляє швидке спадання відносних значень відповідної автокореляційної залежності зі збільшенням координати зсуву у порівнянні з аналогічною функцією, отриманою шляхом комп'ютерного моделювання. Даний факт указує на більш виразний вплив статистичної компоненти поляризаційного розподілу значень еліптичності, який формується за рахунок низки фізичних факторів: дисперсії орієнтації оптичних осей міозинових фібрил, яка призводить до розширення та швидшої координатної зміни величини еліптичності поляризації в площині зображення; дисперсії поперечних геометричних розмірів двопроменезаломлюючих міозинових фібрил, яка формує складнішу двопроменезаломлюючу частотно-фазову модуляцію у порівнянні з модельними розрахунками; актів багатократної взаємодії лазерного випромінювання із парціальними фібрилами, що приводить до усереднення локальних величин еліптичності точок зображення. Спосіб здійснюється наступним чином. Оптична схема вимірювання координатного розподілу двоточкових кореляційних параметрів об'єктних полів і параметрів оптичної анізотропії полікристалітних мереж шару біологічної тканини зображено на Фіг. 1. Позначення на схемі поляриметра: 1 - He-Ne лазер; 2 - коліматор; 3 - стаціонарна чвертьхвильова пластинка; 5, 8 - механічно рухомі чвертьхвильові платстинки; 4, 9 - поляризатор і аналізатор відповідно; 6 - об'єкт дослідження; 7 - мікрооб'єктив; 10 - CCD камера; 11 - персональний комп'ютер. 4 Опромінювання проводиться колімованим пучком (радіус r=10 мкм) He-Ne лазера =0,6328 мкм. За допомогою поляризаційного освітлювача (чвертьхвильові пластини 3, 5 і поляризатор 4) формувалися відповідні стани поляризації освітлюючого пучка: 1 - 0°: 2 - 90°; 3 - 45°; 4 -  (права циркуляція). Поляризаційні зображення гістологічного зрізу зразка формувались у площині світлочутливої площини (800600) CCD камери 10 за допомогою мікрооб'єктива 7. Аналіз зображень гістологічних зрізів біологічних тканин проводився системою чвертьхвильова пластинка 8 - поляризатор 9. Методика визначення координатного розподілу поляризаційних сингулярностей і комплексний ступінь взаємної поляризації зображення біологічної тканини полягала в такій послідовності дій. 1. За допомогою CCD-камери 10 (у відсутності аналізатора 9) вимірювався координатний  r11, ... r1m    I ... ... ...    розподіл інтенсивності лазерного зображення  rn1 ... rnm  біологічної тканини. 35 2. Установлювався аналізатор 9, площина пропускання якого послідовно орієнтувалася під кутами =0° і =90° і вимірювалися масиви значень інтенсивності  r11, ... r1m   r11, ... r1m      I(0)  ... ... ... ; I(90)  ... ... ...  r  r   n1 ... rnm   n1 ... rnm  . 3. Змінюючи положення площини пропускання аналізатора 9 у межах   0     0   , визначали значення мінімальних і максимальних рівнів інтенсивності зображення для кожного  r11, ... r1m   r11, ... r1m      I min  ... ... ... ; Imax ... ... ...  r  r   n1 ... rnm   n1 ... rnm  40 окремого пікселя ( n  m ) CCD-камери i відповідні їм кути повороту площини пропускання аналізатора. 4. Розраховували координатні розподіли станів поляризації світлових коливань зображення біологічної тканини. 5. Отримували карту однократно вироджених (лінійно-поляризованих) сингулярних точок  r11, ... r1m     ... ... ...   0 r   n1 ... rnm  . 45 6. Отримували карту дворазово вироджених (циркулярно поляризованих) сингулярних точок. На основі отриманих даних обчислювали координатні розподіли значень азимута (m n) і еліптичності (m  n) поляризації, а також двовимірні розподіли фазових зсувів (m  n) . 2 UA 86731 U 5 Приклад 1. У способі наведено розподіли експериментального дослідження поляризаційнокореляційної структури зображення оптично-тонкого (коефіцієнт ослаблення (  0,075) гістологічного зрізу м'язової тканини. Результати експериментального дослідження координатного розподілу еліптичності поляризації точок зображення гістологічного зрізу м'язової тканини наведені на Фіг. 2. Координатна (ліва частина) та кількісна (права частина) структура поляризаційної мапи еліптичності зображення гістологічного зрізу м'язової тканини  10 15 20 25 30 35 40 для плоскополяризованого зондуючого пучка з азимутом   45 . З морфологічного погляду така тканина являє собою сукупність упорядкованих уздовж певного просторового напрямку міозинових фібрил. З оптичного погляду фібрили, маючи коаксіальну циліндричну форму, мають властивості оптично-одноосних двопроменезаломлюючих кристалітів. Напрям оптичних осей такої полікристалітної мережі визначається напрямами укладання міозинових фібрил у площині гістологічного зрізу. Приклад 2. Просторово-орієнтаційну структуру "поляризофот" еліптичності, включаючи сингулярні поляризофоти, ілюструє Фіг. 3. "Поляризофоти" еліптичності зображення міозинової фібрилярної мережі. А і Б - масштабовані фрагменти структури сингулярних "поляризофот". З одержаних даних видно, що практично всі сингулярні "поляризофоти" являють собою лінії, близькі до прямих, орієнтація яких збігається з напрямками укладання циліндричних міозинових фібрил. Приклад 3. Координатна неоднорідність розподілу величини еліптичності поляризації зображення гістологічного зрізу м'язової тканини виявляється і в побудові відповідної двовимірної автокореляційної функції, яка наведена на Фіг. 4. Двовимірна автокореляційна функція (АКФ) (Фіг. 4 - ліва частина) її відносних значень, одержаних для поляризаційної мапи еліптичності зображення гістологічного зрізу м'язової тканини. Кореляційний аналіз поляризаційної мапи еліптичності зображення гістологічного зрізу м'язової тканини виявив швидке спадання відносних значень відповідної автокореляційної залежності зі збільшенням координати зсуву. Приклад 4. Складна координатна та кореляційна структури поляризаційних мап еліптичності зображення реальної полікристалітної мережі впорядкованих фібрил ілюструють ортогональні автокореляційні функції, визначені у двох взаємно перпендикулярних напрямках поляризаційної мапи еліптичності зображення експериментального зразка Фіг. 5. Ортогональні автокореляційні функції (Фіг. 5 - ліва колонка) та координатні розподіли їхніх відносних значень (Фіг. 5 - права колонка) визначені для поляризованої мапи еліптичності зображення полікристалітної мережі впорядкованих міозинових фібрил. Приклад 5. Можливості визначення поляризаційно-топографічного контуру мапи еліптичності зображення гістологічного зрізу м'язової тканини ілюструють дані кореляційного аналізу. На Фіг. 6 наведені координатна структура двовимірної автокореляційної функції (а); лінії півширини ортогональних автокореляційних функцій (б), (в); кореляційний топографічний контур (г). У таблиці 2 наведені статистичні моменти 1-го- 4-го порядків, які характеризують розподіли значень N(0) ( x )  ( N(1) , N(2) ,...,N(m) ) і N(1) (x)  ( N(1) , N(2) ,...,N(m) ) мюллер-матричних зображень m44 (x, y) . Таблиця 2 Статистичні моменти 1-го - 4-го порядків мюллер-матричних зображень m44 (x, y) міозинових фібрил м'язової тканини у нормі та патології N(0) ( x )  ( N(1) , N(2) ,...,N(m) ) Zi=1, 2, 3, 4 Норма (16 зразків) N(1) (x)  ( N(1) , N(2) ,...,N(m) ) Пухлина (14 Пухлина (14 Норма (16 зразків) зразків) зразків) 0,09±0,01 0,075+0,0088 0,31±0,047 Z1 0,73+0,11 Z2 0,12±0,019 0,23±0,033 0,37±0,054 0,19±0,028 Z3 0,16±0,017 0,29±0,044 0,098±0,011 0,58±0,077 Z4 0,24±0,031 0,68±0,098 0,17+0,025 0,89±0,14 3 UA 86731 U 5 10 З одержаних даних можна констатувати, що складним поляризаційним проявам топографічної побудови мережі двопроменезаломлюючих міозинових фібрил можна поставити у відповідність достатньо простий поляризаційно-кореляційний контур, параметри якого можуть бути використані як у діагностиці, так і диференціації анізотропії мереж біологічних кристалітів інших типів, зокрема сформованих криволінійними фібрилами. Технічний результат: згідно зі способом, наведені розподіли поляризаційно-кореляційної структури зображення, просторово-орієнтаційна структуру "поляризофот" еліптичності, включаючи сингулярні "поляризофоти", координатна структура двовимірної автокореляційної функції для поляризаційної мапи еліптичності зображення гістологічного зрізу м'язової тканини, що дозволить покращити діагностику мережі міозинових фібрил м'язової тканини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб оцінки структури мережі міозинових фібрил м'язової тканини шляхом використання методів лазерної поляриметрії, який відрізняється тим, що аналізують розподіли поляризаційно-кореляційної структури зображення, просторово-орієнтаційні структури "поляризофот" еліптичності, координатну структуру двовимірної автокореляційної функції і формують поляризаційну мапу еліптичності лазерного зображення. 4 UA 86731 U 5 UA 86731 U 6 UA 86731 U 7 UA 86731 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8