Спосіб визначення оріентації фібрил колагенових волокон остеонів кістки

МКВ А 61 N: 5/06; G 01K 33/48 СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ОРІЄНТАЦІЇ ФІБРИЛ КОЛАГЕНОВИХ ВОЛОКОН ОСТЕОНІВ КІСТКИ Винахід відноситься до фізичної оптики та медицини і може бути використанний для дослідження орієнтації фібрил колагенових волокон остеонів кісток, що актуально як в аналіз внугрітиньої архітектоніки кістки, пов"язаному з діагностикою мармурової хвороби, хвороби ГЬщжета, акромегалії, остеомібжщиаїлазії. так і у об'єктивному визначенні міцності кісток природнього та штучного походження. Аналогом проионуємого способу є метод, описанний в [ 1 J. Тут використовують поляргоаідйний мікроскоп, формують мікроскопічне зображення мікропрепарата кістки в схреіценних поляризаторі-аналізаторі, візуально оцінюють орієнтацію фібрил колагенових волокон остеонів по напрямках освітленних ділянок у мікроскопічному поляризаційному зображенні мікропрепарата кістки. Основним недоліком способу, описаного в [ 1 |, є низька точність в оцінці орієнтацій фібрил колат-енових волокон остеонів кістки та неможливість проведення об'єктивних вимірювань як орієнтації окремих пучків фібрил так і імовірнісного розподілу їх орієнтацій у всій площині мікропрепарата кістки внаслідок того, що у площині зображення сшхлрігаються проекції напрямків орієнтації, а не реальна орієнтація фібрил колагенових волокон остеонів кістки. Задача даного винаходу полягала у розширенні функціональних можливостей визначення дійсного імовірнісного розподілу орієнтацій фібрил колагенових волокон остеонів кістки при одночасному підвищенні точності вимірювання за рахунок високоточного вимірювання розподілу азимутів та елігпичностей поляризації лазерних коливань у біоспеклах [ 2 ] когерентного мікроскопічного зображення остеонів кістки. Розв'язок поставленної задачі досягався тим, що використовують висококогерентне плоскополяризоване випромінювання, проектують когерентне зображення остеонів кістки у гоющину вимірювань, сканують зони біотеклів когерентного зображення за порядковою траєкторією, в им і р ю ю т ь к о о р д и на т н и й розподіл інтенсивності l(x,Y ) когерентного поляршаційноїхз зображення остеонів кістки, за яким судять про топологічний розподіл орієнтації фібрил колагенових волокон остеонів кістки. Вдповідність критерію 'новизна' пропонуємому спосубу забезпечує використання висококогерентноїх) гоюскополяризованного випромінювання, проектування когерентного зображення остеонів кістки у площину виміркзань, сканування ансамбля бюспоалв когерентного зображення за порядковою траєкторією, вимірювання координатного розподілу інтенсивності I(X, Y) у когерентному поляризаційному зображенні остеонів кістки, за яким судять про топологічний розподіл орієнтації фібрил колагенових волокон остеонів кістки. * ї^тхідницький рівень* пропоігусмого способу забезпечується новою сукупністю дій, яка призводить до розширення фушарональних можливостей при визначенні імовірнісного розподілу орієнтації фібрил колагенових волокон остеонів кістки , при одночасному підвищенні точності їх вимірювання. Нзочевидність розв"язку даної задачі випливає з того, що ні в одному з розглянутих нами аналогів пропонуємого способа не зустрічається: сканування за порядковою траєкторією когерентного зображення біошеїшв осгеонів кістки та вимірювання топологічного розподілу інтенсивності в її когерентному зображенні. Розглянемо основні теоретичні передумови способу. При проходженні крізь систему осгеонш кістки висококогерентного поляризованного випромінювання на й поверхні виникає поляршапійноінтерфереидика картина розподаінтшсігвкостей якої несе шс}>ормацію про юпож)пчний розподіл фазових зсувів, що виникають між ортогонально поляризованішми компонентами освітлюючого лазерною поля Величина інтенсивності в кожній точці когерентного зображення з координатами (XY) пов^язана із величиною фазового зсуву між ними наступним співвідношенням [2J: де S локальний ? - показник лвопроменеїшюмііення, Л - довжина хвилі лазерного ві'іігромінюваштя, X Y- декартові координаш аналізуьліоі ділянки у площині когереншого -юбраження, d - геомеірнчпа товіщиіа мікропорепарага кістки. '5 ( 1 ) - ( 2 ) можна визначити величину кута в -b \-yjb l - 4ac - On5arcsin----------------------- (У) j ДЄ а 44) С = Таким ^шном. вимірюючи координатний розподіл інтєясивності I(X,Y) поляризацшно-когереіпного зображення системи остеонів кістки, можна однозначно визначити розподіл оріштацій фібрил колагенових волокон остеонів кістки. Запропонованний аіосіб пояснюється блок-схемою на рисі. Вона вмішує наступні блоки-оператори, розміщеяі у такій функціональній послідовності: випромінювалший блок 1, поляризаційний блок 2, об'єктний блок 3, проецювальний блок 4, блок виділення біоспеклів у когерентному зображенні 5, полярїізацшнс-аналізуючий блок 6S блок обробки даних 7, блок сканування 8. На рис. 2 наведена схема пристрою, що реалізує запропонований спо* Пристрій (рис. 2) вміщує такі елементи : джерело випромшювання 1, коліматор X поляризатор 3, об'єкт 4, проецювальний мікрооб'єктив 5, польову диафрагму 6, поляризатор-аналізатор 7, крокові двигуни Я Ю, фотоелектронний помножувач 8, анатюго-цифровий перетворювач (АІДГТ) 11, електроннообчислювальна машина (ЕОМ) 12. ГІристрій працює настушгам чином. № вхід пристрою поступає випромшювання одномодового лазера ЛГН-222 (джерело випромінювання 1). Коліматор % що складається з двох об'єктивів та дафрагми між ними, формує шралельний пучок, який проходить крізь поляризатор 3, що виділяє строго орієнтованний напрямок коливань вектора електричної напруженносп лазерної хвилі у площині падіння, яка спрямовується на дослідний зразок 4. в результаті на поверхні зразка формується когерентне об'єктне поле (ансамбль біошеклів), яке відображається проецювапьним об'єктивом 5 у площину реєстрації, де польовою діафрагмою 6 виділяються окремі біоспекли у когерентному зображенні, які проходять крізь полярюатор-аналізатор 7. який орієнтований ортогонально площині поляризації опромінюючого пучка, в результаті сканув&тя кої^ерентного зображення системи остеонів фотоелектронним помножувачем 8 за допомогою крокових двигунів 9, 10, виробляється змінний фотострум, параметри якого обробляються блоком обробки даних , який складається з АЦП 11 та ЕОМ 12. В результаті визначається координатний (топологічний) розподіл інтенсивностей у когерентному поляршаційному зображенні системи остеонів кістки. ЛІТЕРАТУРА 1. Богонатов БМ Структура пластинок остеона // Арх анат., гиетол и эмбриол - 1975. - т.69. - №8. - С.56 - 61. 2. Ушанко АГ, Ермоленко СБ., Нздужко MA ЕЬляризаііионноинтерференционняя диагностика внутренних Дефектоскопия. - 1991. - JVe6. - С.83-88. напряжений. // стосів ВИЗНАЧЕННЯ ОРІЄНТАЦІЇ ФІБРИЛ КОЛАГЕНОВИХ волокон ОСТЕОНІВ КІСТКИ 3 4 6 5 7 Рис. 1 7 8 \ V \ f 1 2 \ 3 4 5 10 Рис. 2 11 8