Спосіб вимірювання мюллер-матричних зображень оптико-анізотропних шарів біологічних об’єктів

Спосіб вимірювання Мюллер-матричних зображень оптико-анізотропних шарів, що включає формування різнополяризованих лазерних пучків зондування гістологічного зрізу біологічної тканини, проектування лазерного зображення у площину цифрової камери крізь блок поляризаційного аналізу, вимірювання координатних розподілів різнополяризованих складових інтенсивності, який відрізняється тим, що об'єкт зондують випромінюванням низькокогерентного напівпровідникового лазерного діода з довжиною хвилі 0,64 мкм, формують паралельний правоциркулярно поляризований лазерний пучок, послідовно пропускають U 2 (19) 1 3 Applications // in Coherent-Domain Optical Methods. Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science / ed. V. Tuchin. - Kluwer Academic Publishers, 2004. - P.67.]. У способі за допомогою обертання "одноканального" поляризатора формують серію різнополяризованих пучків, якими опромінюють гістологічний зріз біологічної тканини і шляхом обертання "одноканального" поляризатора-аналізатора у далекій зоні дифракції вимірюють кутові розподіли значень елементів матриці Мюллера, за півшириною яких визначають середньо статистичні параметри оптико-геометричної структури архітектонічної сітки сполучної і м'язової біологічних тканин. Основним недоліком способу-аналога, є відсутність даних про координатний розподіл статистичних параметрів оптико-геометричної структури архітектонічної сітки, що приводить до обмеження інформативності, а також низька точність вимірювання. Найближчим аналогом корисної моделі є спосіб визначення координатних розподілів елементів матриці Мюллера біологічних тканин, який включає формування різнополяризованих лазерних пучків зондування гістологічного зрізу біологічної тканини, проектування лазерного зображення у площину цифрової камери крізь поляризаційний фільтр, що обертається, в подальшому блок поляризаційного аналізу, вимірювання координатних розподілів різнополяризованих складових інтенсивності [O.V.Angelsky, A.G.Ushenko, Yu.A.Ushenko, V. P. Pishak, "Statistical and Fractal Structure of Biological Tissue Mueller Matrix Images", in Optical Correlation Techniques and Applications, Oleg V. Angelsky, Ed. Washington: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers , 2007, pp. 213-266], при якому структура оптико-анізотропної складової визначається шляхом аналізу гістограм випадкових значень сукупності матричних елементів. Недоліками аналога є низька точність вимірювання, обумовлена використанням одноканального поляризаційного зондування оптикоанізотропних шарів біооб'єкту та аналізу їх лазерних зображень, а також формуванням розвиненого спекл-фону у зображенні біологічної тканини за рахунок вико ристання висококогерентного джерела зондуючого випромінювання, що спотворює координатний розподіл матричних елементів і знижує інформативність методу. В основу корисної моделі поставлене завдання створення способу вимірювання Мюллерматричних зображень оптико-анізотропних шарів, в якому за рахунок використання низькокогерентного багатоканального поляризаційного зондування оптико анізотропних шарів біооб'єкту та аналізу їх лазерних зображень досягається можливість використання низько когерентного лазерного випромінювання, що приводить до підвищення точності діагностики оптичної анізотропії. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі вимірювання Мюллер-матричних зображень оптико-анізотропних шарів, який включає формування різнополяризованих лазерних пучків зондування гістологічного зрізу біологічної тканини, проектування лазерного зображення у площи 61160 4 ну цифрової камери крізь блок поляризаційного аналізу, вимірювання кординатних розподілів різнополяризованих складових інтенсивності, об'єкт зондують випромінюванням низькокогерентного напівпровідникового лазерного діоду з довжиною хвилі 0,64 мкм, формують паралельний правоциркулярно поляризований лазерний пучок, послідовно пропускають його крізь чотири канали поляризаційного опромінювача, формуючи серію зондуючих пучків з азимутами поляризації "0°"; "90°"; "45°"; і "права циркуляція", в межах кожного каналу зондування за допомогою мікрооб'єктиву, кутову апертуру якого узгоджують із індикатрисою розсіяння лазерного пучка, формують зображення оптико-анізотропного шару в площині цифрової світлочутливої камери, що налічує m  n  800pix 600pix , кожний з яких володіє просторовою роздільною здатністю 2m , для кожного типу поляризації зондуючого пучка вимірюють шість координатних розподілів інтенсивності лазерного зображення оптико-анізотропного шару шляхом використання шести паралельних каналів поляризаційного аналізу "0°"; "90°"; "45°";"135°" "права циркуляція" і "ліва циркуляція" та обчислюють шляхом алгоритмічної обробки величин інтенсивності значення елементів матриці Мюллера. На фіг.1 представлено оптичну схему пристрою, який реалізує запропонований спосіб; на фіг.2 представлено приклад поляризаційних зображень гістологічного зрізу м'язової тканини; на фіг.3 представлено приклад Мюллер-матричних зображень Z1k 1;2;3;4 (m  n) м'язової тканини; на фіг.4 - приклад Мюллер-матричних зображень Z2k 1;2;3;4 (m  n) м'язової тканини; на фіг.5-приклад Мюллер-матричних зображень Z3k 1;2;3;4 (m  n) м'язової тканини; на фіг.6 - приклад Мюллерматричних зображень Z4k 1;2;3;4 (m  n) м'язової тканини. Пристрій, який реалізує запропонований спосіб, містить напівпровідниковий лазер 1, оптичний вихід якого через коліматор 2 і чвертьхвильову пластинку 3 оптично з'єднаний із чотириканальним поляризаційним опромінювачем, утвореним поляризатором 4 і чвертьхвильовою пластинкою 5, оптичний вихід якого з'єднаний через біооб'єкт 6 і мікрооб'єктив 7 з оптичним входом шестиканального блоку поляризаційного аналізу, утвореного чвертьхвильовою пластинкою 8 і аналізатором 9. Вихід шестиканального блоку поляризаційного аналізу оптично з'єднаний з входом цифрової світлочутливої камери 10, вихід якої з'єднаний з входом персонального комп'ютера 11. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. У результаті багатоканального зондування і поляризаційного аналізу визначалися параметри вектора Стокса зображення анізотропного шару Si1;2;3;4  сформовані за виміряними інтенсивностями I(  0 ,0 ) (m  n) в залежності від площини поля ризації  ("0°"; "90°"; "45°";" 135°", "права циркуляція" ) та площини поляризаційного аналізу (3 5 ("0°"; "90°"; "45°";"135°" "права циркуляція" і "ліва циркуляція") за наступними алгоритмами: Sq1;2;3;4  I(0 )  I(90 );  1 Sq1;2;3;4  I(0 )  I(90 );  2 (1)  q1;2;3;4  I( 45 )  I(135 ); S3  q1;2;3;4  I()  I(); S4  Індекси q  12;3;4 відповідають наступним ; станам поляризації освітлюючого пучка :1 - лінійно поляризований з азимутом 0°; 2 - лінійно поляризований з азимутом 90°; 3 - лінійно поляризований з азимутом +45°; 4 - право циркулярно поляризований ) . Спосіб здійснюється наступним чином. Опромінювання проводять циркулярно поляризованим 4 паралельним пучком (=10 мкм) напівпровідникового лазера (  0,64мкг) 1, який формують коліматором 2 і чвертьхвильовою пластинкою 3. За допомогою чотириканального поляризаційного опромінювана (чвертьхвильова пластинка 5 і поляризатор 4) послідовно формують серію зондуючих пучків з азимутами поляризації "0°"; "90°"; "45°"; і "права циркуляція", якими послідовно опромінюють біологічний об'єкт 6. Зображення анізотропного шару біологічного об'єкту 6 проектують за допомогою мікрооб'єктиву 7 через шестиканальний блок поляризаційного аналізу (чвертьoхвильову пластинку 8 і аналізатор 9) в площину світлочутливої площадки m  n  800pix 600hix цифрової світлочутливої CCD камери 10, і одержують сукупність з 24-х зображень шляхом поляризаційної фільтрації (з азимутами поляризації "0°"; "90°"; "45°";" 135°" "права циркуляція" і "ліва циркуляція" ) (фіг.2). З виходу цифрової світлочутливої CCD камери 10 отримані зображення вводяться в персональний комп'ютер 11, де по черзі визначають (співвідношення (1)) координатні розподіли параметрів вектора Стокса для серії відповідних лазерних зображень. Відповідні елементи матриці Мюллера для об'єкту дослідження формують в результаті алгоритмічної обробки виміряних даних за допомогою персонального комп'ютера 11 так: 61160 6 0 90 z11  0,5(S1  S1 ); 0 90 z12  0,5(S1  S1 ); 45 z13  S1  z11; (2)  z14  S1  z11; z21  0,5(S0  S90 ); 2 2 z22  0,5(S0  S90 ); 2 2 45 z23  S2  z21; (3) z24  S  z21; 2 z31  0,5(S0  S90 ); 3 3 z32  0,5(S0  S90 ); 3 3 45 z33  S3  z31; (4)  z34  S3  z31; z 41  0,5(S0  S90 ); 4 4 z 42  0,5(S0  S90 ); 4 4 z 43  S45  z 41; 4 (5) z 44  S  z 41; 4 У кожному з отриманих рівнянь невідомий елемент матриці Мюллера виражається через виміряні інтенсивності I(  0 ,0 ) (m  n) й розраховані  раніше параметри вектора Стокса та елементи матриці Мюллера. За допомогою такої схеми можна визначити шляхом використання аналітичної обробки у персональному комп'ютері всі шістнадцять елементів матриці Мюллера, що характеризує об'єкт (фіг.3 фіг.6). Технічний результат забезпечує нова сукупність дій, яка складає запропонований спосіб, що призводить до покращення точності вимірювання елементів матриці Мюллера шляхом багатоканального зондування і поляризаційного аналізу серії лазерних зображень. При цьому вперше використано низько когерентне лазерне випромінювання із довжиною хвилі 0,64 мкм та проведення багатоканального моніторингу змін координатних розподілів інтенсивності різнополяризованих лазерних зображень анізотропного шару. 7 61160 8 9 61160 10 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 61160 Підписне 12 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601