Спосіб лазерної поляриметричної діагностики полікристалічних мереж плівок біологічних рідин

Реферат: Спосіб лазерної поляриметричної діагностики полікристалічних мереж плівок біологічних рідин шляхом проведення лазерної поляриметрії. Встановлені відмінності значень моментів 3-го і 4го порядків: статистичні - 2,0-3,0 і 2,0-7,0, 2,0-3,0 і 2,0-7,0; 1,5-2,5; кореляційні - 2,0-5,0 і 2,0-4,0, 3,3-2,7 і 2,1-2,5, 1,5-3,0; спектральних-логарифмічних залежностей джонс-матричних зображень - 1,5-2,0 і 1,5-3,0, 1,45-1,68 разів та 15-30 %, відповідно, для полікристалічних мереж плазми крові і жовчі для здорових людей та синовіальної рідини в нормі та патології. UA 93346 U (54) СПОСІБ ЛАЗЕРНОЇ ПОЛЯРИМЕТРИЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ МЕРЕЖ ПЛІВОК БІОЛОГІЧНИХ РІДИН UA 93346 U UA 93346 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до медицини, а саме терапії, і може бути використана при лазерній поляриметричній діагностиці полікристалічних мереж плазми крові, жовчі та синовіальної рідини в нормі та патології. Відомо, що з біохімічного погляду основною парціальною двопроменезаломлючою структурою синовіальної рідини є її рідкокристалічна фаза, що складається із сукупності оптично-одноосьових двопроменезаломлюючих кристалів різних типів: колоїдних розчинів та сукупність формених елементів. З оптико-геометричного погляду такі утворення формують складні різномасштабні оптико-анізотропні дендритно-сферолітні полікристалічні мережі. Вимірювання статистичних моментів 3-го і 4-го порядків, які характеризують дійсні складові координатних розподілів елементів матриці Джонса плівки апріорі невідомої біологічної рідини, на основі порівняльного аналізу з класифікаційними мапами дозволяє з чутливістю 80-90 % визначити тип полікристалічної мережі плівки біологічної рідини. (Основи лазерної поляриметрії. Вектор-параметрична діагностика патофізіологічного стану біологічних тканин людини / О.Г. Ушенко, Т.М. Бойчук, О.П. Пересунько, В.П. Унгурян. - Чернівці: Чернівецький нац. ун-т., 2010. 576 с). Аналогом способу є дослідження de Boer J.F. (Two-dimensional birefringence imaging in biological tissue by polarization-sensitive optical coherence tomography / J.F. de Boer, Т.Е. Milner, MJ. van Gemert, J.S. Nelson // Opt. Lett. - 1997. - Vol. 22, № 12. - P. 934-936), у якому використовується низькокогерентний інтерферометр Майкельсона, отримується двомірне лазерне зображення коров'ячого сухожилля в залежності від глибини. Методика дозволяє швидко і безконтактно дослідити тканину за допомогою структурних двопроменезаломлюючих властивостей двовимірних лазерних зображень. Недоліком аналога-способу є те, що не виконується статистична обробка лазерних поляризаційних зображень. Прототипом способу є дослідження В.В. Тучина (Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния / В.В. Тучин // Успехи физ. наук. - 1997. - Т.167. - С. 517-539), у якому вивчаються біотканини з сильним (багаторазовим) розсіюванням світлового потоку, такі, як шкіра, тканини мозку, стінка судини, а також, які слабо розсіюють та володіють значним пропусканням, такі, як прозорі тканини ока (рогівка, кришталик). Для тканин з сильним розсіюванням опис розповсюдження світла (лазерних пучків) будується на основі теорії переносу випромінювання або чисельного моделювання методом Монте-Карло. Поляризаційні явища розглядаються в сильно і слаборозсіюючих біотканинах. Недолік прототипу-способу полягає в тому, що аналізуються лазерні зображення біологічних тканин, без врахування аналізу лазерних зображень біологічних рідин, не використовуються статистичні моменти, кореляційні та спектральні параметри розподілів елементів матриці Джонса. В основі корисної моделі лежить задача встановити відмінності моментів 3-го і 4-го порядків: статистичних; кореляційних; спектральних логарифмічних залежностей дійсної складової джонс-матричних зображень для полікристалічних мереж плазми крові і жовчі для здорових людей та синовіальної рідини в нормі та патології відповідно. Ознаки винаходу: лазерні поляризаційні зображення, статистичні моменти, кореляційні моменти, спектральні моменти логарифмічних залежностей складової джонс-матричних лазерних зображень. Спільними ознаками прототипу та способу, що заявляється, є те, що для аналізу оптикоанізотропних біологічних рідин використовують лазерні поляризаційні зображення. Відмінності корисної моделі від прототипу наведені в табл. 1. Таблиця 1 Порівняння корисної моделі та прототипу за ознаками Ознаки Корисна модель поляризаційні лазерні зображення + статистичні моменти + кореляційні моменти + спектральні моменти логарифмічних залежностей + складової джонс-матричних зображень 50 Прототип + Визначення термінів, які використовуються при описі винаходу: лазерна поляриметрія, елементи матриці Джонса, статистичні, кореляційні та спектральні моменти. 1 UA 93346 U 5 10 Теоретичні передумови здійснення способу, що заявляється. В основу моделювання властивостей біологічних рідин покладено універсальний підхід: морфологічна будова будьякого типу біологічної рідини розглядається у вигляді двокомпонентної аморфно-кристалічної структури; кристалічна компонента являє собою архітектонічну сітку двопроменезаломлюючих кристалів, що поділяються за своєю кристалічною структурою на сферолітні, дендритні, кластерні та змішані мережі, які з оптичного погляду мають властивості одноосних кристалів; основними механізмами перетворення параметрів лазерного випромінювання такими біологічними кристалами є дихроїзм і двопроменезаломлення. У способі використані координатні розподіли дійсної складової елементів матриці Джонса R11 m  n,R12;21 m  n оптикоанізотропної структури полікристалічної мережі біологічних рідин та відповідні гістограми NR11 ,NR12;21  автокореляційні функції G11 x , G12;21 x  , логарифмічні спектральні залежності LgJG11 ;LgJG12;21  таких розподілів. 15 20 Спосіб здійснюється наступним чином. Координатні розподілу отримувались за допомогою оптичної схеми, яка наведена на кресленні, де 1-He-Ne лазер; 2 - коліматор; 3 - стаціонарна чвертьхвильова пластинка; 5, 8 - механічні рухомі чвертьхвильові пластинки; 4, 9 - поляризатор і аналізатор відповідно; 6 - об'єкт дослідження; 7 - мікрооб'єктив; 10-CCD камера; 11 персональний комп'ютер. У способі використовуються мазки:плазми крові здорових людей (21 зразок), табл. 2; жовчі здорових людей (21 зразок), табл. 3; синовіальної рідини здорових та хворих людей на остеоартрит (21 зразок), табл. 4. Таблиця 2 Статистичні (M,, A,E) , кореляційні (K i1;2;3;4 ) , спектральні (Si1;2;3;4 ) моменти джонс-матричних зображень Rik m  n полікристалічних мереж плівок плазми крові здорових людей Параметри R12;21 m  n R11 m  n M  A E K1 0,25±0,062 0,12±0,028 K3 5,28±1,11 0,68±0,13 K4 1,86±0,32 2,41±0,72 S1 0,51±0,13 0,63±0,19 S2 0,27±0,061 0,17±0,044 S3 0,39±0,085 0,23±0,061 S4 30 0,15±0,036 0,17±0,039 0,43±0,055 0,61±0,21 0,49±0,11 K2 25 0,54±0,12 0,43±0,092 1,26±0,41 3,17±0,075 0,41±0,086 0,57±0,14 0,43±0,093 З аналізу одержаної сукупності кількісних параметрів, які характеризують координатні розподіли дійсної складової елементів матриці Джонса сферолітної мережі біологічних кристалів випливає: • установлені відмінності статистичних моментів 3-го у 2,0-3,0 рази і 4-го у 2,0-7,0 разів) порядків, які характеризують розподіли дійсної складової елементів матриці Джонса сферолітної мережі у порівнянні з аналогічними даними для дендритних мереж (табл. 2); • відмінності для кореляційних моментів складають 2-5 разів (K 3 ) і 2-4 рази (K 4 ) , відповідно; • для спектральних моментів 3-го і 4-го порядків логарифмічних залежностей спектрів потужності дійсної складової матричних елементів виявлено відмінності від 1,5 до 2 разів. 2 UA 93346 U Таблиця 3 Статистичні (M,, A,E) , кореляційні (K i1;2;3;4 ) , спектральні (Si1;2;3;4 ) моменти джонс-матричних зображень Rik m  n полікристалічних мереж жовчі здорових людей R11 m  n R12;21 m  n M  A E K1 0,61±0,19 0,49±0,12 0,45±0,097 0,89±0,13 0,51±0,105 0,23±0,055 0,31±0,069 0,97±0,19 0,85±0,33 0,57±0,15 K2 0,29±0,072 0,21±0,47 K3 1,19±0,34 0,56±0,13 K4 5,88±1,44 2,12±0,49 S1 0,58±0,16 0,72±0,16 S2 0,29±0,71 0,21±0,077 S3 0,48±0,11 0,29±0,085 S4 0,79±0,18 0,47±0,091 Параметри 5 Виявлена зміна статистичних моментів 3-го порядку у 2,0-3,0 рази і 4-го порядку у 2,0-7.0 разів, які характеризують розподіли дійсної складової елементів матриці Джонса кластерної мережі у порівнянні з аналогічними даними для дендритних і сферолітних мереж. Кореляційні моменти відрізняються у 2,3-2,7 разу (K 3 ) і 2,1-2,5 разу (K 4 ) , відповідно. Для спектральних моментів 3-го (S 3 ) і 4-го (S 4 ) порядків логарифмічних залежностей спектрів потужності дійсної складової матричних елементів різних типів Rik ,Rik  виявлено відмінності від 1,45 до 1,68 разу (табл. 3). 10 Таблиця 4 Статистичні (M,, A,E) , кореляційні (K i1;2;3;4 ) , спектральні (Si1;2;3;4 ) моменти джонс-матричних зображень Rik m  n полікристалічних мереж синовіальної рідини здорової та хворої на остеоартрит людини (21 зразок) Параметри R12;21 m  n R11 m  n M  A E K1 Норма 0,47±0,16 0,19±0,022 3,15±0,67 2,64±0,53 0,43±0,097 Остеоартрит 0,63±0,14 0,11±0,019 2,02±0,47 1,11±0,36 0,51±0,062 Норма 0,13±0,033 0,28±0,064 0,88±0,19 2,48±0,58 0,43±0,094 Остеоартрит 0,16±0,038 0,23±0,052 0,91±0,22 2,88±0,51 0,46±0,097 K2 0,15±0,037 0,22±0,043 0,13±0,035 0,17±0,044 K3 0,37±0,075 0,18±0,029 0,78±0,19 0,59±0,24 K4 1,28±0,32 0,52±0,077 2,28±0,49 1,89±0,38 S1 0,59±0,14 0,43±0,088 0,77±0,18 0,71±0,13 S2 0,21±0,048 0,39±0,071 0,27±0,061 0,24±0,056 S3 0,49±0,11 0,88±0,14 0,35±0,072 0,27±0,058 S4 0,61±0,15 1,89+0,34 0,46±0,088 0,34±0,072 3 UA 93346 U 5 Порівняльний аналіз набору статистичних, кореляційних і спектральних параметрів, які характеризують координатні розподіли значень дійсної складової елементів матриці Джонса оптико-анізотропних дендритно-сферолітних структур шару синовіальної рідини, показав (табл. 4), що: • відмінності між середнім, дисперсією, асиметрією та ексцесом розподілів дійсної складової R11 m  n елементів матриці Джонса складають 1,5-2,5 рази; • кореляційні моменти відрізняються у 1,5-3,0 рази; • різниця між величинами спектральних моментів знаходяться у межах від 1,4 до 3,3 разу; 10 15 20 • значення всіх груп параметрів дійсної складової елементів R12;21 m  n матриці Джонса достатньо близькі - відмінності між ними не перевищують 15-30 %. У способі наведено матеріали дослідження статистичних, кореляційних і спектральних моментів 1-го- 4-го порядків, які характеризують координатні розподіли дійсної складової елементів матриці Джонса полікристалічних плівок біологічних рідин організму людини - плазма крові, жовч в нормі та синовіальна рідина в нормі та патології. Для кожного типу плівок біологічної рідини установлені величини та діапазони зміни всіх груп статистичних параметрів джонс-матричних зображень оптико-анізотропної складової. Технічний результат: згідно зі способом встановлені відмінності моментів 3-го і 4-го порядків: статистичні - 2,0-3,0 і 2,0-7,0, 2,0-3,0 і 2,0-7,0; 1,5-2,5; кореляційні - 2,0-5,0 і 2,0-4,0, 3,32,7 і 2,1-2,5, 1,5-3,0; спектральні логарифмічних залежностей дійсної складової джонсматричних зображень - 1,5-2,0, 1,5-3,0 і 1,45-1,68 разів та 15-30 % відповідно для полікристалічних мереж плазми крові і жовчі для здорових людей та синовіальної рідини в нормі та патології. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб лазерної поляриметричної діагностики полікристалічних мереж плівок біологічних рідин шляхом проведення лазерної поляриметрії, який відрізняється тим, що встановлюють відмінності значень моментів 3-го і 4-го порядків: статистичних - 2,0-3,0 і 2,0-7,0, 2,0-3,0 і 2,0-7,0; 1,5-2,5; кореляційних - 2,0-5,0 і 2,0-4,0, 3,3-2,7 і 2,1-2,5, 1,5-3,0; спектральних-логарифмічних залежностей джонс-матричних зображень - 1,5-2,0 і 1,5-3,0, 1,45-1,68 разів та 15-30 % відповідно для полікристалічних мереж плазми крові і жовчі для здорових людей та синовіальної рідини в нормі та патології. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 4