CC BY
43
лагена кости к люминесценции под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения. При этом разрушение структуры коллагена под воздействием химических или микробиологических факторов ведет к прекращению люминесценции [4].
Рис. 1. Спил кости
Для исследования использовали диагностический УФ-осветитель ОЛД-41. Тот же результат может быть получен и с помощью любой из «черных» люминесцентных ламп, получивших ныне широкое распространение. Изготавливаются спилы кости толщиной 5-10 мм, затем шлифуются на наждачных кругах убывающей зернистости, затем ведется окончательная обработка поверхности на войлочном или фетровом диске (рис. 1). Результат работы контролируется при УФ-освещении (рис. 2). При обнаружении на поверхности участков, окрашивающихся в черно-фиолетовый цвет, представляющих собой пришлифованные плёнки абразивного порошка, проводится дополнительная доводка образца на фетровом диске или вручную на кусочке сукна [3].
Рис. 2. Контроль в УФ-лучах спила кости
Дальнейшее исследование, фотографирование и препаровка остеологического материала может проводиться при ультрафиолетовом освещении как непосредственно, так и с использованием бинокулярных луп или микроскопов с микроманипуляторами. Участки кости, содержащие сохранный коллаген, при этом окрашиваются в яркий бледно-голубой цвет, минерализованные участки - в коричневый цвет, разной степени яркости [2].
В силу того, что минерализованная кость имеет при УФ-освещении окраску, зависящую от условий минерализации, использование инструментальных методов измерения люминесценции (спектроскопов и т.п.) не целесообразно [1].
Метод рекомендуется при биохимических и генетических исследованиях палеонтологического и археологического костного материала, в частности для анализа останков царской семьи.
Литература
1. Конев А.В. и др. // Диагностика давности процессов в объектах судебно-медицинской экспертизы.- Кишинев: Штиин-ца, 1986.- С. 17-18.
2. Меренков В.Г. Использование макроскопического флуоресцентного анализа при исследовании остеологического материала / Математическая морфология. Электронный математич. и медико-биол. ж.- Т. 5.- Вып. 4.- 2006.- URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-12-html/merenkov-1/merenkov-1. htm;
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM; http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-12-html/TITL-12.htm; http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-12-
html/cont.htm
3. Нескучаев В.В. и др. // V Всерос. университет. науч.-практ. конф. молодых ученых и студентов по медицине: Сб. мат-лов.- Тула, 2006.- С. 172-173.
4. Черногрядская НА и др. Ультрафиолетовая флуоресценция клетки.- Л.: Наука, 1978.- 215 с.
5. Рацпредложение 1487 Способ выделения неповреждённого остеологического материала из фоссилизированной кости с применением макроскопического люминесцентного анализа / Меренков В.Г.- БРИЗ СГМА; заявл. 28.03.06.: Смоленск.
УДК 577, 535.36
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБЛИЖЕНИЯ РЭЛЕЕВСКОГО РАССЕЯНИЯ ПРИ АНАЛИЗЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Г. В.А. ТИХОВ, В.В. ЯЦЫШЕН*
При решении задач оптики биотканей, офтальмологии, вирусологии, иммунологии и гематологии, нужны знания характеристик лазерного излучения, рассеянного частицами конечных размеров для диагностики и терапии. Методы лазерной диагностики требуют изучения процесса распространения света в рассеивающих средах, в т.ч. биотканях. Эти методы основаны на том, что структурно-морфологические и химические изменения в биотканях влекут за собой изменения оптических их свойств (их показателя преломления и эллипсометрических параметров), т. е. процессы распространения света зависят от состояния биоткани. Проводя измерения характеристик света, рассеянного биотканью, можно диагностировать изменения, если определить соответствие между итогами измерений и состоянием биоткани.
Задача о распространении света в рассеивающих средах осложняется тем, что нет достаточно строгой теории для описания распространения света в структурно-неоднородных средах. Все большую роль приобретает математическое моделирование этого явления. Оно позволяет изучить особенности процесса распространения лазерного излучения в моделируемых средах, а также исследовать зависимость результатов от параметров исследуемого объекта, что бывает весьма затруднительно в эксперименте.
Цель работы - задача о взаимодействии света произвольной длины волны с отдельными частицами, т.е. с определенной совокупностью большого числа атомов и молекул, которые погружены в однородную в остальном среду. Под однородной средой будем понимать такую, где масштаб атомной или молекулярной неоднородности мал по сравнению с длиной волны падающего света. В расчетах пренебрегаем рассеянием на флуктуациях, которое гораздо слабее, чем рассеяние на частицах, и полагая, что рассеяние упругое, т. е. частота рассеянного света такая же, как у падающего. Вещество описывается по макроскопической теории.
Часто в качестве модели частиц используются сферы. При построении модели хрусталика пользуются широко распространенной моделью, согласно которой он представляет собой совокупность сферических частиц с известным показателем преломления, погруженных в изотропное базовое вещество [4]. Точное аналитическое решение задачи о рассеянии света однородными сферическими частицами, помещенными в однородную и изотропную среду называют теорией Ми. Рассмотрим вкратце ее основную суть, используя подход, развитый в [1].
Пусть на частицы падает плоская линейно поляризованная монохроматическая волна, а окружающая среда является непроводящей, обе среды немагнитны, и используется приближение однократного рассеяния. Предположим, что зависимость электромагнитного поля (ЭМП) от времени имеет вид еч—. ЭМП внутри и вне нее находится из уравнений Максвелла:
УхЯ = &0Я 1 (1)
Ух И = -гкопБ \
или векторных волновых уравнений:
У2Ё + к 2Ё = 0 1 (2)
У2 И + к2 И = о\
где к = к п =—п = 2пп называют постоянной распространения
0 с А
в среде с комплексным показателем преломления п; ко - волновым числом в вакууме. Задача (2) решается методом разделения
переменных в векторных волновых уравнениях в сферической
* 400062 Волгоград, проспект Университетский, д. 100 Волгоградский ГУ
системе координат. Решения раскладываются в ряды по сферическим волновым функциям [1], а неизвестные коэффициенты разложения вычисляются из системы уравнений, полученной из граничных условий для тангенциальных компонент векторов напряженности ЭМП и магнитного полей на поверхности сферы.
90
120 .....“ ..... 60
150 .//' \ '.' \ 30
!' \'\
'»“І і S, "і S, j ¡0
\ \ ; /;!
210 \ 4 "'■. / '"■.■""' \ / 330
270
Рис. 1. Площади фигур, ограниченные графиком индикатрисы рассеяния i
Такое решение достаточно громоздко, а при отношении длины волны падающего излучения X к размерам сферических частиц г, удовлетворяющему неравенству X/r>20 может оказаться вообще излишним. Поэтому в биофизике и в др. областях наук пользуются приближенной формулой Рэлея для расчета интенсивности рассеянного излучения. В литературе [2-3, 6] это приближение используется авторами для различных типов сред, без учета их оптических свойств, что, как показано ниже, может привести к серьезным ошибкам в расчетах рассеяния излучения веществом. Многие авторы не учитывают поглощающие способности вещества, считая диэлектрические проницаемости сред действительными величинами. Здесь авторами взята под сомнение возможность использования рэлеевского приближения для широкого класса веществ и поставлена цель нахождения нового условия применимости приближения Рэлея.
Анализ рассеивающих свойств проводится для веществ в диапазоне комплексных показателей преломления. Т.к. действительные и мнимые части диэлектрической проницаемости связаны с действительными и мнимыми частями показателя преломления соотношениями: s' = n'2 — n"2, s" = 2n'n", то для большей наглядности и удобства интерпретации результатов в качестве параметров фигурируют s 'и s 'Было разработано приложение для расчета зависимости рассеянной интенсивности i, приходящейся на единичную интенсивность при условии, что падающий свет поляризован параллельно плоскости рассеяния, от угла рассеяния. Характерный вид такой зависимости см. на рис. 1.
Для расчета зависимости рассеянной интенсивности i от величин действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости введен новый параметр п - коэффициент эффективности рассеяния. Он представляет собой отношение площадей фигур Sj и S2, показанных на рис. 1: п= S1/S2, где Sj - площадь фигуры, ограниченная графиком зависимости интенсивности рассеяния i0 в обратном направлении, S2 - площадь фигуры - в прямом направлении. Этот коэффициент имеет физический смысл, показывая, во сколько раз интенсивность р-поляризованного рассеянного излучения в обратном направлении отличается от рассеянного излучения той же поляризации в прямом направлении. Когда значение п=1, рассеяние является рэлеевским, и применение формулы Рэлея правомерно. Для описания поглощающих свойств среды пользуются понятием тангенса угла потерь 5: tg5=s ''/s'. Нами проведены расчеты и в осях s ', lg(tg)5, п построены поверхности для различных случаев отношений X/r (рис. 2).
При X/r=20 с ростом действительной части диэлектрической проницаемости происходит сильное рассеяние в прямом направлении. При s '=10 даже при слабом поглощении рассеяние вперед в 1,28 раз сильнее рассеяния в обратном направлении - т.е. нельзя использовать рэлеевское приближение.
В ходе вычислений обнаружено, что при X/r=40, рассеяние с погрешностью <1% становится рэлеевским для всего диапазона s ' и tg5 (рис. 3). При увеличении действительной части диэлектрической проницаемости идет лишь малое усиление рассеяния вперед по сравнению с рис.2. Низ поверхности на рис. 3 находится на уровне верхних точек поверхности 2, что говорит о высокой точности найденного приближения.
Найденное приближение позволяет с хорошей степенью точности рассчитывать рассеяние излучения, в т.ч. и лазерного, на слабо рассеивающих биотканях в диапазоне их поглощающих способностей. Для частиц хрусталика глаза [5] с показателем преломления п=1,406 в диапазоне длин волн А=400-700 нм, расчет интенсивности рассеянного поляризованного излучения с использованием нового приближения показывает, что приближение Рэлея дает в этом случае ошибку в 5,8%.
Рис. 2. Зависимость коэффициента эффективности рассеяния при X/r=20
Рис. 3. Зависимость коэффициента эффективности рассеяния при Аг= 40
Применение в расчетах вместо найденного приближения широко распространенного рэлеевского приближения в общем случае может вести к возникновению неравномерного распределения энергии рассеянного излучения и нежелательным эффектам, сопутствующим рассеянию, и повлечь за собой необратимые процессы, препятствующие диагностике и терапии.
Использование приближенной формулы Рэлея для расчета интенсивности рассеянного излучения на сферических частицах в широком диапазоне их оптических свойств возможно при отношении длины волны падающего излучения к радиусам частиц, удовлетворяющему неравенству А/г>40.
Литература
1.Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами / Пер. с англ.- М.: Мир, 1986.- 530 с.
2.Дюжева М.С. и др. // Коллоидный ж.- 2002.- № 1.- С. 39.
3.Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. - М.: Химия, 1995.- 336 с.
4.Приезжев А.В. и др. // Известия АН СССР.- 1989.- Т. 53, № 8.- С. 783-794.
5.Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1998.- 384 с.
6Хлебцов Н.Г. // Коллоидный ж.- 2003.-Т. 65,№ 5.- С. 710.
УДК 616.345-006
ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА В МАЛОИНВАЗИВНОЙ ХИРУРГИИ
В.В. ПЛОТНИКОВ,В.В. СПИРЕВ, Ю.Б. ЧИНАРЕВ, С.В. ЛЕБЕДЕВА*
Малоинвазивная хирургия находит большое распространение в онкоколопроктологии [2,3,7]. Все авторы отмечают менее выраженный болевой синдром в послеоперационном периоде, более раннее восстановление функции кишечника, сокращение сроков лечения, хороший косметический эффект [4-6]. Примене-
* Курганская областная клиническая больница
