CC BY
13
photodiode polymerizer. The best marginal seal was observed in case of double-layer application of adhesive system with polymerization of each of them with luminous flux of photodiode polymerizer with a constantly high intensity.
Prospects for further research. The long-term clinical investigations regarding the dental restoration with marginal seal assessment as well as marginal coloration and secondary caries are planning to be conducted.
Key words: nano photo-cured composite material, adhesive system, marginal seal, micro-permeability, laboratory assessment.
Рецензент - проф. Ткаченко I. М. Стаття наджшла 22.01.2019 року
DOI 10.29254/2077-4214-2019-1-1-148-247-250 УДК 611.018.6+611.018.2]:611-073.55 1Ушенко О. Г., 2Вовк Ю. М., 3Антонюк О. П.
ЛАЗЕРНА ПОЛЯРИМЕТРИЧНА Д1АГНОСТИКА ЕП1ТЕЛ1АЛЬНО1', М'ЯЗОВОТ ТА СПОЛУЧНО1' ТКАНИН 1Буковинський нацюнальний ушверситет 1мен1 Юрт Федьковича (м. Чершвц1) 2Харк1вський нацюнальний медичний ушверситет (м. Хармв) 3Вищий державний навчальний заклад УкраУни «Буковинський державний медичний ушверситет» (м. Черн1вц1)
Зв'язок публшацп з плановими науково-до-слiдними роботами. Робота виконана в рамках НДР «Особливост морфогенезу та топографи систем I органiв у пре- та постнатальному перiодах онтогенезу людини», № державно'1 реестраци 0115и002769 (2015-2019 рр.).
Вступ. Розсiювання оптичного випромшювання [1,2] бiологiчними об'ектами i середовищами роз-глядаеться у наближенш статистичного усереднення фотометричних i поляризацшних параметрiв. Най-бiльшого розповсюдження набули методи дiaгнос-тики на основi вивчення полiв розсiяного випромшювання засобами класично! фотометри [3,4], стокс-поляриметрп та Мюллер-матрично! оптики [5,6]. Паралельно до цих наукових напрямiв розви-валися лазернi методи дослiдження оптико-неодно-рiдних бiологiчних структур - кореляцшна оптика й оптика спеклiв [7,8], як використовують у якост1 зонду когерентне поляризоване випромшювання.
Одними iз перших систематичних застосувань вектор-параметричного та матричного формалiзму в аналiзi процеав розсiювaння лазерного поляризова-ного випромшювання бюлопчними об'ектами стали роботи [5]. Тут викладено основи оптичноТ когерентно! томографп, яка використовуе низькокогерентну штерферометрш з обмеженою когерентнiстю для пошарових зображень тканин на глибин до двох ми лiметрiв з мтронною роздiльною здaтнiстю.
Ефективнiсть Джонс-матричного картографуван-ня у дiaгностицi оптико ашзотропних структур бю-логiчних тканин рiзних типiв стала базисом для ви-конання бiльш загального завдання - систематизаци та класифтаци оптичних властивостей усього рiзно-мaнiття таких об'еклв. Всi розподiли мaтрицi Джонса й. (х, у) е координатно-неоднорщними, утвореними неперервною змiною локальних значень матричних елеменлв в кожнiй точц вiртуaльно! бiологiчних тканин. Для вах розподiлiв елементiв мaтрицi Джонса характеры локальш екстремуми рiзних знамв та рiз-ною величини. Причому дiaпaзон змiни кожного з елеменлв й.к(х, у) максимально лежить у межах вщ -1 до +1. Змша форми фiбрил виявляються у змЫ координатного розташування локальних екстремумiв йк(х, у), змiнi !х пiвширини, тощо. Для повного ста-
тистичного описання густини ймовiрностi розподшу будь-якого елементу й.к(х, у) матриц Джонса бюло-гiчних тканин достатньо мати шформацш про зна-чення чотирьох статистичних елементiв R(i) (середне R(1), дисперсiя R(2), aсиметрiя R(3), ексцес R(4)) [7,8].
Актуaльнiсть дослщження зумовлена необхщ-нiстю розробки нових модельних уявлень про про-цеси перетворення амплп"удно-фазових пaрaметрiв лазерного випромшювання бюлопчних тканин; по-шуку нових методiв статистичноТ, фрактально!, поля-ризацшно-сингулярно! та вейвлет-дiaгностики струк-тури таких мереж для розробки об'ективних методик оцшювання та диференщацп таких змш, зумовлених виникненням патологи людського оргашзму.
Мета дослiдження: встановити критери лазерних зображень епп^ально!, м'язово! та сполучно! тканин в нормi та патологи на основан використaннi лазерного зображення координатного розподту елементу матриц Джонса та пстограми його значень.
Об'ект i методи дослщження. Використовуються три групи пстолопчних зрiзiв: "А" - тканини еште-лiю (стiнкa товсто! кишки - 9 мтропрепаралв); "Б"
- м'язово! тканини (гладенький м'яз - 11 мтропре-паралв); "В" - дермальний шар (стшки живота - 10 мтропрепаралв); Б1" - гiстологiчнi зрiзи гладенького м'язу стiнки живота - 10 мтропрепаралв; "Б2"
- пстолопчш зрiзи поперечно-смугастого м'язу - 12 мтропрепаралв; "Б3" - пстолопчш зрiзи тканини ми окарду - 10 мтропрепаралв; стiнки тонко! та товсто! кишки в нормi та патологи (сепсис) - 10 мтропрепа-ралв.
На рис. 1 показано оптичну схему поляриметра для вимiрювaння сукупностi координатних розпо-дiлiв дшсно! та уявно! складово! елементiв матриц! Джонса бюлопчних тканин.
Розв'язанню такого завдання присвячено цикл праць [1-8], де вимiрювaння координатних розподи лiв матричних елеменлв здiйснювaлось у оптично-му розтaшувaннi, що наведено на рис. 1. Методика обчислення елеменлв мaтрицi Джонса наведена у робот [9]. Згiдно з клaсифiкaцiйним пщходом, до-слiджено Джонс-мaтричнi зображення у наближенн1 двокомпонентно! аморфно-криа^чно! структури оптично-тонких пстолопчних зрiзiв трьох основних
Рис. 1. Оптична схема вим^рювання координатних розподЫв елеменлв матриц!
Джонса. 1 - Не-Ые лазер; 2 - кол^матор; 3, 5 ^ 8 - чвертьхвильов^ пластинки;
4 ^ 9 - поляризатори; 6 - об'ект (пстолопчний зр^з); 10 - цифрова камера;
11 - персональний комп'ютер.
тишв бюлопчних тканин (ештел1аль-ноТ, м'язовоТ та сполучноТ) людини.
Результати дослщження та Тх обго-ворення. Основнi результати, тюстру-ють координатнi розподти та пстогра-ми значень елеменлв матриць Джонса гiстологiчних зрiзiв ештелiальнот (рис. 2), м'язовоТ (рис. 3) та сполучноТ тканин (рис. 4).
Аналiз даних дослiджень виявив можлив^ь шляхом порiвняльного дослiдження дiапазонiв змiни статис-тичних моментiв 1-го - 4-го порядшв, якi характеризують розподiли еле-ментiв матрицi Джонса пстолопчних зрiзiв рiзних типiв бюлопчних тканин, розв'язання проблеми класифтаци
оптичних властивостеи lхнiх оптично-анiзотропних структур.
Важливим результатом став вста-новлений факт того, що координатн1 розподти елеменлв матрицi Джонса гiстологiчного зрiзу епп^альноТ тка-нини (рис. 2) вщтворюють геометрич-ну конфiгурацiю фiбрилярноТ мережi, але з меншим масштабом [9,10]. Для Джонс-матричних зображень пстолопчного зрiзу м'язовоТ тканини (рис. 3) спостеркаються аналогiчнi бiльш ви-сокочастотнi, як i для тканини еште-лiю, закономiрностi. Тут обг'рунтоваш фiзичнi причини формування координатних розподЫв елементiв матриц!
Рис. 4. Джонс-матричн зображення пстолопчного 3pi3y сполучноТ тканини (дермальний шар).
Рис. 2. Джонс-матричш зображення пстолопчного 3pi3y ештел^альноТ тканини.
Рис. 3. Джонс-матричн зображення пстолопчного зр^зу м'язовоТ тканини.
Джонса м'язовоТ тканини - фазова модулями за рахунок дисперси напрямiв оптичних осей мiозинових фiбрил, як1 формують просторово впорядкован1 м'язовi пучки.
Експериментальш вимiрювання координатних розпод^в матричних еле-ментiв D.k(x, у) проводилися в 10 точках кожного окремого мтропрепарату бюлопчноТ тканини. Дiапазонiв змiни AR(i) статистичних моменлв R(i) координатних розподiлiв матриц наведенi в таблиц! 1.
У таблиц! 2 наведет дат про ве-личини дiапазонiв змiни AR(i) статистичних моментiв R(i) координатних розпод^в матрицi Джонса для бюлопчних тканин; "Б1" - пстолопчш зрiзи гладенького м'язу стiнки живота - 10 мтропрепаралв; "Б2" - пстолопчш зрiзи поперечно-смугастого м'язу - 12 мтропрепаралв; "Б3" - пстолопчш зрiзи тканини мiокарду - 10 мтропре-паратiв.
У таблицях 3 та 4 представлен! статистичш моменти i кореляцшш па-раметри розподiлу елементу йп (х, у) матрицi Джонса та фазового зсуву
Ав11 (х, у) у нор|^ та патологи стшки тонко! кишки та товсто! кишки вщповщно.
Таким чином, експериментально ви-явлено дiапазони змiни статистичних моментiв ДR(i) розподiлi матрицi Джонса та статистичш моменти i кореляцiйнi параметри розподiлу елементу йп (х, у) матрицi Джонса та фазового зсуву Д631 (х, у) стшки (епiтелiально!, м'язово! та спо-лучно! тканин) тонко! та товсто! кишки у нормi та патологи.
Висновки. Проведений аналп~ичний огляд лтературних дослiджень з опису поляризацiйних проявiв оптично! ашзо-тропи бiологiчних тканин, дозволяе об-["рунтувати доцiльнiсть синтезу парщаль-них матриць Джонса на основi модел1 багатошарових полiкристалiчних мереж з лшшним i циркулярним двопромене-заломленням для класифтаци поляри-зацшних властивостей бiологiчних тканин. Установлен оптико-фiзичнi критери характеристики поляризацiйних проявiв розподiлiв напрямiв оптичних осей I двопроменезаломлення ! епiтелiальноí, м'язово! та сполучно! тканин у нормi та патологи на основi аналiзу координатно! структури елементiв матрицi Джонса.
Перспективи подальших досль джень. Лазерну поляриметричну дiа-гностику можна використати для бюпси бiологiчних тканин при патологи.
Таблиця 1.
Дiапазони змiни статистичних моменлв R(i) розподiлу матриц! Джонса
AR(i) D22 D = D
"A" "Б" "В" "A" "Б" "В" "A" "Б" "В"
AR(1) 0,45 ± 4% 0,53 ± 6% 0,61 ± 7% 0,46 ± 5% 0,51 ± 4% 0,56 ± 6% 0,27 ± 5% 0,35 ± 8% 0,41 ± 9%
AR(2> 0,173 ± 3% 0,187 ± 5% 0,191 ± 4% 0,164 ± 5% 0,19 ± 6% 0,194 ± 4% 0,167 ± 7% 0,163 ± 9% 0,182 ± 8%
AR(3) 290 ± 11% 95 ± 9% 149 ± 14% 269 ± 13% 91 ± 10% 211 ± 11% 64 ± 8% 72 ± 7% 81 ± 11%
AR(4) 185 ± 12% 95 ± 15% 330 ± 17% 164 ± 13% 89 ± 14% 480 ± 18% 107 ± 9% 119 ± 11% 132 13%
Таблиця 2 Дiапазони змiни статистичних моментiв AR(i) розподiлi матрицi Джонса
AR(i) D„ D22 D = D
"Б1" "Б2" "Б3" "Б1" "Б2" "Б3" "Б1" "Б2" "Б3"
AR(1) 0,51 ± 5% 0,62 ± 7% 0,49 ± 9% 0,61 ± 8% 0,53 ± 7% 0,47 ± 5% 0,68 ± 6% 0,71 ± 9% 0,74 ± 8%
AR(2) 0,193 ± 5% 0,186 ± 7% 0,194 ± 6% 0,191 ± 5% 0,195 ± 9% 0,189 ± 7% 0,189 ± 6% 0,15 ± 8% 0,16 ± 10%
AR(3) 119 ± 13% 105 ± 11% 99 ± 11% 101 ± 12% 108 ± 15% 112 ± 13% 79 ± 9% 71 ± 11% 83 ± 13%
AR(4) 103 ± 15% 107 ± 11% 97 ± 11% 114 ± 13% 119 ± 16% 108 ± 17% 101 ± 12% 109 ± 13% 113 ± 11%
Таблиця 3.
Статистичш моменти i кореляцiйнi параметри розподiлу елементу D11 (х, у) матрицi Джонса та фазового зсуву Дб (х, у) стшки тонко! кишки
Параметри Dii (х, у) норма Dii (х, у) сепсис ABii (х, у) норма ABii (х, у) Сепсис
Середне 0,22 ± 3% 0,25 ± 9% 0,18 ± 5% 0,15 ± 7%
Дисперая 0,31 ± 7% 0,22 ± 6% 0,24 ± 14% 0,35 ± 17%
Асиметр1я 3,74 ± 6% 1,89 ± 11% 0,24 ± 15% 1,89 ± 13%
Ексцесс 1,94 ± 9% 3,78 ± 8% 2,73 ± 16% 1,71 ± 15%
П1вширина, L 0,02 ± 11% 0,21 ± 13% 0,11 ± 9% 0,26 ± 13%
Дисперая, W 0,17 ± 14% 0,03 ± 9% 0,19 ± 6% 0,13 ± 11%
Таблиця 4.
Статистичш моменти i кореляцшш параметри розподшу елементу
Dil (х, У) матриц Джонса та фазового зсуву Д8 (х, у) стiнки товсто'Г кишки
Параметри Du (х, у) норма Du (х, у) сепсис ABii (х, у) норма ABii (х, у) сепсис
Середне 0,32 ± 7% 0,24 ± 4% 0,14 ± 9% 0,18 ± 11%
Цисперс1я 0,37 ± 5% 0,45 ± 6% 0,75 ± 12% 0,52 ± 14%
Асиметр1я 13,7 ± 8% 6,9 ± 7% 0,56 ± 15% 1,05 ± 9%
Ексцесс 15,4 ± 8% 44,4 ± 11% 0,85 ± 11% 3,69 ± 13%
П1вширина, L 0,14 ± 5% 0,091 ± 9% 0,08 ± 9% 0,06 ± 7%
Цисперс1я, W 0,09 ± 11% 0,13 ± 8% 0,14 ± 14% 0,36 ± 11%
Лiтература
1. Ushenko AG. Polyarizatsionnaya struktura biospeklov i depolyarizatsiya lazernogo izlucheniya. Opt. i spektr. 2000;89(4):651-4. [in Russian].
2. Ushenko OH, Pishak VP, Anhelskyy OV, Yermolenko SB, Hryhoryshyn PM. Lazerna polyarymetrychna diahnostyka v biolohiyi ta medytsyni. Pid red. VP Pishaka i OG Ushenka. Chernivtsi: Medakademiya; 2000. 271 s. [in Ukrainian].
3. Angelskiy OV, Burkovets DN, Kovalchuk AV, Khanson SG. Fraktalnoye opisaniye sherokhovatykh poverkhnostey. Appl. Optik. 2002;41:4620-9. [in Russian].
4. Ushenko AG. Vektornaya struktura lazernykh biospekl-poley i polyarizatsionnaya diagnostika kollagenovykh struktur kozhi. Lazernaya fizika. 2000;10(5):1143-9. [in Russian].
5. De Bur DF, Milner TE, Nelson DzhS. Dvumernaya vizualizatsiya dvoynogo lucheprelomleniya v biologicheskoy tkani s ispolzovaniyem fazovoy i polyarizatsionno-chuvstvitel'noy opticheskoy kogerentnoy tomografii. Optik Lett. 1997;22:934-43. [in Russian].
6. Pishak VP, Ushenko OG, Anhelskyy OV. Lazerna polyarymetrychna diahnostyka v biolohiyi ta medytsyni [monohrafiya]. Pid red. VP Pishaka ta OH Ushenka. Chernivtsi: Medakademiya; 2000. 305 s. [in Ukrainian].
7. Anhelskyy OV, Ushenko AH, Pishak VP. Polyaryzatsiyno-korelyatsiyna obrobka zobrazhen statystychnykh ob'yektiv u vizualizatsiyi ta topolohichnoyi rekonstruktsiyi yikh fazovoyi neodnoridnosti. Proc. SPIE. 1999;4016:419-24. [in Ukrainian].
8. Ushenko YuA, Olar OI, Dubolazov AV. Myuller-matrychna diahnostyka optychnykh vlastyvostey, vlastyvykh polikrystalichnym merezham plazmy krovi lyudyny. Fizyka napivprovidnykiv, kvantova elektronika ta optoelektronika. 2011;14(1):98-105. [in Ukrainian].
9. Ushenko OG, Pishak VP, Anhelskyy OV, Yermolenko SB, Pishak OV, Ushenko SA. Lazery v biolohiyi i medytsyni. Chernivtsi: Medakademiya; 2000. 277 s. [in Ukrainian].
10. Tuchyn VV. Yssledovanye byotkaney metodamy svetorasseyanyya. Uspekhy fyz. nauk. 1997;167:517-39. [in Russian].
ЛАЗЕРНА ПОЛЯРИМЕТРИЧНА Д1АГНОСТИКА ЕП1ТЕЛ1АЛЬНОТ, М'ЯЗОВОТ ТА СПОЛУЧНО1 ТКАНИН Ушенко О. Г., Вовк Ю. М., Антонюк О. П.
Резюме. Експериментально виявлено дiапазони змши DR(i) статистичних моменлв 1-го-4-го порядкiв розподiлi матриц Джонса та статистичш моменти, кореляцiйнi параметри (середне, дисперая, асиметрiя, ексцес, твширина L, дисперсiя W), розподiлу елементу D11 (х, у) матрицi Джонса та фазового зсуву Д611 (х, у) для епiтелiальноT, м'язовот та сполучноТ тканин стiнки тонкоТ та товстоТ кишки у нормi та патологи. Ключовi слова: лазерна поляриметрiя, бiологiчнi тканини.
ЛАЗЕРНАЯ ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ЭПИТЕЛИАЛЬНОЙ, МЫШЕЧНОЙ И СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНЕЙ
Ушенко А. Г., Вовк Ю. Н., Антонюк О. П.
Резюме. Экспериментально обнаружено диапазоны изменения DR(i) статистических моментов 1-го-4-го порядков распределении матрицы Джонса и статистические моменты, корреляционные параметры (среднее, дисперсия, асимметрия, эксцесс, полуширина L, дисперсия W), распределения элемента D11 (х, у) матрицы Джонса и фазового сдвига Д0 (х, у) для эпителиальной, мышечной и соединительной тканей стенки тонкой и толстой кишки в норме и патологии.
Ключевые слова: лазерная поляриметрия, биологические ткани.
LASER POLARIMETRIC DIAGNOSTICS OF EPIELINE, MUSCULAR AND CONNECTIVE TISSUES Ushenko A. G., Vovk Yu. N., Antonyuk O. P.
Abstract. The aim of the study was to determine the criteria for laser images of epithelial, muscular and connective tissue in normal and pathology based on the use of a laser image of the coordinate distribution of the element of the Jones matrix.
The object and methods of research. Three groups of histological sections are used: "A" - tissue of the epithelium (wall of the colon - 9 microdermabrasions); "Б" - muscle tissue (smooth muscle - 11 micropreparations); "B" -dermal layer (walls of the abdomen - 10 micropreparations); "Б1" - histological sections of the smooth muscle of the abdominal wall - 10 microdermabrasions; "Б2" - histological sections of transversal-striatal muscle -12 microdermabrasions; "Б3" - histological sections of the tissue of the myocardium - 10 microdermabrasions; walls of the small and large intestine in norm and pathology (sepsis) - 10 micropreparations and the histogram of its values.
The experimentally found ranges of variation DR(i) of the statistical moments of the 1st-4th orders of the distribution of the Jones matrix and statistical moments, correlation parameters (average, variance, asymmetry, kurtosis, half-width L, variance W), the distribution of the element D11 (х, у) of the Jones matrix and phase shift Дв11 (х, у) for epithelial, muscular and connective tissue walls of the small and large intestine in health and pathology.
The main results illustrate the coordinate distributions and histograms of the values of the elements of the Jones matrix histological sections of the epithelial, muscular and connective tissues. The analysis of the research data revealed the possibility by comparative study of the ranges of changes in the statistical moments of the 1st - 4th orders that characterize the distribution of elements of the Jones matrix of histological sections of various types of biological tissues, and the problem of classification of the optical properties of their optically anisotropic structures. An important result was the fact that the coordinate distributions of the elements of the Jones matrix histological section of the epithelial tissue reproduce the geometric configuration of the fibrillar network, but with a smaller scale. For Johns-matrix images of the histological cut of muscle tissue, similar higher-frequency, as for epithelium tissue, patterns are observed. Here the physical reasons for the formation of coordinate distributions of the elements of the Johns muscle tissue matrix are grounded - phase modulation due to the dispersion of the directions of the optical axis of myosin fibrils, which form spatially ordered muscle bundles. The difference between the laser image and the ranges of the statistical moments of the distribution of the Johns matrix of biological tissues (epithelial, muscular and connective tissue) in norm and pathology was experimentally revealed.
Conclusions. An analytical review of literary studies on the description of the polarization manifestations of optical anisotropy of biological tissues has been carried out. It is possible to substantiate the expediency of the synthesis of partial Jones matrices on the basis of the model of multilayer polycrystalline networks with linear and circular birefringence refraction for the classification of the polarization properties of biological tissues. The optical-physical criteria of polarization manifestations of directions of optical axes and birefringence of epithelial, muscular and connective tissues in norm and pathology on the basis of analysis of the coordinate structure of elements of the Jones matrix are determined.
Key words: laser polarimetry, biological tissues.
Рецензент - проф. брошенко Г. А.
Стаття надшшла 20.01.2019 року
