Научная статья на тему 'Программно-аппаратный комплекс для неинвазивного определения оптических параметров биологических тканей по диффузному отражению света'

Программно-аппаратный комплекс для неинвазивного определения оптических параметров биологических тканей по диффузному отражению света Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
46
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ / НЕРАЗРУШАЮЩЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ / ДИФФУЗНОЕ ОТРАЖЕНИЕ / УРАВНЕНИЕ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ / МЕТОД МОНТЕ-КАРЛО
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Программно-аппаратный комплекс для неинвазивного определения оптических параметров биологических тканей по диффузному отражению света»

значительных инвестиций. Решением этой проблемы может быть применение препаратов фолиевой кислоты в сочетании с обязательной фортификацией продуктов питания в странах с

недостаточным потреблением фолатов, что позволит оценить эффективность проводимых мероприятий.

FOLATE GENE POLYMORPHISMS AND ITS ROLE IN CANCER

CHULKOV V.S., CHULKOV VL.S. FSBEI HE SUSMUMOH Russia, Chelyabinsk, Russia

Keywords: cancer, folate, gene polymorphisms.

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ПО ДИФФУЗНОМУ

ОТРАЖЕНИЮ СВЕТА

ШАКАЕВА Д.Ю., ЛАППА А.В., АНЧУГОВА А.Е. ФГБОУВО ЧелГУ, Челябинск, Россия

Ключевые слова: оптические параметры, неразрушающее измерение, диффузное отражение, уравнение переноса излучения, метод Монте-Карло.

Цель работы: создание программно-аппаратного комплекса для определения оптических параметров биологических тканей по диффузно отраженному излучению.

Материалы и методы. Настоящая работа является частью проекта, разрабатываемого в Межвузовском медико-физическом центре (ММФЦ) при ЧелГУ и ЮУГМУ, по созданию прибора для неинвазивного определения оптических параметров биологических тканей. В основе проекта лежит метод, позволяющий неразрушающим образом находить оптические коэффициенты для одной длины волны, исходя из измерений характеристик диффузно отраженного исследуемым образцом излучения (Lappa et.al. A non-destructive diffuse reflectance calibration-free method for determine optical parameters of biological tissues. Proc. SPIE.- 2013. - Vol. 8579, 857912). Для регистрации такого излучения используется оптоволоконный зонд, состоящий из одного излучающего и нескольких детектирующих (считывающих) световодов (не менее двух), расположенных на разных расстояниях относительно излучающего. По излучающему волокну свет подводится от источника к исследуемой среде, по считывающим волокнам свет отводится от среды к детекторам мощности излучения.

Для описания оптических свойств среды используется 3 параметрический набор оптических параметров, включающий

показатель преломления п (считается известным), коэффициент поглощения ^ и транспортный (редуцированный) коэффициент рассеяния . Поиск параметров и основан на сопоставлении показаний детекторов, полученных экспериментально, и их теоретических оценок, рассчитанных в рамках кинетической модели распространения излучения в веществе методом Монте-Карло. Решение задачи по поиску оптических параметров разделяется на два этапа: предварительный этап (расчет сигналов детекторов для сред с различными заданными параметрами и ) и рабочий этап

(регистрация диффузно отраженного излучения, поиск оптических коэффициентов).

Для реализации описанного метода определения оптических параметров биологических тканей создан единый комплекс, объединяющий в себе и программную, и аппаратную части. Аппаратная часть комплекса включает в себя: монохроматический источник света, четырехканальный измеритель мощности излучения на основе фотодиодов, оптоволоконный зонд с четырьмя детектирующими волокнами, моторизованную поворотную платформу для измерений угловых распределений интенсивности источника и функции чувствительности детектора (под источником понимается система световод-источник, под детектором - система световод-

детектор мощности), персональный компьютер. Программная часть позволяет решать следующие задачи предварительного этапа: проводить измерения угловых распределений интенсивности источника и функции чувствительности детектора; рассчитывать теоретические показания детекторов методом Монте-Карло по новому неаналоговому алгоритму, специально разработанному в ММФЦ (Лаппа А.В., Анчугова А.Е. Весовые оценки метода Монте-Карло для решения прямых и обратных задач оптики мутных сред. Труды Международной конференции "Марчуковские научные чтения-2017", с. 521527, 2017); проводить калибровку фотодиодов. Перечисленные задачи достаточно решать один раз в случае неизменности параметров установки. Задачи рабочего этапа - регистрация диффузно отраженного излучения от исследуемого образца; расчет оптических параметров модифицированным методом наименьших квадратов. Эта часть реализована с использованием двух языков

программирования: C# и FORTRAN. На языке C# реализован графический интерфейс, что существенно упрощает работу пользователя с программой: управление программой стало

более удобным и интуитивно понятным, реализован интерактивный ввод данных, произведена частичная автоматизация эксперимента. Все трудоемкие расчеты производятся с использованием динамических библиотек, написанных на FORTRAN. Результаты записываются в формате Microsoft Excel по специальному шаблону.

Результаты исследования. Создан программно-аппаратный комплекс,

позволяющий управлять лабораторным оборудованием, проводить измерения и расчеты в рамках одного продукта. Инструкции к приборам и программам описаны в руководстве пользователя. При помощи данного комплекса проведены предварительные измерения и расчеты с учетом характеристик установки, имеющейся в лаборатории. В ходе экспериментов были найдены оптические параметры некоторых биологических тканей. В дальнейшем данные параметры используются для предсказания полей излучения и эффектов взаимодействия света с исследуемой средой, которые, в свою очередь, необходимы для разработки и оптимизации лазерных медицинских технологий.

HARDWARE-SOFTWARE COMPLEX FOR NON-DESTRUCTIVE DIFFUSE REFLECTANCE DETERMINATION OF OPTICAL PARAMETERS OF BIOLOGICAL TISSUES

SHAKAEVA D.YU, LAPPA A.V., ANCHUGOVA A.E. Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia

Keywords: optical parameters, non-destructive measurement, diffuse reflectance, radiation transport equation, Monte Carlo method.

ОНКОЦИТОМА СЛЕЗНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

ШАМАНОВА А.Ю12, СЕМЕНОВА А.Б12, ГЮНТНЕР Е.И.12, СЕМЕНОВА Л.Е.12,

ШИМОТКИНА Е.В.1, СЕМЕНОВ В.А.1 1 ГБУЗ ЧОКЦОиЯМ, Челябинск, Россия 2 ФГБОУВО ЮУГМУМинздрава России, Челябинск, Россия

Ключевые слова: онкоцитома, слезная железа, опухоль, иммуногистохимия, моноклональные антитела.

Актуальность. Онкоцитома (синонимы: онкоцитарная аденома, оксифильная аденома) является доброкачественной эпителиальной опухолью. Описаны случаи онкоцитомы слюнной железы, гипофиза, надпочечника и других локализаций, тогда как по онкоцитоме

слезной железы существуют редкие описания единичных клинических случаев в литературе с середины 20 века, а последние годы появилось небольшое количество зарубежных публикаций с освещением ее иммуногистохимического профиля.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.