Оптическое просветление биоткани, с помощью иммерсионного агента

Елизаров А.Д.
ФГБОУ ВО «Саратовский ГУ им. Н. Г. Чернышевского»
Кафедра оптики и биофотоники

Актуальность

Оптическое просветление биоткани, с помощью иммерсионного агента

Елизаров А.Д.
ФГБОУ ВО «Саратовский ГУ им. Н. Г. Чернышевского»
Кафедра оптики и биофотоники

Актуальность

Актуальность данной работы продиктована растущей необходимостьюв новых неинвазивных и малоинвазивных методов диагностики в медицине. Оптическое просветление способно повысить глубину диагностики и обеспечить доступ к труднодоступным исследуемым участка, за счет чего можно повысить эффективность люминесцентных методов диагностики заболеваний.

Цель работы

Целью даннной работы является изучение целесообразности использования раствора глицерина (70%) и пропиленгликоля (30%) в качестве иммерсионного агента при оптическом просветлении биоткани.

Материалы и методы.

            Биологические ткани являются оптически неоднородными поглощающими средами, средний показатель преломления которых выше, чем у воздуха. Различными оптическими параметрами биотканей, такими как отражение, поглощение, рассеяние и флуоресценция живых биологических тканей и крови можно эффективно управлять, используя методы оптического просветления. В общем случае коэффициент рассеяния и фактор анизотропии рассеяния  ткани зависят от разности показателей преломления между клеточными компонентами (клеточная мембрана, цитоплазма, ядро клетки, другие органеллы, меланиновые гранулы) и внеклеточной жидкостью. Для фиброзных(соединительных) тканей важна разница показателей преломления между межклеточной жидкостью и волокнами  коллагена, эластина и ретикулин-образующими волокнами, т.е. компонентами, образующими часть неклеточного матрикса ткани, окружающего клетки и заполняющего пространство между ними. В следствие дегитратации ткани под действием оптического просветляющего агента происходит согласование показателей преломления компонентов исследуемой ткани. В данной работе в качестве образцов ткани в данной работе были исползованы тонкие(  мкм) срезы межпозвоносного диска коровы Следствием согласования показателей преломления является уменьшение коэффициента рассеняния и возрастание направленности рассеяния. В живой ткани относительный показатель преломления является функцией физиологического или патологического состояния ткани [1].

Результаты.

В ходе эксперимента фиксировались изображения образца в определенные моменты времени, на полученных изображениях выбирались две точки ROI (Region of interest), по одной для светлой и темной области для расчета контраста (Рис 1).

Выбранные ROI использовались для измерения яркости пикселя. Яркости пикселей использоуются для расчета контраста светлой и темной областей .

Формула, для определения контраста изображений [2]:

                                                      K=(I_max-I_min^)/(I_max-I_min)                                                                                   (2),

где K-значение контраста,I_max- значение яркости в светлой зоне,I_min- значение яркости в темной зоне.

Среднее значение контраста в начальный момент времени (0мин) K₀=0,0095
Среднее значение контраста после эксперимента (30 мин) K₁=0,1360

Изменение контраста изображения в среднем составило dK=0,1264+-0,0381

Расчет коэффициентов диффузии и проницаемости:

Коэфифицент диффузии вычисляется по формуле [3]:
                                                                                         D=(4l² )/(pi² t)                                                                (3),
где D-коэффициент диффузии, l -толщина образца после взаимодействия с агентом,t -время взаимодействия образца с агентом (30 минут).
 

D=2,48*10^-6+-0,96*10^-6 см/с²

Выводы

В ходе данной работы были достигнуты цели по подсчету контраста изображения просветленного образца биоткани. На основе полученных данных можно утверждать, что выбранный иммерсионный агент (70% глицерин, 30% пропилленгликоль, в котором допускается незначительное сожержание воды) способен диффундировать внутрь хрящевой ткани, изменяя ее оптические свойства . Увелечение контраста с течением времени говорит о том, что проникновение иммерсионного агента в межпозвоночный диск коровы ведет к согласованию показателей преломления компонентов ткани, следовательно, к  уменьшению рассеяния потока света, проходящего через ткань, и была установлена скорость проникновения иммерсионного агента в биоткань.