Skip to Content

Оптическое просветление биоткани, с помощью иммерсионного агента

ID: 2021-09-7-A-19633
Оригинальная статья (свободная структура)
ФГБОУ ВО «Саратовский ГУ им. Н. Г. Чернышевского» Кафедра оптики и биофотоники

Резюме

В данной работе показана целесообразность использования смеси глицерина (70%) и пропиленгликоля (30%) в качестве иммерсионного агента при оптическом просветлении биоткани. Проведён ряд опытов по использованию данного иммерсионного агента для оптического просветления хрящевой ткани крупного рогатого скота. Полученные результаты позволили утверждать, что выбранный агент диффундирует внутрь ткани и изменяет ее оптические свойства.

Ключевые слова

Оптическое просветление, иммерсионный агент

Статья

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=(Imax-Imin)/(Imax-Imin)                                                                                   (2),

где K-значение контраста,Imax- значение яркости в светлой зоне,Imin- 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.

Литература

Литература: 1. В.В. Тучин, Оптика биологических тканей. Методы рассеяния света в медицинской диагностике, 2-е издание, М., Физматлит, 2012, 811 с.. 2. D.K. Tuchina, I.G. Meerovich, O.A. Sindeeva, V. V. Zherdeva, A. P. Savitsky, A. A. Bogdanov Jr, V. V. Tuchin, Magnetic resonance contrast agents in optical clearing: Prospects for multimodal tissue imaging. J. Biophotonics 13(11), e201960249, 2020. 3. L. Oliveira and V. V. Tuchin, The Optical Clearing Method: A New Tool for Clinical Practice and Biomedical Engineering, Basel, Springer Nature Switzerland AG, 2019, 177 p.

Рисунки

<p> Рисунок 1</p>
Рис. 1 а) Образец в начальный момент времени (0с); б) Образец в конце эксперимента (30 мин); на изображении указаны ROI
<p> Рисунок 2</p>
Рис.2 Средние значения контраста в начале эксперимента (0 мин) (1); в конце эксперимента (30 мин) (2)
<p> Рисунок3</p>
Рис. 3 График зависимости усредненных значений контраста от времени
0
Ваша оценка: Нет



Яндекс.Метрика