Багатопараметричні поляризаційно-фазові методи і засоби відтворення та аналізу структури полікристалічних біологічних шарів при оцінюванні патологічних станів

Abstract

Розв’язано комплекс задач, які вирішили науково-прикладну проблему створення теоретичних засад, методів і засобів багатопараметричного поляризаційного відтворення та об’єктивного аналізу структури фазово-неоднорідних біологічних об’єктів з підвищенням достовірності оцінювання патологічних станів в системах діагностики гістологічних зрізів парціальних і двошарових біологічних тканин і плівок біологічних рідин. Запропоновано модель відтворення та аналізу оптичної анізотропії багатошарових біологічних тканин і рідин із виділенням груп їх мюллер-матричних зображень при оцінюванні патологічних станів. Розроблено методи і системи з підвищеною достовірністю диференціації станів «норма  патологія» на основі прямого відтворення та аналізу координатних розподілів орієнтаційних та фазових параметрів оптично тонких біологічних шарів та мюллер-матричного відтворення «екранованих» зовні шарів двошарової біологічної тканини. Розроблена та апробована архітектура багатопараметричної системи поляризаційно-фазового відтворення та аналізу параметрів анізотропії біологічних шарів з розширеними функціональними можливостями та підвищеною достовірністю діагностування патологічних станів. Оцінено метрологічні характеристики запропонованих систем на основі статистичного, кореляційного та фрактального аналізу двомірних розподілів похибок вимірювання.

Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы создания теоретических основ, методов и средств многопараметрического поляризационного воспроизведения и объективного анализа структуры фазово-неоднородных биологических объектов с повышением достоверности оценивания патологических состояний в системах диагностики гистологических срезов парциальных и двухслойных биологических тканей и пленок биологических жидкостей. В работе осуществлено развитие теоретических основ и разработаны новые поляризационно-фазовые методы воспроизведения и объективного анализа оптико-анизотропной структуры поликристаллических биологических слоев. Дифференцированы на группы ориентационных, фазовых и ориентационно-фазовых мюллер-матричных изображений модели описания свойств оптической анизотропии гистологических срезов многослойных биологических тканей (пленок жидкостей) с учетом ориентации оптических осей и двулучепреломления их поликристаллических сетей. Разработана концепция построения и апробирована архитектура прототипа многопараметрической системы поляризационно-фазового воспроизведения и анализа параметров анизотропии биологического слоя, обеспечивающая повышенную достоверность диагностики при реализации всего комплекса предложенных методов. Оценены метрологические характеристики предложенных систем на основе статистического, корреляционного и фрактального анализа двухмерных распределений погрешностей измерения матриц Мюллера референтных объектов. Апробирован метод прямой поляризационной реконструкции распределения фазовых параметров пленок плазмы крови при оценке патологических состояний молочных желез. Определены диагностические информативные признаки. Оценены значения достоверности, чувствительности и специфичности метода в диагностике возникновения доброкачественных и злокачественных состояний молочных желез, а также при дифференциации доброкачественных и злокачественных состояний.

Dissertation is dedicated to the solution of the scientific-applied problem, aimed at elaboration of theoretical fundamentals, methods and means of multiparameter polarization reconstruction and unbiased analysis of the phaseheterogeneous biological objects structure that enabled to enhance the validity of pathological states assessment in the diagnostic systems of the histologic sections of fractional and multilayered biological tissues (BT) and films of biological fluids (BF). The model of reconstruction and analysis of optical anisotropy of multilayer BT and BF with the allocation of groups of their mueller-matrix images in the evaluation of pathological states is improved. Methods and systems with increased reliability of the differentiation of states «norm  pathology» on the basis of direct reproduction and analysis of coordinate distributions of orientation and phase parameters of optically thin biological layers (BL) and mueller-matrix reproduction of «shielded» exterior layers of two-layer BT are developed. The architecture of the multiparameter system of polarization-phase reproduction and analysis of parameters of anisotropy of BL with advanced functional capabilities and high reliability of diagnostics of pathological states was developed and tested. The metrological characteristics of the offered systems based on statistical, correlation and fractal analysis of two-dimensional distributions of measurement errors are estimated.