СПОСІБ ПОЛЯРИЗАЦІЙНО-ФАЗОВОЇ ІНТЕРФЕРОМЕТРІЇ ОПТИЧНО АНІЗОТРОПНОЇ АРХІТЕКТОНІКИ ПРЕПАРАТІВ ФІБРИЛЯРНИХ І ПАРЕНХІМАТОЗНИХ ТКАНИН ПОМЕРЛИХ, ЯКІ ПЕРЕНЕСЛИ COVID-19

Спосіб поляризаційно-фазової інтерферометрії оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних і паренхіматозних тканин померлих, які перенесли СОVID-19, за допомогою поляризаційного картографування лазерних мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біологічних тканин алгоритмічної реконструкції інтегрально усереднених фазових мап полікристалічної архітектоніки біологічних шарів шляхом вимірювання координатних розподілів парціальних елементів поляризаційної матриці, який відрізняється тим, що для оцінки змін пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних - міокард, і паренхіматозних - нирка, тканин померлих, зразки тканин померлих, які перенесли COVID-19, нативних гістологічних зрізів розміщують у оптичному ході променя поляризаційного інтерферометра Маха-Цандера, формують серію плоскополяризованих з азимутами поляризації 0°, 90°, 45°, 135° і циркулярно ліво-- і право-- поляризованих опромінюючих і опорних лазерних пучків, для кожного стану поляризації опромінюючий пучок за допомогою обертального дзеркала спрямовують на зразок тканин померлих, які перенесли COVID-19, нативного гістологічного зрізу, лазерне зображення якого поляризаційним мікрооб'єктивом проєктують в площину світлочутливих пікселів цифрової камери, а серію опорних пучків зі станами поляризації 0°, 90°, 45°, 135°, , послідовно за допомогою обертального дзеркала спрямовують в площину лазерного зображення нативного гістологічного зрізу біологічної тканини і формують інтерференційні картини, які пропускаються лінійним поляризатором для двох поворотів площини пропускання на кути 0° і 90° та послідовно реєструють світлочутливими пікселями цифрової камери з наступним алгоритмічним цифровим голографічним відтворенням пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних - міокард, і паренхіматозних - нирка, тканин померлих, що оцінюють шляхом обчислення центральних статистичних моментів 1-4-го порядків, за величинами яких судять про віддалені наслідки COVID-19.

Корисна модель належить до медицини, а також до поляризаційної біомедичної оптики та може бути використана для детектування і моніторингу змін фазових мап біологічних тканин з оптично анізотропною фібрилярною і паренхіматозною архітектонікою, що актуально при виявленні морфологічних змін тканин міокарда та нирок за умов перенесеної коронавірусної хвороби. Відомий ряд біофізичних способів, які досліджують процеси перетворення параметрів лазерного випромінювання оптично анізотропними біологічними шарами і формування поляризаційної структури мікроскопічних зображень препаратів біологічних тканин. Спосіб - аналог, описаний в [Jacques, S. L. Polarized light imaging of biological tissues. In Handbook of Biomedical Optics (eds. Boas, D., Pitris, С & Ramanujam, N.), CRC Press, 2011, 649-669], заснований на аналізі процесів формування оптично анізотропною складовою біологічних шарів поляризаційно-неоднорідних полів та вимірюванні мап азимута і еліптичності поляризації розсіяного лазерного випромінювання. Недоліком способу є неможливість вимірювання параметрів фазової модуляції між ортогональними складовими амплітуди лазерного випромінювання оптично анізотропною архітектонікою біологічних шарів. Також аналогом способу, що заявляється, є спосіб оцінювання фазової анізотропії фібрилярної архітектоніки шкіри шляхом вимірювання поляризаційних мап об'єктного поля у Фур'є площині [A.G. Ushenko, O.V. Dubolazov, V.A. Ushenko, et.al. Fourier polarimetry of human skin in the tasks of differentiation of benign and malignant formations! Applied Optics. - 2016. - 55 (12). - B56-B60]. У способі-аналогу за допомогою лазерного зондування шкіри і поляризаційно-фазовому аналізу лазерного об'єктного дифузного поля у Фур'є площині обчислюють інтегрально усереднені поляризаційні мапи азимута і еліптичності, за якими судять про фазові розподіли. Основним недоліком способу-аналога є опосередкованість оцінювання фазових мап оптично анізотропної архітектоніки фібрилярних мереж за умов багатократного розсіяння в об'ємі дифузних шарів шкіри. Близьким аналогом корисної моделі є спосіб поляризаційно-кореляційного картографування лазерних мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів фібрилярних і паренхіматозних тканин з алгоритмічним відтворенням інтегрально усереднених мап розподілів фази параметрів двоточкового комплексного вектора Стокса [М. Peyvasteh, A. Dubolazov, А. Popov, et.al. Two-point Stokes vector diagnostic approach for characterization of optically anisotropic biological tissues. Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. 53 (39). 395401], при якому зміни полікристалічної структури біологічних тканин опосередковано оцінюються шляхом обчислення сукупності центральних статистичних моментів 1-4-го порядків, які характеризують поляризаційно-кореляційні мапи. Недоліками близького аналога є те, що пряме експериментальне вимірювання поляризаційно-кореляційних мап забезпечує відтворення лишень інтегрально усереднених фазових розподілів по всьому об'єму оптично анізотропної архітектоніки фібрилярних і паренхіматозних тканин, внаслідок чого моніторинг змін полікристалічної структури біологічних шарів є неоднозначним, що значно знижує інформативну ефективність способу та його прикладні застосування. Окрім цього прототип не забезпечує можливість прямого пошарового фазового сканування в об'ємі полікристалічної архітектоніки нативних гістологічних зрізів біологічних тканин. Нами пропонується рішення, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлено задачі удосконалити спосіб поляризаційно-фазової інтерферометрії змін оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних і паренхіматозних тканин хворих з коронавірусною хворобою в анамнезі шляхом формування серії плоскополяризованих (з азимутами 0°, 90°, 45°, 135°) і циркулярно ліво (з) і право ()) поляризованих опромінюючих і опорних лазерних пучків; поляризаційній фільтрації інтерференційних картин з наступним алгоритмічним цифровим голографічним відтворенням пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих, які оцінюються шляхом обчислення центральних статистичних моментів 1-4-го порядків для покращення точності та розширення функціональних можливостей оцінювання можливих віддалених наслідків COVID-19. Поставлена задача вирішується тим, що у способі поляризаційно-фазової інтерферометрії змін оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних і паренхіматозних тканин за допомогою поляризаційного картографування лазерних мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біологічних тканин і алгоритмічної реконструкції інтегрально усереднених фазових мап полікристалічної архітектоніки біологічних шарів шляхом вимірювання координатних розподілів парціальних елементів поляризаційної матриці, згідно з корисною моделлю, для оцінки змін пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих від COVID-19, зразки нативних гістологічних зрізів розміщують у оптичному розташуванні поляризаційного інтерферометра Маха-Цандера, формують серію плоскополяризованих (з азимутами 0°, 90°, 45°, 135°) і циркулярно ліво (,) і право ()) поляризованих опромінюючих і опорних лазерних пучків; для кожного стану поляризації опромінюючий пучок допомогою обертального дзеркала спрямовують на зразок нативного гістологічного зрізу, лазерне зображення якого поляризаційним мікрооб'єктивом проєктується в площину світлочутливих пікселів цифрової камери; серія опорних пучків (0°, 90°, 45°, 135°, а, ,) послідовно за допомогою обертального дзеркала спрямовується в площину лазерного зображення тканин померлих від COVID-19 нативного гістологічного зрізу і формують інтерференційні картини, які пропускаються лінійним поляризатором для двох поворотів площини пропускання на кути 0° і 90° і послідовно реєструються світлочутливими пікселями цифрової камери з наступним алгоритмічним цифровим голографічним відтворенням пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих, які оцінюються шляхом обчислення центральних статистичних моментів 1-4-го порядків, за величинами яких судять про морфологічні зміни тканин міокарда та нирок у осіб з коронавірусною хворобою в анамнезі. Спільними ознаками близького аналога та корисної моделі, що заявляється, є використання лазерного поляризаційно-кореляційного картографування для алгоритмічного відтворення інтегрально усереднених фазових мап оптично анізотропної архітектоніки біологічних тканин і оцінка змін їх статистичної структури. Корисна модель відрізняється від близького аналога тим, що для оцінки змін пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих зразки нативних гістологічних зрізів розміщують у оптичному розташуванні поляризаційного інтерферометра Маха-Цандера, формують серію плоскополяризованих (з азимутами 0°, 90°, 45°, 135°) і циркулярно ліво (н) і право ()) поляризованих опромінюючих і опорних лазерних пучків; для кожного стану поляризації опромінюючий пучок допомогою обертального дзеркала спрямовують на зразок нативного гістологічного зрізу, лазерне зображення якого поляризаційним мікрооб'єктивом проєктується в площину світлочутливих пікселів цифрової камери; серія опорних пучків зі станом поляризації 0°, 90°, 45°, 135°, 5, , послідовно за допомогою обертального дзеркала спрямовується в площину лазерного зображення нативного гістологічного зрізу біологічної тканини і формують інтерференційні картини, які пропускаються лінійним поляризатором для двох поворотів площини пропускання на кути 0° і 90° і послідовно реєструються світлочутливими пікселями цифрової камери з наступним алгоритмічним цифровим голографічним відтворенням пошарових фазових мап оптично анізотропної архітектоніки препаратів фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих, які оцінюються шляхом обчислення центральних статистичних моментів 1-4-го порядків, за величинами яких судять про імовірні морфологічні зміни цих тканин, можливо обумовлені перенесеною коронавірусною хворобою. Спосіб здійснюється наступним чином. Для оцінки змін пошарових фазових мап полікристалічної складової препаратів фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих за допомогою поляризаційно-інтерференційного пристрою проводять багатоканальне лазерне опромінення дослідного зразку, формують інтерференційні картини і вимірюють поляризаційно відфільтровані інтенсивності інтерференційних розподілів з наступним алгоритмічним цифровим відтворенням пошарових фазових мап оптично анізотропної складової. За оцінкою величини центральних статистичних моментів 1-4-го порядків, які характеризують такі розподіли, судять про зміни полікристалічної структури нативних гістологічних зрізів міокарда та нирки померлих. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. Для реконструкції розподілу комплексних амплітуд Ех;х=0=(m,n); Еy;y=90=(m,n) при кожному повороті площини пропускання поляризатора-аналізатора використовують алгоритм двомірного цифрового Фур'є перетворення DFT(D, ,) [Ushenko A.G., Dubolazov A.V., Litvinenko O.Y. et al. 3D polarization correlometry of object fields of networks of biological crystals. Proc. SPIE (2020). 11369:113691M] , (1) де II=0=;90; (m,n)= E =0=;90; (m,n) E**=0=;90; (m,n) координатний розподіл інтенсивності парціальних інтерференційних картин для кутів повороту и=0°; ==90°; EE=0=;90; (m, n) - ортогональні складові комплексної амплітуди лазерного випромінювання; ((, ,) - просторові частоти для m і n напрямів пікселів; (Μ, Ν) - кількість пікселів CCD камери: 0мm,,,Μ and 0an,nnΝ. Результатом цифрового Фур'є перетворення (рівняння (1)) є розподіли комплексних амплітуд, які визначають фазові мапи оптично анізотропної архітектоніки фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) біологічних тканин померлих ; (2) ; (3) . (4) Тут Тxy - фазовий зсув між ортогональними компонентами Ех, Еу комплексної амплітуди Е. Статистичне оцінювання фазових мап дихроїзму Сxy(m, n) здійснюється за наступними алгоритмами ; ; ; , (5) де Ρ=ΜдΝ - повна кількість пікселів CCD-камери. Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом. В якості зразків використали дві групи біологічних тканин померлих віком 18-39 років в результаті раптової насильницької смерті (травми, кровотеча, механічна асфіксія, різні види шоку) та не мали відомих гострих чи хронічних захворювань серця чи нирок в анамнезі: - Фібрилярний міокард померлих віком 18-39 років в результаті раптової насильницької смерті (травми, кровотеча, механічна асфіксія, різні види шоку) та не мали відомих гострих чи хронічних захворювань серця чи нирок в анамнезі, однак перенесли коронавірусну хворобу (група 1) і зразки міокарда померлих віком 18-39 років в результаті раптової насильницької смерті (травми, кровотеча, механічна асфіксія, різні види шоку) та не мали відомих гострих чи хронічних захворювань серця, нирок та коронавірусної хвороби в анамнезі (група 2). - Паренхіматозна нирка міокард померлих віком 18-39 років в результаті раптової насильницької смерті (травми, кровотеча, механічна асфіксія, різні види шоку) та не мали відомих гострих чи хронічних захворювань серця чи нирок в анамнезі, однак перенесли коронавірусну хворобу (група 3) і тканина нирки померлих віком 18-39 років в результаті раптової насильницької смерті (травми, кровотеча, механічна асфіксія, різні види шоку) та не мали відомих гострих чи хронічних захворювань серця, нирок чи коронавірусної хвороби в анамнезі (група 4). У таблиці 1 і таблиці 2 представлені центральні статистичні моменти 1-4-го порядків, що характеризують інтегральні дифузні (таблиця 1) і пошарові (таблиця 2) фазові мапи нативних гістологічних зрізів фібрилярного міокарда померлих. Таблиця 1Статистична структура інтегральних дифузних фазових мап фібрилярного міокарда померлихСтатистичні моментиГрупа 1Група 2Середнє0,120,15Дисперсія0,070,11Асиметрія0,270,22Ексцес0,350,26 Таблиця 2Статистична структура фазової мапи оптично тонкого шару фібрилярного міокарда померлихСтатистичні моментиГрупа 1Група 2Середнє0,0780,087Дисперсія0,0310,041Асиметрія0,580,31Ексцес0,790,42 Відмінності між статистичними параметрами інтегральної і пошарової фазових мап зросли практично в 2,5 рази. Центральні статистичні моменти 3-4-го порядків, які характеризують асиметрію та ексцес розподілів параметрів пошарової фазової мапи нативного гістологічного зрізу фібрилярного міокарда, відрізняються в 1,9 рази. У таблиці 3 і таблиці 4 представлені центральні статистичні моменти 1-4-го порядків, що характеризують інтегральні дифузні (таблиця 3) і пошарові (таблиця 4) фазові мапи нативних гістологічних зрізів паренхіматозної нирки померлих. Таблиця 3Статистична структура інтегральних дифузних фазових мап паренхіматозної нирки померлихСтатистичні моментиГрупа 3Група 4Середнє0,0680,074Дисперсія0,0230,028Асиметрія0,430,34Ексцес0,620,55 Таблиця 4Статистична структура фазової мапи оптично тонкого шару паренхіматозної нирки померлихСтатистичні моментиГрупа 3Група 4Середнє0,0350,047Дисперсія0,0120,017Асиметрія0,670,41Ексцес0,980,52 Відмінності зросли практично в 3 рази - центральні статистичні моменти 3-4-го порядків, які характеризують асиметрію та ексцес розподілів параметрів пошарової фазової мапи нативного гістологічного зрізу паренхіматозної нирки, відрізняються в 1,6-1,9 рази. Технічний результат забезпечує нова сукупність дій, яка складає запропонований спосіб, що призводить до розширення функціональних можливостей і покращення точності детектування змін фазової анізотропії полікристалічної архітектоніки фібрилярних (міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих шляхом статистичного моніторингу зміни координатної структури алгоритмічно відтворених пошарових фазових мап. При цьому вперше використано поляризаційно-інтерференційний запис і поляризаційну фільтрацію інтерференційних розподілів лазерних мікроскопічних зображень та проведення статистичного моніторингу змін алгоритмічно відтворених пошарових координатних розподілів фазових зсувів полікристалічної архітектоніки фібрилярних ((міокард) і паренхіматозних (нирка) тканин померлих з коронавірусною хворобою в анамнезі.