Анотація до роботи:

Ушенко Є.Г. Поляризаційні характеристики когерентних оптичних зображень зразків анізотропних біологічних тканин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2007.

Знайдено взаємозв’язок між координатними розподілами параметрів вектора Стокса зображень біологічних тканин і розподілами напрямків оптичних осей фазовозсуваючих протеїнових фібрил. На основі цього досліджено особливості структури двомірних Стокс-зображень (статистичні моменти 1-4 порядків, дисперсія спектрів потужності параметрів вектора Стокса) біологічних тканин різної морфологічної будови та фізіологічного стану. Встановлено, що фізичною причиною формування стохастичної компоненти автокореляційних функцій двомірних розподілів параметрів вектора Стокса зображень біологічних тканин є ієрархічна геометрія будови оптично одноосних двопроменезаломлюючих фібрил, які формують оптично-анізотропну складову біологічних тканин. Виявлено зв’язок величини ступеня взаємної поляризації з параметрами анізотропії (напрям оптичної осі та величина фазового зсуву між ортогональними компонентами амплітуди лазерної хвилі) різних точок біологічних тканин. На основі цього запропоновано новий метод прямого поляриметричного вимірювання координатних розподілів ступеня взаємної поляризації зображень біологічних тканин. Досліджені механізми формування інтерференційних розподілів поляризаційно-неоднорідних об’єктних полів біологічних тканин в різних зонах дифракції. На основі цього вперше для диференціації оптичних властивостей двопроменезаломлюючої складової застосовано статистичний аналіз розподілів значень контрасту інтерференційних картин. Визначені фізичні механізми та умови формування поляризаційних сингулярностей (лінійно та циркулярно поляризовані стани) у зображеннях біологічних тканин, що дозволило розробити метод поляриметрії сингулярностей таких зображень.

1. Знайдено взаємозв’язок між координатними розподілами параметрів вектора Стокса зображень біологічних тканин і розподілами напрямків оптичних осей фазовозсуваючих протеїнових фібрил. На основі цього досліджено особливості структури двомірних Стокс-зображень (статистичні моменти 1-4 порядків, дисперсія спектрів потужності параметрів вектора Стокса) біологічних тканин різної морфологічної будови та фізіологічного стану.

2. Встановлено, що фізичною причиною формування стохастичної компоненти автокореляційних функцій двомірних розподілів параметрів вектора Стокса зображень біологічних тканин є ієрархічна геометрія будови оптично одноосних двопроменезаломлюючих фібрил, які формують оптично-анізотропну складову біологічних тканин. Показано, що дисперсія флуктуацій спектрів потужності автокореляційних функцій обумовлена наявністю стохастичної складової у розподілах параметрів вектора Стокса і може бути використана для диференціації оптичних властивостей анізотропних структур здорових і онкологічно змінених біологічних тканин.

3. Показано, що координатна структура поляризаційно-неоднорідних зображень біологічних тканин може бути охарактеризована ступенем взаємної поляризації різних точок такого зображення. Виявлено зв’язок величини ступеня взаємної поляризації з параметрами анізотропії (напрямками оптичних осей та величинами фазового зсуву між ортогональними компонентами амплітуди лазерної хвилі) різних точок біологічних тканин. На основі цього запропоновано новий метод поляриметричного вимірювання координатних розподілів ступеня взаємної поляризації зображень біологічних тканин.

4. Встановлено, що зростання двопроменезаломлення речовини анізотропних фібрил при незмінній орієнтації оптичних осей, виявляється у зростанні ексцесу координатних розподілів ступеня взаємної поляризації зображення біологічних тканин. Розупорядкування напрямків оптичних осей біологічних кристалів є причиною зменшення асиметрії розподілу ступеня взаємної поляризації. На основі цього показана можливість здійснення ранньої (доклінічної) диференціації оптичних властивостей анізотропної складової здорової та патологічно зміненої (передраковий стан) сполучної тканини.

5. Досліджені механізми формування інтерференційних розподілів поляризаційно-неоднорідних об’єктних полів біологічних тканин в різних зонах дифракції. На основі цього вперше для диференціації оптичних властивостей двопроменезаломлюючої складової застосовано статистичний аналіз розподілів значень контрасту інтерференційних картин.

6. Визначені фізичні механізми та умови формування поляризаційних сингулярностей (лінійно та циркулярно поляризовані стани) у зображеннях біологічних тканин, що дозволило розробити метод поляриметрії сингулярностей таких зображень.

7. Встановлено, що координатні розподіли точок поляризаційних сингулярностей зображень здорових біологічних тканин мають самоподібну, фрактальну структуру. Зміна параметрів оптичної анізотропії, пов’язана з формуванням патологічних станів, виявляється у трансформації log-log залежностей спектрів потужності густини кількості поляризаційно сингулярних точок у статистичні залежності.

Публікації автора:

1. , Stokes correlometry of biotissues // Proc. SPIE. – 2005. – Vol.5772. – P.122-130.

2. O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Ye.G. Ushenko, 2-D Stokes Polarimetry of Biospeckle Tissues Images in Pre-Clinic Diagnostics of Their Pre-Cancer States // J. Holography Speckle. – 2005. – Vol.2, № 1. – P.26-33.

3. O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, Ye.G. Ushenko and Yu.Ya. Tomka, Polarization correlometry of biological tissue speckle-images and diagnostics of there physiological state. I. Polarization cartography of biological tissues coherent images // Asian J. Phys. – 2006. – Vol.15, № 1. – P.29-39.

4. O.V. Angelsky, Yu.Y. Tomka, A.G. Ushenko, Ye.G. Ushenko, S.B. Yermolenko, Yu.A. Ushenko., // Proc. SPIE. – 2005. – Vol.5972. – P.158-162.

5. , and , Investigation of the correlation structure of biological tissue polarization images during the diagnostics of their oncological changes // Phys. Med. Biol. – 2005. – Vol.50. – P.4811-4822.

6. O.V. Angelsky, Ye.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, A.G. Ushenko Fractal structure of biotissues polarization properties for early diagnostics cancer changes // Proc. IEEE 6^th International conference “Laser&Fiber-Optical Networks Modelling 2004”. – 2004. – P.294-298.

7. , and , High-order statistics of 2D distributions of the Stokes parameters of biological tissue images // Proc. SPIE. – 2006. – Vol.6254. – 62541S.

8. , , and , Complex degree of mutual polarization of biological tissue coherent images for the diagnostics of their physiological state // J. Biomed. Opt. – 2005. – Vol.10, № 6. – 060502.

9. , Complex Degree of Mutual Polarization of Biotissue’s Speckle-Images // Ukr. J. Phys. Opt. – 2005. – Vol.6, № 3. – P.104-113.

10. O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, Ye.G. Ushenko and Yu.Ya. Tomka, Polarization correlometry of biological tissue speckle-images and diagnostics of there physiological state. II. Complex degree of mutual polarization (CDMP) of biological tissue speckle-images // Asian J. Phys. – 2006. – Vol.15, № 1. – P.41-47.

11. O.V. Angelsky, S.B. Yermolenko, O. Prydij, A.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, Ye.G. Ushenko, Polarization-Interference Structure of Speckle Fields of the Rough Skin Surface // J. Holography Speckle. – 2006. – Vol.3, № 1. – P.27-34.

12. , , , and , Polarization singularities of biological tissues images // J. Biomed. Opt. – 2006. – Vol.11, № 5. – 054030.