Анотація до роботи:

Олар О.І. Поляризаційна діагностика анізотропних складових біологічних тканин методом матриці Джонса. – 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, 2008.

Досліджені та проаналізовані механізми трансформації амплітудно-фазових параметрів лазерного випромінювання сукупністю оптично одноосних двопроменезаломлюючих кристалів позаклітинної матриці трьох основних типів (епітеліальна, м’язова та сполучна) тканин людини. Виявлено взаємозв’язок між середнім, дисперсією, асиметрією, ексцесом, які характеризують орієнтаційну (розподіл напрямків оптичних осей) і фазову (розподіл фазових зсувів) структуру оптично анізотропної сітки біологічних тканин і сукупністю відповідних статистичних моментів координатних розподілів елементів матриці Джонса. Показано, що зростання дисперсії напрямків оптичних осей органічних кристалів виявляється зростанням асиметрії та зменшенням ексцесу двовимірних розподілів дійсних частин елементів матриці Джонса тканин людини. Ріст дисперсії фазових зсувів, зумовлений анізотропією позаклітинної матриці, супроводжується зворотними змінами статистичних моментів 3-го і 4-го порядків. Установлено, що фізичною причиною зменшення півширини кореляційної функції та збільшення дисперсії її флуктуацій є ріст дисперсії орієнтацій та двопроменезаломлення органічних кристалів. На основі цього розроблено метод фазової томографії оптико-геометричної будови позаклітинної матриці тканин людини різної морфологічної будови та фізіологічного стану.

У дисертаційній роботі проведено дослідження й аналіз механізмів трансформації амплітудно-фазових параметрів лазерного випромінювання сукупністю органічних оптично одноосних двопроменезаломлюючих кристалів на основі використання методів поляриметрії, комп’ютерного моделювання, статистичного та кореляційного аналізу координатних розподілів елементів матриці Джонса, що дозволило:

1. Розробити новий метод поляризаційної діагностики структури позаклітинної матриці основних типів біологічних тканин і систему класифікації їх оптичних властивостей, а також визначити сценарії формування координатних розподілів елементів матриці Джонса біологічних тканин шляхом оцінювання діапазонів зміни значень статистичних моментів 1-го – 4-го порядків координатних розподілів матричних елементів.

2. Установити, що фізичною причиною формування структури двовимірних розподілів значень елементів матриці Джонса є координатна модуляція фазових зсувів між ортогональними компонентами амплітуди лазерної хвилі сукупністю статистично розподілених за напрямками оптичних осей двопроменезаломлюючих органічних кристалів позаклітинної матриці основних типів біологічних тканин. У результаті виявлено взаємозв’язок між середнім, дисперсією, асиметрією, ексцесом, які характеризують орієнтаційну (розподіл напрямків оптичних осей) і фазову (розподіл фазових зсувів) структуру оптично анізотропної сітки біологічних тканин і сукупністю відповідних статистичних моментів координатних розподілів елементів матриці Джонса.

3. Показати, що зростання дисперсії напрямків оптичних осей органічних кристалів виявляється зростанням асиметрії та зменшенням ексцесу двовимірних розподілів дійсних частин елементів матриці Джонса епітеліальної, м’язової та сполучної тканини. Ріст дисперсії фазових зсувів, зумовлений анізотропією речовини позаклітинної матриці, супроводжується зворотними змінами статистичних моментів 3-го і 4-го порядків розподілів матричних елементів. На цій основі розроблені й обґрунтовані принципи класифікації поляризаційних властивостей основних типів біологічних тканин методом матриці Джонса за діапазонами зміни набору статистичних моментів, які характеризують її елементи.

4. Експериментально виявити та теоретично обґрунтувати взаємозв’язок оптичної (анізотропія органічних кристалів) і геометричної (ієрархічна будова коаксіальних двопроменезаломлюючих протеїнових фібрил) будови позаклітинної матриці біологічних тканин різних типів з діапазонами зміни значень півширини і дисперсії флуктуацій автокореляційної функції координатних розподілів елементів матриці Джонса. Установлено, що фізичною причиною зменшення півширини кореляційної функції та збільшення дисперсії її флуктуацій є ріст дисперсії орієнтацій та двопроменезаломлення органічних кристалів позаклітинної матриці. На цій основі виявлені та обґрунтовані критерії диференціації поляризаційних властивостей анізотропної складової епітеліальної та сполучної тканини.

5. На основі дослідження кореляційної структури двовимірних розподілів дійсних частин елементів матриці Джонса фізично обґрунтувати зв’язок між діапазонами зміни значень радіусу поляризаційної кореляції та дисперсії флуктуацій взаємокореляційних функцій 1-го – 4-го порядків з набором статистичних моментів (дисперсія, асиметрія, ексцес), які характеризують розподіли напрямків оптичних осей і двопроменезаломлення органічних кристалів позаклітинної матриці біологічних тканин. У результаті вперше здійснена диференціація оптичних властивостей анізотропної позаклітинної матриці всіх основних типів біологічних тканин людини.

6. Аналітично визначити взаємозв’язок між локальними орієнтаціями оптичних осей, двопроменезаломленням органічних кристалів позаклітинної матриці та величинами фазових кутів елементів матриці Джонса. На цій основі встановлено фізичні причини зміни значень фазових статистичних моментів розподілів уявних частин матричних елементів біологічних тканин та експериментально виявлено діапазони таких змін. Установлено, що ріст асиметрії та ексцесу розподілів уявних частин матричних елементів зумовлений зростанням дисперсії напрямків оптичних осей органічних кристалів; зміна оптичної анізотропії виявляється у зворотних процесах трансформації величини відповідних статистичних моментів. На основі цього розроблено метод фазової томографії оптико-геометричної будови позаклітинної матриці біологічних тканин різної морфологічної будови та фізіологічного стану.

7. Реалізувати диференціацію поляризаційних властивостей складних (суперпозиція сіток органічних кристалів різних типів біологічних тканин) позаклітинних матриць тканин фізіологічних органів (стінка тонкої та товстої кишки) шляхом автокореляційного аналізу координатних розподілів фазових кутів елементів матриці Джонса. Запропонований метод базується на установлених і фізично обґрунтованих механізмах формування кореляційних параметрів автокореляційних функцій фазових кутів як результат фазової модуляції лазерного випромінювання сукупністю ієрархічних коаксіальних двопроменезаломлюючих протеїнових фібрил позаклітинної матриці. На цій основі вперше реалізовано ранню (доклінічну) діагностику септичного стану тканин органів.