Развитие техники сканирующей проточной цитометрии и методов решения обратной задачи светорассеяния для анализа одиночных сферических частиц

• Автор: Семьянов, Константин Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 83 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ СКАНИРУЮЩЕГО ПРОТОЧНОГО ЦИТОМЕТРА

1.1. Основные принципы действия сканируещего проточного цитометра

1.2. Расчет безлинзовой оптической схемы СПЦ

1.3. Параметры оптической схемы СПЦ с отклонениями от осевой симметрии

1.4. Оценка влияния параметров СПЦ на погрешности параметров индикатрисы

1.5. Выводы к главе 1

2. РАЗВИТИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ ДЛЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ

2.1. Основные принципы параметрического метода решения

обратной задачи светорассеяния

2.2. Расширение области применения параметрического решения обратной задачи светорассеяния для сферических частиц
2.2.1. Сферические частицы сравнимые с длиной волны
2.2.2. Гомогенная сферическая частица с поглощением
2.3. Фурье-параметры и спад индикатрисы в решении обратной
задачи светорассеяния
2.4. Параметрическое решение обратной задачи светорассеяния для Фурье-параметров
2.4.1. Гомогенная сферическая частица
2.4.2. Гомогенная сферическая частица с поглощением
2.4.3. Сферическая частица с ядром
2.5. Интеграл индикатрисы в решении обратной задачи светорассеяния для сферических частиц
2.6. Выводы к главе 2
3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СКАНИРУЮЩЕГО ПРОТОЧНОГО ЦИТОМЕТРА

3.1. Классификация лейкоцитов
3.2. Измерение размера и показателя преломления латексных частиц сравнимых с длиной волны
3.3. Определение объёма эритроцитов и концентрации гемоглобина в
них на сканирующем проточном цитометре
3.4. Применение Фурье-параметра для измерения размера сферических частиц
3.5. Использование интеграла индикатрисы для измерения коэффициента преломления сферических частиц и концентрации гемоглобина в сферизованных эритроцитах
3.6. Анализ содержания жира в молоке на сканирующем проточном цитометре
3.7. Выводы к главе 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Измерительная аппаратура и методы анализа, использующие светорассеяние, нашли широкое применение в различных областях науки и техники. Измерение различных характеристик рассеяния света применяется для анализа бактерий и клеток в биологии, состава и качества крови в медицине. Данные светорассеяния могут быть при этом представлены в двух видах: светорассеяние от ансамбля частиц и от одиночных частиц. Интерпретация данных второго вида проще и более информативна. Тем не менее, даже при анализе данных рассеяния света от одиночных частиц приходится решать ряд сложных задач физической оптики.
В теории взаимодействия электромагнитной волны с малой частицей существует два основных класса задач.
Прямая задача. Вычисление поля рассеяния по известным свойствам частицы и падающего на неё излучения.
Обратная задача. Определение свойств частицы путем анализа рассеянного ею
поля.
За последние сто лет были сделаны значительные успехи в развитии методов решения прямой задачи. Точные решения существуют для огромного количества типов частиц, таких как однородные и неоднородные сферы, эллипсоиды, цилиндры и других. Наиболее полный обзор методов по расчету полей рассеяния от частиц произвольной формы представлен в монографии [1].
Обратная задача светорассеяния принадлежит к типу некорректных задач. Информация, требуемая для однозначного определения частицы, должна включать в себя: 1) векторную амплитуду и фазу поля, рассеянного во всех направлениях, и 2) поле внутри частицы [2]. Поле внутри частицы непосредственно измерить нельзя (при некоторых условиях его можно только аппроксимировать полем падающей волны). Измерение амплитуды и фазы рассеянного поля в принципе возможно, но на практике почти не достижимо. Обычно для исследования доступны измерения интенсивности света, рассеянного в нескольких направлениях, либо зависимость интенсивности рассеянного света от угла в некотором диапазоне углов. Поэтому почти всегда перед исследователем стоит задача попытаться описать частицу, располагая данными в меньшем объеме, чем это необходимо в идеальной теоретической постановке задачи. Однако это не обязательно приводит к безнадежному положению. Зачастую дополнительная информация о частицах оказывается достаточной для их описания.

Табл. 2 Аппроксимационные уравнения и их коэффициенты, используемые при вычислении параметра размера и параметра набега фазы
Уравнение параметра размера дО+лг/И+рДг/НГ) Д15) +л№)Г + [ю%Т Уравнение параметра набега фазы р = 0.05 [l + <7,1(15)2 +q2L(5f +9з1(15)4] x[l + 94/C/(15)] acos(,/C/(15))
Р = 216.20144, err. = 1.8; q = 0.5352, err. = 0.004;
Р2 = 1.22468, err. = 0.017; q2 - -0.01201, err. = 0.00008;
Pi = -1.13964, err. = 0.015; о = 0.05 Пз = 0.00007, err. = 5 10'7; о = 0.
Р4 = -8.46102, err. = 0.09; qn = 0.0566, err. = 0.009;
ps = 8.90546, err. = 0.09;
Рб = 7222.25645, err. = 300;
Так как контраст индикатрисы [/(15) главным образом зависит от величины р, мы создадим уравнение с набором коэффициентов, которое связывает параметры индикатрисы с величиной р. Также применим метод наименьших квадратов. Уравнение для вычисления параметра набега фазы будет следующим:
р = 0.05 [1 +<7,1(15)2 +<72Ц15)3 +д31(15)4]х[1 + где qi - набор подгоняемых параметров. Эти параметры представлены в Табл. 2.
Параметр набега фазы определяется из уравнения (2.2.2) со стандартной ошибкой
о=0.06 в диапазоне изменения значений р от 0.2 до 5.3.
2.2.2. Гомогенная сферическая частица с поглощением
В данном разделе мы продемонстрируем путь создания алгоритма решения обратной задачи светорассеяния для сферических частиц с поглощением. Это будет сделано на примере эритроцитов крови. В этом случае необходимо дополнить определение параметра набега фазы, учитывая наличие поглощения, т. е. учесть мнимую часть показателя преломления, которая в данном случае отлична от нуля. Подобно описанному выше подходу, необходимо сконструировать аппроксимационные уравнения, которые связывают характеристики частицы и параметры индикатрисы. Так как в случае с поглощением происходит только переопределение параметра набега фазы, то в качестве параметров индикатрисы логично использовать те же параметры