Формирование и анализ изображений в микроскопии видимой и ИК области спектра методами спектрофотометрии

• Автор: Мельников, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ СВОЙСТВ МИКРООБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН
1.1. Анализ методов записи спектров пропускания и отражения микрообъектов
1.2. Анализ методов формирования гиперспектральных данных и выбор оптимального подхода для микроскопии
1.3. Использование гиперспектральных данных для исследований в медицине и биологии
1.5. Анализ особенностей работы видеокамер при формировании гиперспектральных данных
Глава 2. МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ В МИКРОСКОПИИ В ВИДИМОМ И Ж ДИАПАЗОНАХ СПЕКТРА
2.1. Структурная схема микроскопа-гиперспектрофотометра
2.2. Метод формирования гиперспектральных данных
2.3. Метод регистрации гиперспектральных данных для микрообъектов с высокой степенью пространственной неравномерности оптической плотности
Глава 3. МЕТОДЖИ ОБРАБОТКИ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ
3.1. Методика приведения спектра к трехцветной системе ЯСВ
3.2. Методики обработки гиперспектральных данных
3.3. Методика цветового контрастирования модификацией спектра

Глава 4. АПРОБАЦИЯ МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ, МЕТОДИК ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ ГИПЕРСПЕКТР АЛЬНЫХ ДАННЫХ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Экспериментальный образец микроскопа-гиперспектрофотометра
4.2. Алгоритм и программа для преобразования и обработки гиперспектральных данных
4.3. Экспериментальные результаты апробации метода формирования гиперспектральных данных
4.4. Экспериментальные результаты апробации методики цветового контрастирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Одна из актуальных задач современной оптической микроскопии
состоит в получении изображений с высоким спектральным разрешением [1] в видимом и ИК диапазонах [2-6]. Решение этой задачи особенно важно для исследований в материаловедении, биологии, медицине и др. Изображения с высоким спектральным разрешением принято называть гиперспектральными при спектральном разрешении выше 10 нм и мультиспектральными, если разрешение составляет порядка 10-50 нм [3]. Важность получения гиперспектральных данных в микроскопии для научных исследований заключается в возможности получать оптический спектр во всех точках наблюдаемого изображения микрообъекта в сочетании со специализированным спектральным анализом. Этот подход позволяет проводить наблюдения и диагностику локальных свойств биологических тканей в целях клинических приложений микроскопии. Например, с
помощью гиперспектральных данных можно выделить нормальные,
предраковые и раковые клетки по препарату тканей на основе сочетания морфологических и спектральных характеристик клеток, что составляет основу развития прескрининговых тестов для эффективной диагностики тяжелых заболеваний [4].
Существуют известные подходы для решения задачи регистрации изображений с высоким спектральным разрешением в видимом и ИК диапазонах. Эти подходы различаются сочетанием параметров
регистрируемого изображения: пространственного разрешения,
спектрального разрешения и рабочего спектрального диапазона.
Одним из методов формирования изображений в видимом и ИК диапазонах является использование трехканальных видеосистем [7], в которых система дихроичных зеркал и призм позволяет сформировать три цветовых канала со спектральными характеристиками, соответствующими конкретной прикладной задаче. В качестве примера можно указать

неконтролируемого разрушения клетки) [23]. Получение гиперспектральных
данных позволило выявить по спектральным особенностях набора клеток
различные процессы их гибели.
Определение плоидности клеток
Использование микроскоп-гиперспектрофотометра в качестве
фотометра позволило получить новый подход к исследованиям плоидности
клеток. Плоидность — число наборов хромосом, находящихся в ядре клетки
или в ядрах клеток многоклеточного организма. Нарушение плоидности
ведет к серьезным болезненным изменениям. Получая информацию о
количестве красителя, которое поглотила заданная клетка, сразу можно
определить количество хромосом в ядре, и по нему и определить плоидность
клетки. Таким образом, можно выделять диплоидные и полиплоидные
клетки. Как известно, наличие полиплоидных клеток является важным
параметром для диагностики онкологических заболеваний[26-27]
исследовании плоидности клеток следует учитывать высокий уровень
оптической плотности ядра клетки, что является существенным фактором
при формировании гиперспектральных данных и требует использования
дополнительного метода компенсации высокого уровня оптической
плотности, который описан во второй главе.
Изучение спектров отражения
Микроскоп-гиперспектрфотометр позволил получать спектры
пропускания и отражения. Для получения спектров отражения излучения от
выходной щели монохроматора направляли через светоделительную
пластинку и объектив на исследуемый объект [29]. Получение спектров
отражения важно при исследовании биоптатов, небольших кусочков ткани
или органа. Но особенно эффективны исследования спектров отражения при
диагностике заболеваний кожи. Автор рассмотрел известный метод
диагностики заболеваний кожи, который основан на установке
спектрофотометрической приставки в стереомикроскоп [23], для
установления необходимых требований для формирования