Когерентная фазовая микроскопия : растровый метод регистрации внутриклеточной динамики

• Автор: Иванов, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Обзор методов фазовой микроскопии для изучения динамики живых

клеток

1.1 Метод Когерентной фазовой микроскопии (КФМ) и Динамической

фазовой микроскопии (ДФМ)

1.2 Интерферометрические методы исследования структуры и

динамики живых клеток и органелл

1.2.1 Фурье фазовая микроскопия

1.2.2 Гильберт фазовая микроскопия

1.2.3 Дифракционная фазовая микроскопия

1.2.4 Цифровая голографическая микроскопия
1.2.5 Когерентная фазовая томография
1.3 Выводы
2 Метод Растровой Регистрации Динамических Процессов (РРДП)
2.1 Растровый метод ввода фазового изображения на КФМ “Эйрискан”29
2.2 Регистрация временных процессов в растровых фазовых изображениях
2.3 Методы обнаружения локальных динамических процессов в
фазовых изображениях
2.3.1 Локализация локальной динамики методом цифровой фильтрации
столбцов топограммы
2.3.2 Локализация локальной динамики методом кадровой съемки
2.3.3 Анализ локализации частотных компонент методом оконного
Фурье преобразования столбцов топограммы
2.3.4 Регистрация быстрых процессов методом РРДП
2.4 Цифровая фильтрация растровых фазовых изображений. Выбор
параметров и проектирование цифровых фильтров
2.5 Шумы фазовых изображений. Выбор порога обнаружения
локальной динамики
2.6 Пространственное разрешение метода РРДП
2.7 Иллюстрация применения метода РРДП при исследовании
митохондрий и лимфоцитов
2.8 Программный комплекс для исследования динамических
процессов на КФМ «Эйрискан»
2.8.1 Задачи и назначение создаваемого программного комплекса
2.8.2 Алгоритм обнаружения и регистрации динамических процессов в
клетках и органеллах. Обработка полученных экспериментальных данных
2.8.3 Критерии определения артефактов при обработке
экспериментальных данных
2.9 Выводы
3 Обнаружение активных областей и регистрация динамических
процессов в живых клетках и органеллах

3.1 Фазовые изображения биологических объектов
3.1.1 Описания выбранных объектов. Основные метаболические
процессы
3.2 Исследование динамических процессов в эритроцитах
3.3 Растровая регистрация динамических процессов в митохондриях78
3.3.1 Растровая регистрация областей метаболической активности
митохондрий в нормальном состоянии
3.3.2 Локализация динамических процессов митохондрий в
энергизованном состоянии
3.3.3 Активные области в деэнергизованной митохондрии
3.4 Локальные динамические процессы Т-лимфоцитов
3.4.1 Подготовка образцов к измерениям на КФМ «Эйрискан»
3.4.2 Измерение Активации Т-лимфоцитов Не-Ие лазером
3.5 Результаты применения метода РРДП на других живых
биообъектах
3.5.1 Флуктуации в ядрышке клеток НСТ116
3.5.2 Клетки щитовидной железы
3.5.3 Флуктуации в клетке дрожжей ЗассЬагопнсез Сегеу1ае
3.6 Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы:

Введение
Актуальность работы. Изучение динамических процессов в живых
клетках и органеллах, является одним из наиболее фундаментальных
направлений клеточной биологии. Оптические методы исследования
живых систем на клеточном и субклеточном уровнях широко
используются в настоящее время в биологии и медицине. Методы фазовой
или интерференционной микроскопии привлекают в последние годы
особое внимание из-за уникальных свойств фазовых изображений и
перспективы получения новой количественной информации о процессах в
живых клетках [41,43,21-24]. В этих методах изображения представлены в
виде распределения физически значимой величины - оптической разницы
хода, которая зависит от структуры и свойств объекта. Современные
методы фазовой микроскопии неинвазивны, обладают высокой
чувствительностью к изменению показателя преломления и параметров
структуры объекта. Поскольку живая клетка является важным объектом
исследований, то для регистрации происходящих в ней процессов были
также разработаны различные оптические методы, в т.ч. трек-диаграмм и
кадровой съемки. Однако, до настоящего времени не были известны такие
изображения объекта, в которых одновременно содержится информация,
как о структуре, так и о динамических характеристиках объекта
диссертации представлены результаты разработки растрового метода
регистрации изображений клеток, в которых также представлена
информация о динамических процессах. В разработанном в МГТУ МИРЭА
методе Динамической фазовой микроскопии (ДФМ) динамические
процессы регистрировались в виде трек-диаграмм - периодических во
времени записях ОРХ вдоль фиксированной на топограмме линии
сканирования. Методом ДФМ была получена информация о
пространственных и временных характеристиках метаболических
процессов в различных клетках [21]. Автором был сделан следующий шаг
в решении проблемы одновременной регистрации структуры и локальных

где х,у - пространственные координаты,
I - момент времени записи элемента топограммы с координатами (х,у).
Разделение статической и динамической компонент фазового изображения осуществляется методом Растровой Регистрации Динамических Процессов (РРДП). В основе метода РРДП лежат следующие предположения:
• функция Н5(х,у) является «гладкой», ее приращение
(Ау - размер пикселя) по столбцам медленно изменяется по
• функция Н0 (х, у, С) быстроменяюгцаяся по сравнению с Н3(х, у),
• временные изменения фазовой высоты с характерными периодами порядка Т— 1/(2Итр) будут оказывать преобладающий вклад в приращение АН(А1) на участке Ау=у(Ч) -у@-1):
• динамическая компонента может быть обнаружена, если ее амплитуда выше уровня шума:
сравнению с —АТ и не испытывает скачков:
(2.7)
(2.8)
(2.9)