Выпускная работа по «Основам информационных технологий»
Скачать 204.06 Kb.
|
| БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Магистрант кафедры лазерной физики и спектроскопии Ляшенко Людмила Сергеевна Руководитель: доктор физ.-мат. наук Самцов Михаил Петрович старший преподаватель Кожич Павел Павлович Минск – 2007 г. ОГЛАВЛЕНИЕОГЛАВЛЕНИЕ 2 РЕФЕРАТ 3 СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ 4 ВВЕДЕНИЕ 5 Комплекс аппаратуры для люминесцентной диагностики области локализации злокачественных новообразований. 7 Влияние оксигенации тканей на фотолюминесценцию трикарбоцианинового красителя в живом организме. 11 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15 ЛИТЕРАТУРА К РЕФЕРАТУ 16 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ К РЕФЕРАТУ 17 ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 18 ЛИЧНЫЙ САЙТ 20 ГРАФ НАУЧНЫХ ИНТЕРЕСОВ 21 ПРЕЗЕНТАЦИЯ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ 22 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ВЫПУСКНОЙ РАБОТЕ 24 РЕФЕРАТПрименение информационных технологий в области люминесцентной диагностики локализации новообразований. СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙПолиметиновые красители – ПК Трикарбоцианиновый индолениновый краситель - ТИКС Малогабаритный полихроматор - МП Полупроводниковый лазер - ППЛ ВВЕДЕНИЕСпособность некоторых веществ накапливаться преимущественно в злокачественных новообразованиях может быть использована в качестве предпосылки для их использования в качестве диагностических средств онкологических заболеваний. Перспективными в этом плане представляются полиметиновые красители (ПК), которые избирательно накапливаются в опухолях и являются уникальными преобразователями энергии фотонов видимой и ближней ИК-области спектра [1]. Соединения с такими спектральными характеристиками позволяют получать информацию не только с поверхности, но и из глубины тканей. Для проведения флуоресцентной диагностики локализации новообразований, помимо эффективного препарата, требуется наличие соответствующего спектрального оборудования. Диагностика злокачественных опухолей предъявляет к спектрометрическому комплексу ряд требований. Во-первых – это небольшой размер и простота использования при регистрации флуоресценции молекул красителя находящихся на поверхности и в глубине тканей. Во-вторых – ограничение уровня рассеянного и отражённого тканью света источника возбуждения, а так же исключение из рассмотрения проявления свечения биологических компонентов содержащихся в организме. В связи с этим в НИИ ПФП им. А.Н. Севченко осуществлена разработка спектрометрического комплекса, позволяющего проводить анализ распределения фотосенсибилизаторов с флуоресценцией в спектральном диапазоне 700 – 950 нм в состоянии in vivo. Разработанное оборудование главным образом предназначено для определения области локализации раковых опухолей в биологических объектах. Эта задача как собственно диагностики, так и необходимый элемент контроля при проведении сеансов лазерной фотохимиотерапии. В данной работе описывается применение информационных технологий при создании компактного спектрометрического комплекса, позволяющего регистрировать спектры флуоресценции красителя in vivo, а так же при создании модели влияние компонент крови на спектры флуоресценции фотосенсибилизатора (полученные численными методами данные с учетом построенной модели достаточно хорошо совпадают с данными полученными при эксперименте). В работе использовался графический редактор OriginLab, а так же оригинальное программное обеспечение, представляющее собой непосредственно разработанную для спектрометрического комплекса программу “LaserSP” и программу для расчёта влияния компонент крови на спектр флуоресценции, которые написаны в среде программирования Delphi 6.0. Объекты и методики исследований. В качестве объекта исследований использован трикарбоцианиновый индолениновый краситель ТИКС с 4-хлорзамещенной гептаметиновой цепью сопряжения и привитой по азоту глюкозой, который разработан и впервые синтезирован в лаборатории спектроскопии НИИ прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко. Это соединение из класса полиметиновых красителей, которые перспективны в качестве сенсибилизаторов для фототерапии [1-3] В работе использовались беспородные белые крысы с перевитыми в области бедра опухолями следующих штаммов: саркома 45 (S-45), саркома М1 (SM-1), карциносаркома Уокера (W-256). Для исследований отбирались группы из 68 животных с опухолевыми узлами правильной формы. Препарат вводили внутривенно в соотношении 12 миллиграмма на килограмм массы животных. Облучение производилось полупроводниковым лазером с длинной волны излучения 741 нм. Глубина и обширность некроза опухоли после проведения сеанса ФДТ определялась с использованием метода окрашивания синькой Эванса. Исследования флуоресценции красителя in vivo проводились с помощью разработанного спектрометрического комплекса. Комплекс аппаратуры для люминесцентной диагностики области локализации злокачественных новообразований.Комплекс аппаратуры (Рисунок 1) предназначен для флуоресцентной диагностики области локализации злокачественных опухолей на поверхности и с глубины тела до 10-20 мм, при использовании препаратов на основе соединений с поглощением на 680750 нм и флуоресценцией на 700900 нм.
В плане технических характеристик в комплексе реализованы следующие основные режимы работы: 1) регистрация спектров излучения; 2) регистрация спектров флуоресценции; 3) регистрация интенсивности флуоресценции на трех длинах волн; 4) управление параметрами источника возбуждения флуоресценции. Результаты регистрации и обработки выводятся в графическом, текстовом и цифровом форматах на экран дисплея и печатающее устройство. Возбуждение флуоресценции осуществляется излучением с длиной волны 682 нм. Спектральный диапазон регистрации флуоресценции или иного испускания расположен в пределах 400950 нм. Разработанная аппаратура выполнена в виде настольного прибора, работающего под управлением ПЭВМ. По своему функциональному назначению комплекс включает оптическую и электронную систему. Оптическая система состоит из излучателя-светоколлектора, малогабаритного полихроматора и блока фотоприемника. Излучатель-светоколлектор включает в себя систему сбора и подвода излучения на вход полихроматора. Источником возбуждения служит полупроводниковый лазер (ППЛ) с длиной волны излучения 682 нм с мощностью излучения на выходе до 50 мВт. Подвод излучения от образца выполнен с помощью световода. Конструктивно лазер размещен непосредственно в светоколлекторе, что с одной стороны упростило конструкцию, а с другой позволило значительно удешевить комплекс за счет использования менее сложной конструкции световода. Биологические ткани обладают неравномерностью оптических свойств, связанной, в первую очередь с наличием кровеносной системы. Для обеспечения усреднения регистрируемого сигнала по объему исследуемого образца и устранения неоднородности ткани на результаты измерений диаметр светоколлектора комплекса составлял 8мм. Малогабаритный полихроматор (МП) обеспечивает разложение излучения в спектр. В качестве дисперсионного элемента использована дифракционная решетка с 600 штр/мм и максимумом отражения на 650 нм. Обратная линейная дисперсия для базового блока составляет 22 нм/мм. Блок фотоприемника включает в себя многоэлементный линейный фотодетектор (DA300) типа Sony ILX511 (закреплен на МП) и плату регистрации. Электронная система состоит из блока питания, блока интерфейса, блока ППЛ и блока регистрации. Блок ППЛ обеспечивает формирование тока питания ППЛ для получения заданной выходной мощности излучения. Предусмотрена возможность регулировки мощности в широких пределах с целью обеспечения минимального воздействия на образец при достаточном уровне анализируемого сигнала. Блок фотоприемника формирует временную диаграмму фотоприемника и преобразует выходной аналоговый сигнал фотоприемника в массив данных, который через блок управления пересылается в ПЭВМ. Блок управления обеспечивает взаимосвязь всех частей прибора между собой и с ПЭВМ. Связь с ПЭВМ организована через последовательный асинхронный интерфейс RS-232C. Управление комплексом осуществляется ПЭВМ с соответствующим программным обеспечением. Оригинальное программное обеспечение представляет собой непосредственно разработанную для комплекса программу, которая написана в среде программирования Delphi и ориентирована для работы под управлением операционной системой Microsoft Windows 98/Me/2000/XP/Vista. Разработанное оборудование главным образом предназначено для определения области локализации раковых опухолей в биологических объектах. Эта задача как собственно диагностики, так и необходимый элемент контроля при проведении сеансов фотодинамической лазерной терапии. Диагностика области локализации обеспечивается по регистрации флуоресценции фотосенсибилизатора. Эффективные фотосенсибилизаторы обеспечивают высокий контраст накопления в опухолевой ткани по отношению к здоровой. Важным параметром, характеризующим пропорциональность сигнала с мощностью регистрируемого излучения, является обеспечение линейности фотометрической шкалы прибора. Результаты проведенных исследований зависимости интенсивности флуоресценции красителя от мощности возбуждающего излучения приведены на Рисунок 2.
При этом ткани опытного животного являлись в определенном смысле эталонным образцом. Пропорциональность сигнала флуоресценции концентрации фотосенсибилизатора подтверждалась данными по определению концентрации красителя при его экстрагировании из тканей. Концентрация фотосенсибилизатора была выбрана такой, чтобы исключить возможность проявления концентрационных эффектов. С помощью данного компактного спектрометрического комплекса можно достаточно точно, с учётом коэффициентов коррекции, зарегистрировать спектр флуоресценции полиметинового красителя in vivo. Данная возможность предоставляет широкие перспективы для использования данного прибора в качестве диагностического средства локализации новообразований. Не маловажное значение имеет спектрометрический комплекс в качестве элемента контроля при проведении сеансов фотодинамической лазерной терапии и оптимизации условий лечения рака с помощью данного метода. Он позволяет определять наиболее важные параметры лечения: оптимальное время накопления красителя в опухоли, время и дозу облучения для любого органа и ткани. Данный комплекс может использоваться в качестве элемента контроля не только при проведении сеансов фотодинамической терапии, но и при наиболее распространённом хирургическом методе лечения рака для более точного определения локализации опухоли. Комплекс непосредственно применяется в работах, ставящих целью создание перспективного отечественного фотосенсибилизатора (ТИКС) на основе трикарбоцианиновых красителей. Влияние оксигенации тканей на фотолюминесценцию трикарбоцианинового красителя в живом организме.Проведены исследования спектров флуоресценции ТИКС в опухолевой и здоровой тканях непосредственно после фотовоздействия. Покажем, что на форму спектра флуоресценции ПК in vivo оказывает влияние поглощение компонент крови, в частности гемоглобина. Следует учитывать, что в процессе сеанса фотохимиотерапии в опухолевой ткани меняется соотношение концентраций различных форм гемоглобина - уменьшается доля оксигемоглобина, что приводит к изменениям в спектре флуоресценции красителя в облучаемой части опухоли. Спектры поглощения различных форм гемоглобина приведены на Рисунок 3.
В литературе описаны данные о влиянии эндогенных биомолекул, таких как гемоглобин, меланин и вода на форму спектров флуоресценции пигментов [4]. В области флуоресценции ТИКС наиболее значимое влияние оказывает спектр поглощения гемоглобина [5–7]. Влияние крови на спектры флуоресценции красителя определяются в первую очередь соотношением форм гемоглобина (окси-, дезокси-, мет и т.д.) и величиной их концентрации [8]. В зависимости от соотношения различных форм и концентраций гемоглобина, будет изменяться и форма полосы флуоресценции красителя. Под действием лазерного излучения происходит изменения относительного показателя поглощения крови [8], поэтому величины возбуждающего излучения до проведения сеанса фототерапии и после ФДТ будут отличны. Регистрация спектров флуоресценции красителя проводилась с помощью разработанного спектрометрического комплекса, источником возбуждения в котором служит полупроводниковый лазер с =683 нм.
Свет от полупроводникового лазера проникает через кожный покров в ткань на глубину примерно 1-2 см и возбуждает молекулы красителя, флуоресценция которого регистрируется на поверхности. Интенсивность флуоресценции может изменяться в процессе прохождения света через ткань в виду поглощения различных биологических составляющих, наиболее значимое влияние области флуоресценции ТИКС оказывает спектр поглощения гемоглобина (Рисунок 4). В общем случае интенсивность, которую мы регистрируем на выходе света из ткани, с учётом поглощения гемоглобина равна:
где I(λ) - спектр флуоресценции, который мы получаем на выходе, после того как свет, испущенный из глубины l=1,5 см молекулами красителя в виде спектра флуоресценции I0(λ), поглотится оксигемоглобином, дезокси- и метгемоглобином; С0HbO2, С0Hb, С0MetHb- концентрация оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и метгемоглобина соответственно; εHbO2(λ), εHb(λ), εMetHb(λ)- коэффициент экстинкции оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и метгемоглобина соответственно Следует сделать ещё одно важное допущение: исходя из того факта, что нас интересует только влияние оптических свойств крови до и после ФДТ, мы полагаем, что окружение фотосенсибилизатора не изменяется в процессе облучения. Из равенства величин возбуждающего излучения, мы получаем равенство излучаемых красителем спектров флуоресценции I0(λ). Отличие спектров флуоресценции которые мы регистрируем до и после ФДТ заключается лишь в различном влиянии относительного показателя крови в первом и во втором случае, и, следовательно, зависит от концентраций форм гемоглобина. Установленное значение концентрации гемоглобина в ткани животного и данные коэффициентов экстинкции различных форм гемоглобина позволяют нам, варьируя процентные соотношения Hb, HbO2 и MetHb в определять влияние оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и метгемоглобина на спектры флуоресценции красителя. В зависимости от соотношения концентраций различных форм гемоглобина, будет изменяться и степень искажения формы полосы флуоресценции красителя. Влияние других существующих форм гемоглобина не учитывалось в виду их малой концентрации и достаточно слабого поглощения в области флуоресценции красителя. Теоретически рассчитанный спектр (Рисунок 5) получали с помощью приближения функции (1) к значениям экспериментальных данных. При этом параметры, характеризующие изменения концентрации различных форм гемоглобина после фотовоздействия определялись путём минимизации функции (2) квадрата разности экспериментального и рассчитанного спектров по методу координатного спуска.
Наилучшее совпадение экспериментального и теоретического спектров наблюдалось при значительном повышении концентрации метгемоглобина в опухолевой ткани в результате фотовоздействия. На основании результатов, полученных численным методом (программа реализована в среде программирования Delphi 6.0.), деформация спектра после облучения обусловлена повышением концентрации метгемоглобина в опухолевой ткани до 50% от общей концентрации гемоглобина в крови. На основании всех выше изложенных доводов, полагаем, что основной причиной изменения спектров флуоресценции красителя в опухолевой ткани после светового воздействия на участок опухоли живой крысы, является изменение в крови соотношения форм гемоглобина (окси-, дезокси-, мет и т.д.). ЗАКЛЮЧЕНИЕЗначение информационных технологий в современной науке трудно переоценить. Развитие программного обеспечения для создания электронных версий научных, учебных, методических и библиографических публикаций в среде интернет значительно расширяет возможности современного ученого. Существование электронных библиотек, полнотекстовых баз данных, электронных журналов и систем электронных коллекций в среде интернет, способствуют развитию и взаимосвязи важнейших способов представления (визуализации) научной информации по всему миру. Во многом облегчает работу использование информационных технологий при анализе и обработке полученных данных, при решении сложных математических задач и создании моделей позволяющих описывать те или иные явления. В работе использовался графический редактор OriginLab, а так же оригинальное программное обеспечение, представляющее собой непосредственно разработанную для спектрометрического комплекса программу “LaserSP” и программу для расчёта влияния компонент крови на спектр флуоресценции, которые написаны в среде программирования Delphi 6.0. ЛИТЕРАТУРА К РЕФЕРАТУ
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ К РЕФЕРАТУDelphi 6.0 5, 15 in vivo 5, 6 LaserSP 5, 15 Microsoft Windows 8 OriginLab 5, 15 А.Н. Севченко 5, 6 карциносаркома Уокера 6 коэффициент экстинкции 12 саркома 6 синькой Эванса 6 ТИКС 6, 10, 11, 12 ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИhttp://www.vak.org.by Сайт Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь. Содержит нормативные документы, краткие паспорта специальностей и программы, шаблоны регистрационных документов, также организован поиск по сайту. http://www.google.com Наиболее популярная поисковая система. Предлагает расширенные возможности поиска публикаций, сообщений, словарных определений, файлов, поиск страниц, ссылающихся на определенный адрес. С помощью функции “Сохранено в кеше” google делает снимок экрана каждой просмотренной страницы и сохраняет его в виде резервной копии на случай , если исходная страница недоступна. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Информационный ресурс в области молекулярной биологии. Представляет собой базу данных, содержащую биомедицинскую информацию и исследования в области вычислительной биологии. Все для лучшего понимание молекулярных процессов, затрагивающих человеческое здоровье и болезнь. http://www.oxfordjornals.org Журнал Антибактериальной Химиотерапии является передовым международным журналом в антибактериальном исследовании. Сайт содержит оригинальные статьи относительно лабораторных аспектов и клинического использования антибактериальных препаратов, включая антибактериальных, антивирусных и противогрибковых агентов. Полные тексты статей являются платными, бесплатно предоставляются только абстракты статей. http://www.sciencedirect.com База данных и поисковая система, содержащая оглавления научных журналов издательства Elsevier по естественным наукам. Предлагает вниманию пользователей материалы по научной, медицинской и технической информации: более 2000 рецензируемых журналов, сотни книжных серий, руководств и справочников. http://www.scirus.com/ Наиболее полная поисковая система для ученых в Интернете. Содержит научные, медицинские и технические сведения, последние публикации, патенты. Эта поисковая система обращает внимание только на те Web-страницы, которые содержат научную информацию. http://www.asm.org Сайт Американского Общества Микробиологии. Осуществляет поиск статей по пяти популярным журналам в области микробиологии, также содержит информацию о членах этого общества, архивы статей прошлых лет и ответы на различные вопросы. http://belgospatent.org.by Сайт Национального центра интеллектуальной собственности. Осуществляет поиск патентов, зарегистрированных в Республике Беларусь, по различным параметрам, также содержит государственные программы по защите интеллектуальной собственности, вопросы и ответы по организации и проведении патентных исследований. http://www.wipo.int/portal/index.html.en Сайт Мировой Организации Интеллектуальной собственности - специализированного агентства Организации Объединенных Наций. Осуществляет широкий поиск патентов по различным параметрам, содержит разработанные законы и стандарты этой организации. http://www.medphys.ucl.ac.uk/ Сайт факультета медицинской физики и биоинженерии Лондонского университета. Содержит большое количество различной полезной информации в области биофизики, учебные пособия и научные статьи. ЛИЧНЫЙ САЙТhttp://Magistrik.narod.ru / ГРАФ НАУЧНЫХ ИНТЕРЕСОВмагистранта Ляшенко Л.С. физический факультет Специальность 01.04.05 – оптика
ПРЕЗЕНТАЦИЯ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ВЫПУСКНОЙ РАБОТЕ
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешний вид прибора.
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Вероника Игоревна Использование информационных технологий в гуманитарных... Мвц межвузовский центр новых информационных технологий в гуманитарном образовании | | Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Использование информационных технологий в преподавании русского языка как иностранного |
| Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Реферат: «Применение информационных технологий в исследовании и описании безэквивалентной лексики» 6 | | Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Место и роль информационных технологий при формировании туристического продукта 6 |
| Выпускная работа по «Основам информационных технологий» «Применение информационных технологий в географии на примере оценки недвижимости» 5 | | Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Реферат по ит в предметной области: «Применение информационных и коммуникационных технологий в обучении иностранному языку» 4 |
| Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Классификация информационных технологий, используемых при подготовке проектов нормативных правовых актов 6 | | Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Использование информационных технологий в международных автомобильных перевозках 3 |
| Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Использование информационных технологий в международных автомобильных перевозках 3 |  | Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Использование информационных технологий при изучении насаждения осадничества в полесском воеводстве в межвоенный период. 5 |
| Применение информационных технологий на уроках английского языка... Возможности использования информационно-коммуникативных технологий в обучении английскому языку 17 | | Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Использование информационных технологий в исследовании проблемы дворянских собраний на территории беларуси в последней четверти XVIII... |
| Выпускная работа по "Основам информационных технологий" | | Применение информационных технологий для эконометрического анализа... Гоу впо «башкирская академия государственной службы и управления при президенте республики башкортостан» |
| Информационные технологии в правовом регулировании энергетического... Обоснование необходимости примения информационных технологий в сфере энергетики 7 | | Применение информационных технологий на уроках истории и обществоведения... Возможности использования информационно-коммуникативных технологий в обучении истории 17 |
