-
2018
e-mail: info@tdisie.nsc.ru
-
1-3



, . . .

: +7(383)306-58-74
E-mail: palchikova@tdisie.nsc.ru

Лаборатория лазерных прецизионных систем была создана на базе научно-исследовательского отдела СКБ НП в 1990 г. Основным научным направлением лаборатории стали исследования в области микронных, субмикронных и нанотехнологий.
   ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
   • Информационно-оптические технологии для фундаментальных исследований в биологии, медицине и криминалистики:
• Компьютерная цитофотометрия для медико-биологических исследований
• Разработка новых методик и количественных методов компьютерного цитоанализа в флуоресцентной и поляризационной микроскопии
• Количественная колориметрия в задачах экспертной оценки малых цветовых различий
• Теория дифракции света и дифракционных оптических элементов
азвит подход к оценке цвета поверхности, в том числе биологической ткани, обеспечивающий близость её к перцептивной экспертной оценке. Предложен и программно реализован модифицированный алгоритм нахождения доминирующей длины волны, включающий внесение в стандартную процедуру расчета поправок, линеаризующих передаточную функцию устройства компьютерного зрения относительно спектрального локуса. Экспериментально показано, что точность определения спектральных цветов с помощью устройства компьютерного зрения может достигать величины ± 2 нм.
Разработан программно-аппаратный комплекс для колориметрических экспертных исследований, а так контроля качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов.
Методом математического моделирования выполнено изучение неоднородностей цветового пространства устройств технического зрения, функционирование которых основывается на трехкомпонентной цветовой модели и в которых применяется аналого-цифровое преобразование сигналов с разрешением 8 бит на канал. Для изучения спектральной зависимости интервалов параметров цвета впервые разработан алгоритм аппроксимации данных, позволяющий представлять пороги цветоразличения устройств технического зрения на диаграмме цветности CIE1931 xy в виде эллипсов равного цветового контраста. Предложена и обоснована гипотеза, процесс кодирования зрительных нейронных сигналов может включать в себя процедуры, аналогичные аналого-цифровому преобразованию.
кспериментально обоснована возможность применения методов компьютерной цитофотометрии и компьютерного зрения к задачам разработки критериев оценки жизнеспособности эндотелиальных клеток, в частности, эпителия роговицы путем оценки баланса потоков натрия индивидуальных клеток эндотелия.
Для анализа флуоресцентных микроскопических изображений в Лаборатории Компьютерного зрения разработан специализированный программный пакет «CytoDynamics»  (№ гос регистрации 2016612766).
Значимыми в эксперименте параметрами являются интенсивность, пропорциональная яркости пикселей и площадь изображения клетки, а так же их динамика во времени. Для количественного определения выполняет оптико-структурный анализ серий микроизображений клеток. Применение автоматического анализа микроскопических изображений принципиально расширяет возможности исследования за счет более широкого охвата измеряемых клеток и улучшения статистического анализа результатов. Созданный для настоящей работы специализированный программный пакет «CytoDynamics» продемонстрировал эффективность и является перспективным направлением для развития средств автоматического анализа экспериментальных результатов в области клеточной физиологии.
2015. азработан метод определения количественных параметров гомо-FRET между GFP маркированными белками из оцифрованных микроскопических изображений и автоматизированный программно-управляемый измерительный стенд для его осуществления. Разработана и апробирована новая микроскопическая методика наблюдения в поляризованном свете без многократного прохождения рассеянного света через деполяризующие элементы. В ГОИ созданы высокоэффективные пленочные поляризаторы, сохраняющие поляризационные свойства при больших углах падения луча. Специальные поляризационные пленки обладают высоким пропускание в видимой области спектра; близкими значениями коэффициентов пропускания в диапазоне 400 – 800 нм; высокой степенью поляризации (P>99 %) и однородности положения плоскости поляризации по поверхности.
В Лаборатории Компьютерного зрения проведены экспериментальные исследования характеристик поляризаторов, создан автоматизированный программно-управляемый измерительный стенд (на основе микроскопа Dialux-20EB) для реализации флуоресцентного и поляризационного методов цитометрии. Точность цитометрических измерений содержания ДНК в ядрах
различных организмов доведена до третьего знака.
Результаты экспериментальных исследований новой поляризационной методики, в которой роль анализатора выполняет
покровное стекло, подтвердили эффективность использования поляризационных покровных стекол. Предлагаемая схема расположения поляроидов дает значимое увеличение контраста изображения по сравнению со стандартной схемой.
В результате рассмотрения влияния дифракции на точность определения количества ДНК в ядре клетки найдены аналитические выражения, позволяющие провести математическое моделирование дифракции при построении микроизображения и рассчитать распределения интенсивности и оптической плотности в изображении модельного объекта в когерентном и некогерентном случаях. Показано, что относительная погрешность, вносимая дифракцией, существенно зависит от размера объекта и его поглощения, достигая 50% при значительном поглощении (~90%) и малом размере объекта (менее 2 мкм). Определено, что в компьютерной цитофотометрии для измерения длины геномов различных организмов благоприятен выбор стандартов, обладающих меньшей концентрацией ДНК в ядрах, имеющих большие размеры.
Построена теория фокусировки света оптическими системами с малыми числами Френеля, концепция дифракционной оптической силы расширена на случай квадратной апертуры пучка и отрицательных чисел Френеля падающей волны. Найденная интерполяционная формула для определения местоположения изображения обеспечивает высокую точность (0,07%) расчетов и позволяет более точно учитывать особенности фокусировки света. Впервые найдена поправка к формуле линзы.
Найден способ корректировки дифракционной ошибки для линий калибровки, связывающих содержание ДНК в пГ в ядрах клеток крови стандартных видов с измеренным значением интегральной оптической плотности. Теоретически и экспериментально доказана возможность учета и уменьшения (вплоть до исключения) систематической ошибки, вносимой дифракцией, без цифровой обработки микроизображений, связанной с выполнением процедуры деконволюции с ФРТ микроскопа.
зучени динамики импеданса образцов мясного сырья различных категорий с помощью частотной спектрометрии бнаружены интервалы частот, на которых выявляются нарушения классического течения автолиза. Этот эффект проявляется в специфическом изменении динамики импеданса образцов мясного сырья. мясе категорий PSE (бледное, мягкое, водянистое) и DFD (тёмное, жёсткое, сухое) характер изменений отличается от монотонно убывающей зависимости мяса категории NOR (нормальное). Для них периодические колебания импеданса с нарастающей амплитудой при увеличении частоты обусловлены процессами деградации тканей исследуемого образца, при которых размеры межклеточных пространств обычно уменьшаются, и сопротивление их току заряженных частиц существенно возрастает. Кроме того, функциональные зависимости DFD и PSE отличаются наличием экспериментально зафиксированной выпуклости в диапазоне частот 30 – 32 кГц. Наблюдаемое различие на этом интервале частот связано с распадом аденозинтрифосфорной кислоты и гликогена. Выявленный эффект дает возможность создать датчик для экспресс–диагностики качества мясного сырья.