Локальная дифракционная томография биологических микрообъектов
Левин Г.Г.1, Самойленко А.А.1, Горяинова И.В.1, Максимов Г.В.2
1Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений, Москва, Россия
2МГУ им М.В. Ломоносова, Москва, Россия e-mail:
Email: levin@vniiofi.ru
Поступила в редакцию: 20 июня 2025 г.
В окончательной редакции: 20 июня 2025 г.
Принята к печати: 15 августа 2025 г.
Выставление онлайн: 5 ноября 2025 г.
Разработана методика использования локальной томографии для исследования морфологии и динамики клеток и субклеточных структур, распространение оптического излучения в которых описывается уравнениями дифракционной томографии. Доказано, что преимущество локальной томографии заключается в том, что возможно быстрое вычисление искомого распределения в интересующей точке или области объекта без проведения полной реконструкции всего сечения, а также исследование биологических клеток, размер которых превышает поле зрения томографа. Разработан алгоритм обнаружения координат локальных изменений плотности внутри объекта. Методами математического моделирования проведен анализ чувствительности локальных алгоритмов к изменениям внутри модели клетки, параметры которой были выбраны близкими к характеристикам нативной клетки. Особое внимание было уделено сравнению локальных алгоритмов обратного проецирования (Радон) и обратного распространения (Деваней) для дифракционных проекций. Исследована чувствительность алгоритмов к фазовым шумам прибора и микросмещению объекта для различных моментов времени наблюдения. Приведены результаты экспериментальной апробации алгоритмов на примере набора локальных дифференциальных томограмм, полученных при исследовании изменений Retzius-нейрона пиявки под воздействием нейромедиатора - глутамата. Измерения проводились на дифференциальном томографе в течении 10 min. Анализ результатов показал, что разработанная методика позволяет исследовать локальные изменения внутри клетки. Ключевые слова: дифракционная томография, локальные алгоритмы, живая клетка, динамическое изменение плотности.
- Г.Н. Вишняков, Г.Г. Левин. Опт. и спектр., 85 (1), 82 (1998) G.N. Vishnyakov, G.G. Levin. Opt. Spectrosc., 85, 73 (1998)]
- C.G. Pack. Biophysics and Physicobiology, 18, 244 (2021)
- K. Kim K. et al. Optics express, 21 (26), 32269 (2013)
- G. Kim et al. Scientific Reports, 8 (1), 9192 (2018)
- C. Zuo et al. Optics and Lasers in Engineering, 128, 106003 (2020)
- A.J. Lee et al. Biomedical Optics Express, 12 (11), 6928 (2021)
- G.N. Vishnyakov, G.G. Levin, V.L. Minaev, V.V. Pickalov, A.V. Likhachev. Microscopy and Analysis, 18 (1), 19 (2004)
- R. Clackdoyle, M. Defrise. IEEE Signal Processing Magazine, 27 (4), 60(2010)
- A.G. Ramm, A.I. Katsevich. The Radon Transform and Local Tomography, 1st ed. (CRC Press, Boca Raton,1996)
- Г.Н. Вишняков, Г.Г. Левин, В.Л. Минаев, Н.А. Некрасов. Опт. и спектр., 121 (6), 1020 (2016)
- E. Wolf. Opt. Commun., 1 (4), 153 (1969)
- A.J. Devaney. Ultrasonic Imaging, 4 (4), 1982, 336 (1982). DOI: 10.1016/0161-7346(82)90017-7
- Г.Г. Левин. Способ определения координат изменения структуры клетки по фазовым изображениям, патент RU 2761480 C1 ( заявка 15.02.2021; опубл. 08.12.2021 )
- Б.А. Фихман. Микробиологическая рефрактометрия (Медицина, М., 1967)
- В.Я. Бродский, Н.В. Нечаева. Ритм синтеза белка (Наука, М., 1988)
- A. Kus et al. J. Biomed. Optics, 19 (4), 046009 (2014)
- Г.Г. Левин, А.А. Самойленко., Т.А. Казакова, Т.А. Маракуца, Г.В. Максимов. Биофизика, 68 (1), 57 (2023)
- G.N. Vishnyakov, G.G. Levin, V.L. Minaev, M.I. Latushko, N.A. Nekrasov, V.V. Pickalov. Optics Letters, 41 (13), 3037 (2016). DOI: 10.1364/OL.41.003037
- Г.Н. Вишняков, Г.Г. Левин, В.Л. Минаев, М.М. Ермаков. Опт. и спектр., 125 (12), 864 (2018).
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.