Главная страница
qrcode

[Медкниги]lazernaya_biofotonika. Лазерная биомедицинская диагностика основана на использовании ионизирующего действия лазерного излучения


Скачать 245.73 Kb.
НазваниеЛазерная биомедицинская диагностика основана на использовании ионизирующего действия лазерного излучения
Анкор[Медкниги]lazernaya biofotonika.pdf
Дата06.03.2018
Размер245.73 Kb.
Формат файлаpdf
Имя файлаMedknigi_lazernaya_biofotonika.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#38284
Каталог


1
Лазерная биомедицинская диагностика основана на использовании ионизирующего действия лазерного излучения.
Нет
Применение лазеров в биологии и медицине основано на использовании широкого круга явлений, связанных с разнообразными проявлениям взаимодействия света с биологическими объектами.
2
Из всех свойств лазерного излучения для биомедицинской диагностики наиболее важным является направленность зондирующего пучка.
Нет
Лазерные источники обладают высокой степенью монохроматичности (временной когерентности), направленности, поляризованости, интенсивности и яркости, сверхкороткой длительностью импульсов и перестраиваемостью длины волны излучения.
3
Фазовая функция рассеяния — это зависимость интенсивности рассеянного света от размеров частицы.
Нет
Фазовая функция p(s,s
'
)
описывает рассеивающие свойства среды и представляет собой функцию плотности вероятности для рассеяния в направлении s’ фотона, движущегося в направлении s. То есть характеризует элементарный акт рассеяния. Если рассеяние симметрично относительно направления падающей волны, тогда фазовая функция зависит только от угла
θ
между направлениями s
и s
'
,
то p(s,s’)=p(θ).Фазовая функция рассеяния – это угловое распределение интенсивности рассеяния клетками.
4
Коэффициент рассеяния биоткани — это параметр, характеризующий среднее число актов рассеяния на единицу длины траектории фотона.
Да
Коэффициент рассеяния
(см
-1
) определяет вероятность, что фотон не рассеется, —
(−
)
, и среднюю длину пути до события рассеяния — 1
, т. о. он характеризует среднее число актов рассеяния на единицу длины траектории фотона.
5
Результат взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с биоструктурами не зависит от длины волны
Нет
Вероятности процессов, коэффициенты рассеяния, поглощения и т.д. зависят от длины волны возбуждающего излучения.
6
Фазовая функция Хеньи–Гринштейна приближенно (в среднем) отражает угловое распределение вероятности рассеяния света средами, состоящими из различных частиц.
Да
Вообще речь идёт о рассеянии света одной частицей.
Но для группы клеток различного типа функция Хеньи-
Гринштейна работает в среднем.
7
Фактор анизотропии — это средний синус угла рассеяния света частицами среды.
Нет
≡ 〈

Фактор анизотропии — это средний косинус угла рассеяния света частицами среды.
8
При высокочастотной модуляции амплитуды зондирующего излучения в исследуемой среде распространяются волны фотонной плотности.
Да
Для исследований миграции фотонов в рассеивающей среде эффективным оказался модуляционный метод
(frequency-domain), основанный на регистрации динамического отклика интенсивности рассеянного света при модуляции интенсивности. Теоретическое развитие метода привело к установлению нового типа волн — волн фотонной плотности, которые являются сильно затухающими волнами огибаю-щей плотности фотонов.
9
При зондировании сильно рассеивающей среды узким лазерным пучком область пространства, в которой сосредоточено большинство траекторий фотонов, регистрируемых оптоволоконным детектором в режиме «на просвет», имеет форму банана.
Нет
При зондировании сильно рассеивающей среды узким лазерным пучком область пространства, в которой сосредоточено большинство траекторий фотонов, регистрируемых оптоволоконным детектором в режиме обратного излучения, имеет форму банана.
10 Оптическая когерентная томография
Нет
Предельная глубина зондирования рассеивающих сред
позволяет получать трехмерные распределения поглощающих центров в толстых слоях рассеивающей ткани. невелика и сопоставима со значением транспортной длины
, которая для биотканей определяется в основном коэффициентом рассеяния и имеет значение порядка миллиметра. Поэтому одна из главных областей применения ОКТ в медицине сегодня — это оптическая биопсия in vivo верхних слоев тканей (как правило, кожи и слизистых оболочек).
11
Хромофоры – это группы атомов, определяющие поглощение света в биомолекулах.
Да
Хромофор – атом или группа атомов либо система электронов в молекуле, которые главным образом обусловливают поглощение света в конкретном диапазоне спектра.
12
Все белки поглощают в видимой области спектра.
Нет
Белки и нуклеиновые кислоты бесцветны, они не поглощают видимый свет. Максимум поглощения белков в УФ-области спектра, обусловленный наличием ароматических аминокислот, находится вблизи 280 нм.
Возбуждение электронов атома азота пептидной группы вызывает резкое увеличение поглощения при
185–240 нм. В ИК-области спектра белки поглощают за счет СО– и NH–групп при 1600 и 3100–3300 см
-1 13
Пигменты поглощают главным образом в
УФ.
Нет
Биологические пигменты
(биохромы) — окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов.
Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра.
14
Простетическая группа пигментов – это кольцевая группа атомов, замкнутая на ион кислорода.
Нет
Простетическая группа пигментов – это кольцевая группа атомов (тетрапиррольное соединение), замкнутая на ион металла.
15
Спектр действия света на биологические объекты определяется спектром рассеяния.
Нет
Спектр действия света на биологические объекты определяется спектрами поглощения и рассеяния.
16
Для малых изотропных частиц коэффициент рассеяния обратно пропорционален их массе.
Нет
Для малых сферических частиц радиуса ( ≪
1, | |2
⁄ ≪ 1,
−комплексный показатель преломления) в приближении Рэлея сечение рассеяния составляет:
= (8 3
⁄ )(2
⁄ ) [(
− 1) (
+ 2)

] ∙
17
Деполяризация света при рассеянии на частицах возникает вследствие их больших размеров и/или оптической анизотропии.
Да
Возможные режимы с сохранением или разрушением линейной поляризации реализуются в зависимости от размера частиц, составляющих биоткань, их концентрации и анизотропии.
18
Рассеяние света на сферических частицах рассчитывается точно на основе теории Ми.
Да
Рассеивание света сферической частицей — классическая задача электродинамики, решенная в 1908 году
Густавом Ми для сферической частицы произвольного размера. Для ансамбля частиц используется приближенно.
19
Рассеяние света на сфероидальных частицах не зависит от поляризации зондирующего пучка.
Нет
Двулучепреломление тканей обусловлено главным образом линейной анизотропией волокнистых структур, характерных для соединительных тканей.
Для таких структур усредненный показатель преломления вдоль направления волокон больше, чем поперек волокон, а моделью является набор параллельных цилиндров, образующих двулучепреломляющую среду с оптической осью, параллельной оси цилиндров.

20
Локальные экстремумы фазовой функции рассеяния от больших оптически мягких частиц образуются за счёт их несферичности.
Да
Согласно информационной теории и моделированию тонкой структуры клеток аппроксимационными методами, факторами, управляющими рассеянием, в порядке важности являются: а) объём частицы, её масса, определяющая усреднённый по объёму показатель преломления, и её форма; б) главное радиальное распределение массы, т. е. крупная структура; в) детали внутри этого распределения
(выросты, дыры, мелкие неоднородности).
21
Асимметрия рассеяния от больших оптически мягких частиц достигает 4-х – 5-ти порядков.
Да
22
Теория Ми не позволяет рассчитывать индикатрису рассеяния света на многослойных сферических частицах.
Нет
Дифракция света на сферической частице строго описывается теорией Ми. Развитие этой модели включает учет структуры сферических частиц, а именно многослойные сферы и сферы с радиальной неоднородностью, анизотропией и оптической активностью.
23
Индикатрису рассеяния ансамбля произвольных хаотически ориентированных сфероидальных частиц можно рассчитать из ансамбля индикатрис сферических частиц равного размера, но с различными показателями преломления.
Да
Предполагая, что волны, рассеянные отдельными частицами в тонком слое моделируемой ткани, складываются случайно, можно аппроксимировать объемный коэффициент рассеяния суммой коэффициентов рассеяния частиц данного диаметра.
Усредненная по объему фазовая функция p(ϑ) (и параметр анизотропии рассеяния g) слоя ткани есть взвешенная сумма угловых функций рассеяния.
24
Расположение экстремумов на фазовой функции Ми не зависит от относительного размера частицы.
Нет
На основе аппроксимации ВКБ предложено аналитическое выражение, позволяющее определять размер частицы, используя расстояние между экстремумами индикатрисы.
25
В приближении геометрической оптики не учитывается дифракция света на частице.
Да
Анализ распространения света в лучевом приближении составляет предмет геометрической оптики. Можно сказать, что в геометрической оптике не учитываются эффекты дифракции.
26
Лучеволновое приближение применимо только для оптически «мягких» частиц.
Нет
В качестве примера показана картина рассеяния света на сфероиде с относительным показателем преломления n = 1.33. Видно, что и в этом случае степень совпадения кривых, полученных методами лучеволнового приближения и дискретно-дипольного приближения остаётся хорошей.
27
В методе Монте-Карло случайными параметрами являются длина волны излучения и концентрация рассеивающих частиц.
Нет
Метод Монте-Карло базируется на численном моделировании транспорта фотонов в рассеивающей среде. Случайное блуждание фотонов внутри образца биоткани прослеживается от точки влета в образец до его поглощения или выхода из образца.
Распределение интенсивности внутри биоткани является функцией коэффициента поглощения µ
a
, коэффициента рассеяния µ
s
, параметра анизотропии g,
а также размеров лазерного пучка.
28
В методе Монте-Карло невозможен корректный учёт поглощения света в различный слоях.
Нет
Известные алгоритмы позволяют учесть несколько слоёв биоткани с различными оптическими свойствами, конечный размер падающего пучка, отражение света от границ раздела слоев.
29
Метод Монте-Карло позволяет получить решение уравнения переноса излучения только в стационарном случае (для непрерывного излучения).
Да
Достаточно строгое математическое описание процесса распространения непрерывного излучения
(немодулированного по интенсивности света) в рассеивающей среде может быть сделано с помощью стационарной теории переноса излучения (ТПИ). Для решения таких задач перспективен метод Монте-
Карло, широко применяемый для численного решения уравнения ТПИ в различных областях знаний
(астрофизике, оптике атмосферы и океана и др.).
30
Многократное рассеяние света в среде приводит к существенному укорочению детектируемого рассеянного импульса.
Нет
Диффузный компонент существенно уширен, имеет значительную интенсивность, так как состоит из основной массы падающих фотонов, которые испытали многократные акты рассеяния, следовательно имеют различные направления движения и различные длины путей.
31
Диффузионное приближение дает существенно более точное решение уравнения переноса излучения, нежели метод Монте-Карло.
Нет
Диффузионное приближение приводит к существенным расхождениям с экспериментальными данными или с результатами моделирования по методу Монте-Карло
(имеет место «кризис диффузионного приближения»).
32
Уширение спектра сигнала монодинного спектрометра от раствора сферических частиц при их тепловой диффузии пропорционально квадрату модуля вектора чувствительности.
Да
Кроме того, диффузионное уширение спектров обратно пропорционально квадрату длины волны
(вектор чувствительности, “scattering vector”:

1⁄ ).
33
Корреляционная функция сигнала гетеродинного спектрометра от ламинарного потока частиц является осциллирующей функцией времени.
Нет
Рассмотрим простейший случай идеальной трансляционной диффузии малых невзаимодействующих одинаковых сферических частиц в растворе. Можно показать, что в этом случае спектр мощности фототока представляет собой лоренцевскую кривую а корреляционная функция — экспоненту с временем релаксации 1/Г.
34
Моноэкспоненциальная корреляционная функция флуктуаций напряженности рассеянного поля гомодинного спектрометра соответствует гауссовому энергетическому спектру этих флуктуаций.
Нет
Можно показать, что в этом случае спектр мощности фототока представляет собой лоренцевскую кривую а корреляционная функция — экспоненту с временем релаксации 1/Г.
35
Ширина спектра флуктуаций напряжённости рассеянного поля гомодинного спектрометра не зависит от длины волны зондирующего излучения.
Нет
Диффузионное уширение спектров обратно пропорционально квадрату длины волны.
Следовательно, чем меньше λ, тем шире спектр и тем мягче требования к системе обработки сигнала.
36
Величина доплеровского сдвига частоты дифференциального спектрометра не зависит от ширины интерференционных полос в измерительном объёме.
Нет
Эффект Доплера определяет сдвиг частоты рассеянного света в соответствие с соотношением:
∆ =
(

) где – частота падающей волны, – скорость движения рассеивателя, – скорость света, – угол между вектором падающего на объект излучения и направлением движения объекта, – угол между направлением движения
объекта и наблюдения рассеянного излучения. Ширина полос определяется углом между зондирующими пучками.
37
Размер измерительного объёма дифференциального ЛДА не зависит от угла пересечения зондирующих пучков.
Нет
Интерференционный объем представляет собой эллипсоид, размеры которого определяются оптическими свойствами системы. В общем случае измерительный объем есть область, размер которой может быть меньше или больше размера интерференционного объема и определяется, прежде всего параметрами передающей и принимающей оптико-электронных системы (мощность лазера, диаметр перетяжки, угол пересечения лазерных пучков, напряжение на фотодетекторе, величина электронного усиления сигнала), а также положением и характеристиками светорассеивающих частиц (размер, оптические свойства, концентрация).
38
Уширение доплеровского компонента спектра дифференциального ЛДА не зависит от времени пролёта частицы через измерительный объем.
Нет
Естественное уширение спектра доплеровского сигнала из-за конечного времени пролета частицей измерительного объема. Этот эффект связан с фиксированным количеством числа интерференционных полос в измерительном объеме, от которого зависит точность определения частоты доплеровского сдвига.
39
Сдвиг частоты одного из когерентных пучков дифференциального ЛДА позволяет устранить низкочастотный пьедестал у доплеровского компонента сигнала.
Да
Излучение лазера делится на два пучка, один из которых в знакочувствительных ЛДА пропускается через однополосный модулятор, сдвигающий частоту излучения на определённую величину. Для сдвига частоты часто используется акустооптический эффект.
40
На качество доплеровского сигнала влияет многократное рассеяние только в пределах измерительного объёма дифференциального ЛДА.
Нет
Во-первых, рост объемного содержания дисперсной фазы может вызвать ослабление лазерных пучков, формирующих измерительный объем, приводя к его деформации. Во-вторых, увеличение концентрации частиц способствует ухудшению отношения сигнал- шум при многочастичном режиме и ослаблению рассеянного частицами излучения, что затрудняет работу принимающей оптико-электронной системы
ЛДА.
41
Рассеяние зондирующих пучков на стенках сосуда может сильно исказить форму доплеровского спектра дифференциального
ЛДА.
Да
Столкновительное взаимодействие частиц со стенкой может приводить к значительному изменению характеристик как дисперсной, так и несущей фазы.
42
Вероятность комбинационного рассеяния много больше вероятности упругого рассеяния.
Нет
Вероятность спонтанного КР существенно меньше вероятности рэлеевского (упругого) рассеяния, поэтому интенсивность сигнала весьма низкая.

43
Положение линий в спектре КР определяется характеристиками основного состояния молекул.
Да
При этом положение линий в спектре определяется только частотами колебаний основных электронных состояний. Поэтому спектроскопия КР — это вариант колебательной спектроскопии.
44
Антистоксовы компоненты спектра КР сдвинуты в красную область.
Нет
Если же происходит энергетический переход в состояние ниже исходного уровня, т. е. энергия высвобожденного кванта больше энергии падающего, то такой компонент КР называется антистоксовым.
45
Частоты валентных колебаний в атомах ниже частот деформационных колебаний.
Нет
Частоты валентных колебаний значительно выше
(более чем на порядок) частот деформационных колебаний. Это объясняется тем, что силовые постоянные связей в несколько раз больше деформационных силовых постоянных.
46
Точное положение полосы Амид-1 зависит от вторичной структуры белковой молекулы.
Да
Примером более сложной группы атомов, выступающей в качестве независимого осциллятора в молекулах всех полипептидов и белков, является так называемая амидная группа образующаяся при связывании аминокислот друг с другом. Различные типы колебаний этой группы проявляются в КР-спектрах в виде так называемых полос амид-1, амид-2, амид-8.
Точное положение максимумов полос и форма их контуров определяются вторичной структурой белка.
47
Спектр флуоресценции зависит от длины волны возбуждающего света.
Нет
Спектр испускания флуоресценции обычно не зависит от длины волны возбуждающего света.
48
Спектр флуоресценции всегда смещен в более длинноволновую область по отношению к красному пику поглощения.
Да
Как правило, всегда наблюдается сдвиг испускания относительно поглощения в сторону больших длин волн.
49
Симметричность спектров поглощения и флуоресценции возникает из-за того, что оба процесса обусловлены разными колебательными уровнями молекулы.
Нет
Симметричная природа этих спектров определяется тем, что и поглощение, и испускание обусловлены одними и теми же переходами.
50
Энергетический выход флуоресценции превышает ее квантовый выход.
Нет
Квантовый выход флуоресценции всегда превышает её энергетический выход.
51
Флуорофоры преимущественно поглощают те фотоны, у которых направление вектора электрического поля параллельно дипольному моменту поглощения.
Да
Флуофоры преимущественно поглощают те фотоны, электрические векторы которых направленны параллельно моменту перехода флуофора.
52
При фотонном возбуждении используются только диффузные фотоны флуоресценции.
Да
При фотонном возбуждении используются только диффузные фотоны флуоресценции.
53
Основной принцип работы оптической ловушки основан на законе сохранения импульса.
Да
При фокусировке лазерного излучения линзой с большой числовой апертурой частица захватывается вблизи фокальной точки градиентной силой, известной как оптический пинцет, в то же время, если поток не сфокусирован, частица движется вперед силой рассеяния радиационного давления (фотофорез). В случае падения фотона на непрозрачную
(поглощающую или отражающую) поверхность ей сообщается импульс, т.е. поверхность испытывает световое давление.
54
Одним из основных элементов оптической ловушки является длиннофокусный
Нет
Для аксиальной устойчивости ловушки необходима большая числовая апертура объектива.
объектив.
55
Оптические ловушки позволяют бесконтактно измерять силы до долей фемтоньютонов.
Нет
…до единиц пиконьютонов.
56
Длина волны лазера оптической ловушки должна попадать в полосу поглощения материала захватываемой частицы.
Нет
Частица должны быть прозрачна для лазера твизера.
При воздействии на биологические объекты важно, чтобы частица, которая будет поймана в ловушку, являлась прозрачной для лазерного света, поскольку поглощение излучения приводит к нагреву и следовательно, к оптическому повреждению образца.
57
Для удобства манипулирования живыми клетками к их мембранам прикрепляют сферические микросферы из материала с более высоким относительным коэффициентом преломления, чем у клетки.
Да
Принципы захвата атомов применимы к частицам микронных размеров, например полистирольным шарикам, которые можно присоединить к одиночным молекулам.
58
Для целей биомедицинской диагностики используются исключительно непроводящие диэлектрические наночастицы.
Нет
Используются, например, золотые наночастицы, а также углеродные (нанотрубки, фуллерены, наноалмазы).
59
Наночастицы диоксида титана при нанесении их в поверхностный слой кожи изменяют только ее рассеивающие свойства для света УФ диапазона.
Нет
Оксид титана TiO
2
обладает очень сильной каталитической активностью – ускоряет протекание химических реакций. В присутствии ультрафиолетового излучения диоксид титана расщепляет молекулы воды на свободные радикалы – гидроксильные группы ОН- и супероксидные анионы О
2
-.
60
Плазмонный резонанс наблюдается у металлических наночастиц только сферической формы.
Нет
Плазмонный резонанс наблюдается у наночастиц любой формы, причем форма сильно влияет на частоты плазмонных резонансов.
61
Настройка частоты плазмонного резонанса возможна только путём нанесения на поверхность наночастицы специальных покрытий.
Нет
Настройка частоты плазмонного резонанса возможна путём нанесения на поверхность наночастицы специальных покрытий, а также изменения формы и размера частицы.
62
Золотые наносферы, наностержни и нанооболочки используются для контрастирования рассеивающих свойств внутренних неоднородностей и для фототермического разрушения опухолей.
Да
Золотые наночастицы можно использовать в темнопольной микроскопии, так как они дают яркое свечение, выделяя связанные с ними структуры.

перейти в каталог файлов


связь с админом