Digital holographic camera for plankton monitoring

A submersible digital holographic camera for measuring plankton and other particles is described. The camera provides underwater recording of digital holograms of water volume containing plankton followed by automatic restoration of holographic images of plankton species, determination of their sizes, shapes, and concentrations, and their recognition and classification. Particles with sizes of 200 μm and larger are analyzed. The water volume registered per exposure is about 1 L. The special features of the software for automatic information retrieval from digital holograms are discussed. Examples of application of the camera as an integral part of the hardware-software complex for field measurements are given. Prospects for application of this complex for ecological monitoring are discussed. The recognition criterion of the digital holographic camera and the data volume and the averaging time required for obtaining statistically reliable data on plankton species are also given

Holography as a tool for advanced learning of optics and photonics

ABSTRACT Laboratory works on holograms recording, reconstruction and interpretation are useful for two reasons. Firstly, holography is widely used in science and engineering. Secondly, training labs in holography require complex applying of knowledge on interference, diffraction, coherency and other domains of optics. Educational kit and methodological instructions for optical experiments were presented in the previous paper 1 . The desktop holographic camera described in this paper is one of the additional functional units of the kit. The desktop holographic camera does not require additional protection against vibrations even if the exposure time is several minutes. This is a compact holographic installation for recording Denisyuk holograms. Two experiments are described in the paper to illustrate the usefulness of holographic laboratory works. The first one is a recording and reconstruction of a Denisyuk hologram. The second one is a recording and interpretation of a double-exposure interferogram when the holoplate is sagged due to loading between exposures. Also included in the paper are holographic setup and laboratory works on digital holography. These experiments require, in addition, complex applying of knowledge on photo receivers, CCD and other domains of photonics

Digital holography of marine particles in situ during the Arctic Expedition

The paper presents the results of measurements of marine particles in situ during Arctic expedition using the digital holographic camera (DHC). Characteristics of various marine particles, including classification and statistics on taxa, depth profiles of plankton concentration were measured. DHC technology may be used without additional sensors to obtain additional information on the medium, such as volume content of methane according to bubble surfacing and water turbidity assessed by the screening coefficient of the suspension taxon

Phototropic response features for different systematic groups of mesoplankton under adverse environmental conditions

Current trends in the application of bioindication methods are related to the use of submersible tools that perform real- time measurements directly in the studied aquatic environment. The methods based on the registration of changes in the be- havioral responses of zooplankton, in particular Crustaceans, which make up the vast majority of the biomass in water areas, seem quite promising. However, the multispe- cies composition of natural planktonic biocenoses poses the need to consider the potential difference in the sensitivity of organisms to pollutants. This paper describes laboratory studies of the phototropic response of plankton to attracting light. The studies were carried out on a model natural community that in equal amounts includes Daphnia magna, Daphnia pulex, and Cyclops vicinus, as well as on the monoculture groups of these species. The phototropic response was initiated by the attracting light with a wavelength of 532 nm close to the local maximum of the reflection spectrum of chlorella microalgae. Standard potassium bichromate was used as the model pollutant

Digital hologram as a display optical system

The holographic system is usually used for imaging, so it can be attributed to imaging optical systems. This analogy allows using a well-developed computational optics technique to design and analyze real digital holographic systems, as well as to solve the measuring tasks of digital holography. The work presents a mathematical model that establishes a one-to-one correspondence between dimensional and spatial parameters of a digital holographic image and a holographing object for the given case of an in-line scheme. The values of the model constants used to determine the real size and the longitudinal coordinate of an object according to its holographic image are found through calibration. The described approach is used to calibrate and analyze the imaging properties of a submersible digital holographic camera designed to study plankton in its habitat. The paper also shows the results obtained in situ using the holographic sensor of plankton

Digital holography methods for visualization and identification of ZnGeP2 bulk defects

The volumetric filamentous inclusions in ZnGeP2 were visualized by digital holography, their characteristic sizes were determined, and their location in the sample volume was determined. The chemical composition of filamentous bulk inclusions – Zn3P2 and Ge-was determined by X-ray diffraction analysis. The influence of the second-phase inclusions (Zn3P2 and Ge) on the quasi optical characteristics (refractive index and absorption coefficient) in the resonant absorption band (12–12.5 microns) is established. The presence of bulk inclusions in the ZnGeP2 single crystal leads to an increase in the reflection coefficient in the region of 12.5 microns. The dispersion dependences of the refractive index and the absorption coefficient of the studied ZnGeP2 samples at wavelengths of 300–1000 microns in the non fundamental absorption region were obtained. The obtained experimental results confirm the assumption of the determining role of free carriers in the formation of dielectric losses in the wavelength range of 100–1000 microns. The hypothesis that one of the main sources of free carriers in ZnGeP2 is the matrix medium / inclusion interface of the second phase is confirmed.В ст. ошибочно: A. S. Bolshako

Вплив L-aргініну на швидкість розрішення післяопераційного парезу кишечника у хворих з ургентною абдомінальною патологією

Background. Postoperative ileus is widespread in the postoperative period and occurs not only after extended operations on the abdominal cavity, retroperitoneal cavity, but also after minor surgical interventions, including laparoscopic operations [1, 2]. The aim of this study is to increase the effectiveness of intensive care after urgent abdominal surgeries by developing a drug correction for bowel motility disorders based on studying of the motor and evacuator function of the gastrointestinal tract, inflammatory markers, hemodynamic parameters and electrolyte blood composition. Materials and methods. 51 patients were examined, who underwent urgent surgical interventions with laparotomy access for infringed hernias, acute intestinal obstruction, perforation of duodenal ulcers. Depending on the variant of drug correction of postoperative intestinal motility disorder, patients were divided into 2 groups. The first (control) group (n = 27). In the postoperative period, the pharmacological correction of the motor-evacuator function of the gastrointestinal tract was performed by combining a solution of 0,5% metoclopramide and neostigmine bromide. The second (main) group (n = 24). In the postoperative period, the pharmacological correction of the motor-evacuator function of the gastrointestinal tract was performed by combining 0.5% metoclopramide solution and L-arginine (Tivortin, Yuriya-Farm, Ukraine). Motorevacuation disorders of the gastrointestinal tract (the frequency of development of bloating, nausea, vomiting, delay in the escape of gases, an independent moving of gases, measurement of intra-abdominal pressure), parameters of hemodynamics, the level of systolic, diastolic, mean arterial pressure, cardiac index, stroke volume, total peripheral vascular resistance, heart rate, minute volume of blood circulation and left ventricular power, markers of inflammation (leukocyte count, fibrinogen, IL-lα, TNFα, IL-10, calculation of leukocyte intoxication index, the study of electrolytes of blood serum (Na+, K+, Ca2+, Cl- ) were studied before and after 1st, 3rd and 7th days after the operation. Results. The use of L-arginine leads to a decrease in the phenomena of peripheral vasospasm, which, improving the microcirculation of the intestinal wall leads to a faster recovery of the motor-evacuation function of the gastrointestinal tract. With standard prokinetic therapy (combination of metoclopramide with neostigmine bromide), the number of patients with elevated intra-abdominal pressure increases in 92,1%, оn the second day after surgery, the number of patients with elevated intra-abdominal pressure exceeds the norm in 100%. The resumption of intestinal motility 3 days after the operation is accompanied by the normalization of intra-abdominal pressure in 55% of patients. Against the backdrop of the use of L-arginine with metoclopramide on day 1 after the operation, the number of patients with an increase in intra-abdominal pressure does not exceed 50%. 37,5% of them have elevated intra-abdominal pressure, 8,3% have abdominal hypertension of the 1st degree. On the second day of the observation, intraabdominal pressure in 41,7% patients normalized, abdominal hypertension of 1 degree was noted in 16,7%. of them. On the 3rd day after surgery, intra-abdominal pressure corresponded to the norm in 79,2% of patients, abdominal hypertension of 1st degree was registered in 8,3% of patients. Сonclusions. The use of a combination of metoclopramide with L-arginine reduces the stress on the myocardium, activates - anti-inflammatory link of the cytokine system, accelerates the normalization of intra-abdominal pressure, increases the rate of self-evacuation, independent defecation, and reduces the patients’ stay in the intensive care, which makes it possible to recommend it as the most optimal remedy for resuming motor activity intestines after urgent operations in abdominal surgery.Актуальность. Моторно-эвакуаторная дисфункция желудочно-кишечного тракта широко распространена в послеоперационном периоде и возникает не только после больших операций на брюшной полости, забрюшинном пространстве, но и после небольших по объему оперативных вмешательств, в том числе выполненных лапароскопически [1, 2]. Целью данного исследования является повышение эффективности интенсивной терапии после неотложных абдоминальных операций путем разработки медикаментозной коррекции нарушений моторики кишечника на основании изучения моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта, маркеров воспаления, показателей гемодинамики и электролитного состава крови. Материалы и методы. Обследовано 51 больных, которым проводились ургентные оперативные вмешательства лапаротомным доступом по поводу ущемленнных грыж, острой кишечной непроходимости, перфорации язв двенадцатиперстной кишки. В зависимости от варианта медикаментозной коррекции послеоперационного нарушения моторики кишечника пациенты были разделены на 2 группы. У больных первой (контрольной) группы (n=27) в послеоперационном периоде медикаментозная коррекция моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта проводилась комбинацией раствора метоклопрамида и неостигмина бромида. Больным второй (основной) группы (n = 24) в послеоперационном периоде медикаментозная коррекция моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта проводилась комбинацией раствора метоклопрамида и L-аргинина (Тивортин, “Юрия-Фарм”, Украина). Моторно-эвакуаторные нарушения желудочно-кишечного тракта (частоту развития вздутия живота, тошноту, рвоту, задержку отхождения газов, начало самостоятельного отхождения газов, измерение внутрибрюшного давления), параметры гемодинамики, уровень систолического, диастолического, среднего артериального давления, сердечный индекс, ударный объем, общее периферическое сосудистое сопротивление, частоту сердечных сокращений, минутный объем кровообращения, работу имощность левого желудочка, маркеры воспаления (уровень лейкоцитов, фибриногена, IL-lα, TNFα, IL-10, лейкоцитарный индекс интоксикации, уровень электролитов сыворотки крови (Na+ , K+ , Ca2+, Cl- ) изучали до и на 1, 3, 5 и 7 сутки после операции. Результаты. Применение L-аргинина уменьшало явления периферического вазоспазма, что за счёт улучшения микроциркуляции стенки кишки способствовало ускоренному восстановлению моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта. При стандартной прокинетической терапии (комбинация метоклопрамида с неостигмина бромидом) через 1 сутки после операции до 92,1% увеличивается количество больных с повышенным внутрибрюшным давлением, на 2 сутки после операции количество больных с повышенным внутрибрюшным давлением увеличивается до 100%. Возобновление моторики кишечника через 3 суток после операции сопровождается нормализацией внутрибрюшного давления у 55% больных. На фоне применения L-аргинина с метоклопрамидом в 1 сутки после операции количество больных с повышенным внутрибрюшым давлением не превышает 50%, из них 37,5% имеют повышенное внутрибрюшное давление, 8,3% – внутрибрюшную гипертензию 1 степени. На вторые сутки наблюдения у 41,7% больных внутрибрюшное давление нормализуется, внутрибрюшная гипертензия 1 степени отмечается у 16,7%. На 3 сутки после операции внутрибрюшное давление соответствует норме у 79,2% больных, внутрибрюшная гипертензия 1 степени регистрируется у 8,3% больных. Выводы. Использование комбинации метоклопрамида с L-аргинином уменьшает нагрузку на миокард, активизирует противовоспалительное звено цитокиновой системы, ускоряет нормализацию внутрибрюшного давления, увеличивает скорость самостоятельного отхождения газов и дефекации, сокращает пребывание пациентов в ОАИТ, что позволяет рекомендовать его в качестве наиболее оптимального варианта возобновления моторики кишечника после неотложных операций в абдоминальной хирургии.Актуальність. Моторно-евакуаторна дисфункція шлунково-кишкового тракту широко розповсюджена в післяопераційному періоді і виникає не тільки після великих операцій на черевній порожнині, заочеревиннному просторі, а й після невеликих за обсягом оперативних втручань, у тому числі виконаних лапароскопічно. Порушення моторики шлунка та кишечника зазвичай триває перші 3–5 діб після операції, що підвищує тривалість перебування в стаціонарі, летальність та вартість лікування [1, 2]. Мета дослідження. Підвищення ефективності інтенсивної терапії після невідкладних абдомінальних операцій шляхом розробки та обґрунтування медикаментозної корекції порушень моторики кишок на підставі вивчення моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту, маркерів запалення, показників гемодинаміки та електролітного складу крові. Матеріали та методи. Обстежено 51 хворих, яким у КЗ “Дніпропетровська шоста міська клінічна лікарня” ДОР проводилися оперативні втручання лапаротомним доступом з приводу защемлених кил, гострої кишкової непрохідності, перфорації виразок 12-палої кишки з розлитим перитонітом. Залежно від варіанта медикаментозної корекції післяопераційного порушення моторики кишок хворих було поділено на дві групи. До 1 (контрольної) групи увійшло 27 пацієнтів. Тривалість оперативного втручання у хворих цієї групи становила 81,5 ± 29,0 хвилин. Медикаментозна корекція порушень моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту у них проводилася комбінацією метоклопраміду та неостигміну броміду. До 2 (основної) групи увійшло 24 хворих, серед яких було 9 чоловіків і 15 жінок. Тривалість оперативного втручання складала 104,6 ± 48,3 хвилини. Хворим цієї групи медикаментозна корекція моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту проводилася комбінацією розчину 0,5 % метоклопраміду та L-аргініну (Тівортін, “Юрія-Фарм”, Україна). Моторно-евакуаторні порушення шлунково-кишкового тракту, вимірювання внутрішньочеревного тиску, параметрів гемодинаміки, маркерів запалення здійстнювали до операції, через 1, 3 і 7 діб після неї. Прикінцевими результатами лікування були: тривалість перебування у BAIT та у стаціонарі, летальність у BAIT та у стаціонарі, строки відновлення самостійного відходження газів та відновлення самостійної дефекації. Кінцевою точкою дослідження була 28 доба після оперативного втручання, коли оцінювали якість життя за шкалою Rancho Los Amigos Scale (RLAS). Результати. До операції гострі хірургічні захворювання органів черевної порожнини супроводжуються моторно-евакуаторними розладами шлунково-кишкового тракту, помірною внутрішньочеревною гіпертензією, гемодинамічними змінами у вигляді підвищення роботи лівого шлуночка при зменшенні його потужності, збільшенням периферичного судинного опору на тлі зменшення ударного об’єму. В післяопераційному періоді стандартної стимуляції шлунково-кишкового тракту у більшості хворих порушення моторики шлунково-кишкового тракту досягають свого максимуму на 2–3 добу та супроводжуються підвищенням внутрішньочеревного тиску, наростаючим збільшенням судинного опору, підвищеною роботою лівого шлуночка при зменшеній його потужності та запальною відповіддю організму, яка зберігається понад 7 діб після операції. Прискорення відновлення перистальтики настає при включенні до терапії L-аргініну і супроводжується зменшенням постнавантаження, сталою роботою лівого шлуночка при збільшенні його потужності та прискореним розрішенням запальної відповіді організму

Underwater holographic sensor for plankton studies in situ including accompanying measurements

The paper presents an underwater holographic sensor to study marine particles—a miniDHC digital holographic camera, which may be used as part of a hydrobiological probe for accompanying (background) measurements. The results of field measurements of plankton are given and interpreted, their verification is performed. Errors of measurements and classification of plankton particles are estimated. MiniDHC allows measurement of the following set of background data, which is confirmed by field tests: plankton concentration, average size and size dispersion of individuals, particle size distribution, including on major taxa, as well as water turbidity and suspension statistics. Version of constructing measuring systems based on modern carriers of operational oceanography for the purpose of ecological diagnostics of the world ocean using autochthonous plankton are discussed. The results of field measurements of plankton using miniDHC as part of a hydrobiological probe are presented and interpreted, and their verification is carried out. The results of comparing the data on the concentration of individual taxa obtained using miniDHC with the data obtained by the traditional method using plankton catching with a net showed a difference of no more than 23%. The article also contains recommendations for expanding the potential of miniDHC, its purpose indicators, and improving metrological characteristics

The phase-separated states in antiferromagnetic semiconductors with polarizable lattice

The possibility of the slab or stripe phase separation (alternating ferromagnetic highly- conductive and insulating antiferromagnetic layers) is proved for isotropic degenerate antiferromagnetic semiconductors. This type of phase separation competes with the droplet phase separation (ferromagnetic droplets in the antiferromagnetic host or vice versa). The interaction of electrons with optical phonons alone cannot cause phase-separated state with alternating highly-conductive and insulating regions but it stabilizes the magnetic phase separation. The magnetostriction deformation of the lattice in the phase-separated state is investigated.Comment: 17 Pages, 1 EPS Figur

Assessment of fatigue damage to aircraft glass using digital holography methods

The purpose of this work is to test the digital holography method for determining the depth of fatigue surface defects of the "silver" type of aviation organic glass caused by cyclic mechanical overloads, as well as the impact of aggressive substances. To study the fatigue defects of aviation organic glass, a digital holographic camera was used, the configuration of which is an axial scheme for recording digital Gabor holograms. During the experiment, the possibility of using the digital holography method to determine the characteristic transverse dimensions of surface defects in aircraft glazing parts and longitudinal dimensions was shown. The work carried out and the created model of the digital holographic camera show the potential possibility of creating a method for checking with a given accuracy the elements of the aircraft glazing for the presence of surface damage and assessing their impact on flight safety