The Method of Light Dose Measurement During Phodinamic Therapy

A new method of light dose monitoring during the photodynamic therapy of abdominal cavity organs was developed. To apply this method specially developed sensors were constructed. For these sensors the temporal and distance dependences of light doses were received and analyzed. It was shown that the light dose from the operating lamp is large enough in laser light field to be taken into account when planning photodynamic therapy. Keywords: PDT, light doses, other source of light in PDT, photodynamic therap

GEOCHEMICAL FEATURES OF DIKE AILLIKITES AND ALKALINE ROCKS OF THE BOLSHETAGNINSKY MASSIF (URIK-IYA GRABEN, EAST SAYAN REGION)

The ICP-MS determinations have been made on microelement content of ~650–640 Ma ultramafic lamprophyre-aillikite dikes and alkaline silicate rocks and carbonatites from the Bolshetagninsky ijolite-syenite massif, spatially overlapped in the northern Urik-Iya graben on the southwestern margin of the Siberian craton. There have been identified two types of spectra of microelement distribution, typical of the Bolshetagninsky massif aillikites and alkaline silicate rocks, respectively; both types of spectra demonstrate significant (more than two orders of magnitude) enrichment in most incompatible elements relative to the primitive mantle. Aillikites have tilt-left distribution spectra of rare elements with Rb, К, Pb, Sr-P, Zr-Hf, ±U minimums and less-pronounced Y minimum. Multi-element spectra of ijolites-melteigites are characterized by Th, Та, Pb, Hf, ±Zr, ±Ti minimums which is also reflected in nepheline syenite and carbonatite spectra. The Bolshetagninsky massif aillikites and alkaline rocks differ also in Nb/Ta, Zr/Hf, Th/Nb, Th/U ratios. Geochemical differences imply that the parental melts of dike aillikites and alkaline rocks are derived from different mantle sources

Scattered and Fluorescent Photon Track Reconstruction in a Biological Tissue

Appropriate analysis of biological tissue deep regions is important for tumor targeting. This paper is concentrated on photons’ paths analysis in such biotissue as brain, because optical probing depth of fluorescent and excitation radiation differs. A method for photon track reconstruction was developed. Images were captured focusing on the transparent wall close and parallel to the source fibres, placed in brain tissue phantoms. The images were processed to reconstruct the photons most probable paths between two fibres. Results were compared with Monte Carlo simulations and diffusion approximation of the radiative transfer equation. It was shown that the excitation radiation optical probing depth is twice more than for the fluorescent photons. The way of fluorescent radiation spreading was discussed. Because of fluorescent and excitation radiation spreads in different ways, and the effective anisotropy factor, geff, was proposed for fluorescent radiation. For the brain tissue phantoms it were found to be 0.62±0.05 and 0.66±0.05 for the irradiation wavelengths 532 nm and 632.8 nm, respectively. These calculations give more accurate information about the tumor location in biotissue. Reconstruction of photon paths allows fluorescent and excitation probing depths determination. The geff can be used as simplified parameter for calculations of fluorescence probing depth

О формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть II. Глубинный уровень

In the part 2 of the study [Ruzhich, Kocharyan, 2017, we aimed at identifying the elements of paleoearthquake sources in the crust, which formed at the hypocentral depths in the exhumed Primorsky segment of the ancient collisional suture. The study area covered the southeastern margin of the Siberian craton (Pribaikalie, East Siberia). Slickensides, pseudo-tachyllite (basaltic glass) and other petrological evidence of intensive tectonic movements were sampled. The structure of the deep segments of the collisional suture were reconstructed from on the data on coseismic ruptures and faults, and the PT parameters were estimated. In the past decades, similar research problems were actively investigated (e.g. [Sibson, 1973; Byerlee, 1978; Morrow et al., 1992; Hodges, 2004; Kirkpatrick et al., 2012). In Russia, the interest in studying geological and geophysical features of the deeply denuded areas in ancient faults is still limited [Sherman, 1977; Ruzhich, 1989, 1992, 1997; Savel’eva et al., 2003; Ruzhich et al., 2015; Kocharyan, 2016. The deeply denuded Primorsky segment of the collisional suture of the Siberian Craton underwent the geological evolution of a billion years. In the analysis, we used additional geological data from the petrology studies of the Main Sayan fault zone and other exhumed fault segments, including the seismogenerating faults in the Mongolia-Baikal region [Zamaraev, Ruzhich, 1978; Zamaraev et al., 1979; Ruzhich et al., 2009. From the PT conditions for the occurrence of the slickensides, pseudo-tachylyte, and the Primorsky segment structure, the 40Ar/39Ar method estimated the age of the slickensides containing tourmaline at 673±4.8 Ma, which may correspond to the Neoproterozoic stage of the breakdown of the megacontinent Rodinia. Another dating, 415.4±4.1 Ma, obtained for the muscovite sample from a decompressional rupture, refers to the Early Paleozoic stage in the development of the collisional suture, when accretion of the Siberian Craton and the Olkhon terrain took place [Donskaya et al., 2003; Fedorovsky et al., 2010. Based on these ages and other available petrological data, the depths of the heterochronous systems of coseismic ruptures were estimated:18 km in the Neoproterozoic, and12 km in the Middle Paleozoic stage of the seismotectonic evolution of the crust in Pribaikalie. The deep paleoseismological settings need to be further investigated in order to more thoroughly clarify the physical and chemical conditions that contributed to the occurrence of the ancient and recent sources of strong earthquakes in the deep segments of faults in the crust. Such information is a prerequisite for further progress towards resolving the problems of securing seismic safety in various regions.В продолжение опубликованной ранее первой части исследования [Ruzhich, Kocharyan, 2017 в данной статье сделан акцент на выявлении признаков распознавания элементов палеоочагов землетрясений, формирующихся на гипоцентральных глубинах земной коры в эксгумированном Приморском сегменте древнего коллизионного шва на юго-восточной окраине Сибирского кратона (Прибайкалье, Восточная Сибирь). Для этого проводился отбор образцов зеркал скольжения, псевдотахилитов и других петрологических свидетельств интенсивных тектонических подвижек. Собранные сведения о косейсмических разрывных нарушениях использовались для реконструкции строения глубинных сегментов коллизионного шва и восстановления некоторых параметров РТ-условий. Попытки решения подобных задач в других сейсмоопасных регионах предпринимаются зарубежными исследователями в течение нескольких последних десятилетий, например, в работах [Sibson, 1973; Byerlee,1978; Morrow et al., 1992; Hodges, 2004; Kirkpatrick et al., 2012. В России к геолого-геофизическому изучению глубоко денудированных участков древних разломов проявляется пока еще ограниченный интерес [Sherman, 1977; Ruzhich, 1989, 1992, 1997; Savel'eva et al., 2003; Ruzhich et al., 2015; Kocharyan, 2016. В рамках данной работы основное внимание было уделено зоне глубоко денудированного Приморского сегмента коллизионного шва Сибирского кратона, претерпевшего геологическую эволюцию длительностью порядка миллиарда лет. Также привлекались дополнительные геологические сведения, полученные авторами и другими исследователями при петрологическом изучении зоны Главного Саянского разлома и иных эксгумированных участков разломов, в том числе сейсмогенерирующих разломов Монголо-Байкальского региона [Zamarayev, Ruzhich, 1978; Zamarayev et al., 1979; Ruzhich et al., 2009. На основании собранных сведений о РТ-условиях возникновения зеркал скольжения, псевдотахилитов и строении Приморского участка коллизионного шва получена оценка возраста зеркала скольжения с турмалином по 40Ar/39Ar методу, которая составляет 673±4.8 млн лет и предположительно может соответствовать неопротерозойской эпохе распада мегаматерика Родиния. По мусковиту в другой декомпрессионной трещине получена еще одна датировка – 415.4±4.1 млн лет, которую возможно отнести к раннепалеозойскому этапу формирования коллизионного шва, при котором происходила аккреция Сибирского кратона и Ольхонского террейна [Donskaya et al., 2003; Fedorovsky et al., 2010. С учетом полученных датировок и других петрологических сведений определены глубины, на которых происходило развитие разновозрастных систем косейсмических разрывов:18 км – в неопротерозойский,12 км – в среднепалеозойский этап сейсмотектонической эволюции земной коры в Прибайкалье. В заключение обосновывается актуальность дальнейшего совершенствования глубинных палеосейсмологических исследований с целью более предметного выяснения физико-химических условий, оптимальных для возникновения древних и современных очагов сильных землетрясений в глубинных сегментах разломов, пронизывающих земную кору. Дальнейшее продвижение в направлении решения проблем обеспечения сейсмобезопасности в различных регионах без подобных сведений может оказаться недостаточно результативным.

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДАЙКОВЫХ АЙЛЛИКИТОВ И ЩЕЛОЧНЫХ ПОРОД БОЛЬШЕТАГНИНСКОГО МАССИВА (УРИКСКО-ИЙСКИЙ ГРАБЕН, ВОСТОЧНОЕ ПРИСАНЬЕ)

The ICP-MS determinations have been made on microelement content of ~650–640 Ma ultramafic lamprophyre-aillikite dikes and alkaline silicate rocks and carbonatites from the Bolshetagninsky ijolite-syenite massif, spatially overlapped in the northern Urik-Iya graben on the southwestern margin of the Siberian craton. There have been identified two types of spectra of microelement distribution, typical of the Bolshetagninsky massif aillikites and alkaline silicate rocks, respectively; both types of spectra demonstrate significant (more than two orders of magnitude) enrichment in most incompatible elements relative to the primitive mantle. Aillikites have tilt-left distribution spectra of rare elements with Rb, К, Pb, Sr-P, Zr-Hf, ±U minimums and less-pronounced Y minimum. Multi-element spectra of ijolites-melteigites are characterized by Th, Та, Pb, Hf, ±Zr, ±Ti minimums which is also reflected in nepheline syenite and carbonatite spectra. The Bolshetagninsky massif aillikites and alkaline rocks differ also in Nb/Ta, Zr/Hf, Th/Nb, Th/U ratios. Geochemical differences imply that the parental melts of dike aillikites and alkaline rocks are derived from different mantle sources.Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой определены содержания микроэлементов в дайках ультрамафитовых лампрофиров (айлликитов), щелочных силикатных породах и карбонатитах Большетагнинского ийолит-сиенит-карбонатитового массива, имеющих близкий возраст около 650–640 млн лет и пространственно совмещенных в северной части Урикско-Ийского грабена на юго-западной окраине Сибирского кратона. Выявлены два типа спектров распределения микроэлементов, присущие, соответственно, айлликитам и силикатным щелочным породам Большетагнинского массива; спектры обоих типов демонстрируют значительное (более чем на два порядка) обогащение наиболее несовместимыми элементами относительно примитивной мантии. Айлликиты имеют наклонные вправо спектры распределения редких элементов с минимумами по Rb, К, Pb, Sr-P, Zr-Hf, ±U и менее выраженным минимумом по Y. Мультиэлементные спектры ийолитов-мельтейгитов характеризуются минимумами по Th, Та, Pb, Hf, ±Zr, ±Ti, что находит отражение и на спектрах нефелиновых сиенитов и карбонатитов. Айлликиты и щелочные породы Большетагнинского массива отличаются между собой также по отношениям Nb/Ta, Zr/Hf, Th/Nb, Th/U. Геохимические различия позволяют предполагать, что родительские расплавы дайковых айлликитов и щелочных пород Большетагнинского массива имели разные мантийные источники

PALEOLIMNOLOGICAL TRANSECT (PLOT) PROJECT: THE PREGLACIAL TO POSTGLACIAL HISTORY OF THE RUSSIAN ARCTIC BASED ON THE PRELIMINARY POLLEN RESULTS

14-1

Валидация методики количественного определения наркотических и психотропных веществ в моче методом СВЭЖХ-МС/МС

Objectives. To validate a new method for the quantitative determination of 31 potent and narcotic substances and their metabolites in urine that meets the requirements of ISO/IEC 17025 using a fast and highly sensitive method of chromato-mass spectrometry with a view to introducing such a method into the routine practice of the National Anti-Doping Laboratory of the Lomonosov Moscow State University (NADL MSU).Methods. Urine samples soldered with standard solutions were analyzed using ultra high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UHPLC–MS/MS).Results. Diagnostic precursor/ion-product pairs and collision energies were established to allow unambiguous identification of the analyzed substances. During sample preparation, hydrolysis conditions were optimized. Selectivity, linearity, limits of qualitative determination, limit of quantitative determination (established under the contract with the customer firm), matrix effect, and measurement uncertainty were defined. Systematized data grouped by classes of analytes are given in the final table.Conclusions. The important advantages of the presented technique are the absence of complex and lengthy sample preparation, as well as the short time of the analysis method (about 10 min), which can significantly reduce duration along with labor and analysis costs. The addition of new analytes will ensure the versatility of the technique, as well as expanding its scope. Цели. Валидировать и ввести в рутинную практику НАДЛ МГУ новую, отвечающую требованиям ISO/IEC 17025, методику количественного определения 31 сильнодействующих и наркотических вещества и их метаболитов в моче с использованием быстрого и высокочувствительного метода хромато-масс-спектрометрии.Методы. Анализ спайкованных с растворами стандартов образцов мочи проводили методом сверхэффективной жидкостной хроматографии–тандемной масс-спектрометрии (СВЭЖХ-МС/МС).Результаты. В работе установлены диагностические пары прекурсор/ион-продукт и найдены энергии соударения, позволяющие однозначно идентифицировать анализируемые вещества; оптимизированы условия гидролиза при проведении пробоподготовки; определены селективность, линейность, предел качественного определения, предел количественного определения (установлен в рамках договора с фирмой-заказчиком), эффект матрицы и неопределенность измерения. Систематизированные данные приведены в итоговой таблице и сгруппированы по классам определяемых веществ.Выводы. Представленная методика обладает важными преимуществами – отсутствием сложной и продолжительной пробоподготовки, а также коротким временем метода анализа – около 10 мин, что позволяет существенно снизить трудозатраты, продолжительность и себестоимость анализа. Дополнение новыми определяемыми веществами обеспечит ее универсальность и позволит расширить область применения

Классификация внутричерепных опухолей на основе оптико-спектрального анализа

The motivation for the present study was the need to develop methods of urgent intraoperative biopsy during surgery for removal of intracranial tumors. Based on the experience of previous joint work of GPI RAS and N.N. Burdenko National Medical Research Center of Neurosurgery to introduce fluorescence spectroscopy methods into clinical practice, an approach combining  various optical-spectral techniques, such as autofluorescence spectroscopy, fluorescence of 5-ALA induced protoporphyrin IX, diffuse reflection of broadband light, which can be used to determine hemoglobin concentration in tissues and their optical density, Raman spectroscopy, which is a spectroscopic method that allows detection of various molecules in tissues by vibrations of individual characteristic molecular bonds. Such a variety of optical and spectral characteristics makes it difficult for the surgeon to analyze them directly during surgery, as it is usually realized in the case of fluorescence methods – tumor tissue can be distinguished from normal with a certain degree of certainty by fluorescence intensity exceeding  a threshold value. In case the number of parameters exceeds a couple of dozens, it is necessary to use machine learning algorithms  to build a intraoperative decision support system for the surgeon. This paper presents research in this direction. Our earlier statistical analysis of the optical-spectral features allowed identifying  statistically significant spectral ranges for analysis of diagnostically  important tissue components. Studies of dimensionality reduction techniques of the optical-spectral feature vector and methods of clustering of the studied samples also allowed us to approach the implementation  of the automatic classification method. Importantly, the classification task can be used in two applications  – to differentiate between different tumors and to differentiate between different parts of the same (center, perifocal zone, normal) tumor. This paper presents the results of our research in the first direction. We investigated the combination of several methods and showed the possibility of differentiating glial and meningeal tumors based on the proposed optical-spectral analysis method.Мотивацией проведения настоящего исследования послужила необходимость развития методов срочной интраоперационной биопсии при проведении операций по поводу удаления внутричерепных опухолей. На основании опыта предыдущей совместной работы ИОФ РАН и НМИЦ нейрохирургии  им. Н.Н. Бурденко по внедрению в клиническую практику методов флуоресцентной спектроскопии был разработан подход, комбинирующий различные оптико-спектральные  методики, такие как спектроскопия  аутофлуоресценции, флуоресценции  5-АЛК индуцированного  протопорфирина  IX, диффузного  отражения  широкополосного излучения,  по которому можно определять концентрацию гемоглобина в тканях и их оптическую  плотность,  спектроскопия  комбинационного  рассеяния, являющаяся методом молекулярной спектроскопии, позволяющим детектировать различные молекулы в тканях за счета колебаний отдельных характерных связей в молекулах. Такое разнообразие оптико-спектральных характеристик  затрудняет их непосредственный анализ хирургом во время операции, как это обычно реализуется в случае флуоресцентных методов – по превышению некоторого порога интенсивности флуоресценции с определенной степенью достоверности можно судить о том, находится ли в зоне исследования нормальная или опухолевая ткань. В случае, если число параметров превышает пару десятков, необходимо использование алгоритмов машинного обучения для построения  системы поддержки принятия  решений хирурга  во время операции. Настоящая работа представляет исследования в этом направлении. Проведенный нами ранее статистический  анализ данных оптико-спектральных характеристик  позволил выделить статистически  значимые спектральные диапазоны для анализа, репрезентирующие  диагностически  важные компоненты тканей. Исследования методов понижения размерности вектора оптико-спектральных признаков  и методов кластеризации исследуемых образцов также позволили приблизиться к реализации метода автоматической классификации. Важно отметить, что задача классификации может быть использована в двух приложениях – для дифференциации различных опухолей и для дифференциации различных частей одной (центр, перифокальная зона, норма) опухоли. В настоящей работе представлены результаты наших исследований в первом направлении. Мы исследовали сочетание нескольких методов и показали возможность дифференциации глиальных и менингеальных опухолей на основании предложенного метода оптико-спектрального анализа

Оптический спектроанализатор с расширенным динамическим диапазоном для фармакокинетических исследований флуоресцирующих препаратов в биотканях

Currently, the most promising method for the study of pharmacokinetics of drugs with fluorescent properties is the spectral-fluorescent method. In this article, we propose an algorithm for expanding the dynamic range of the spectrum analyzer by automatically monitoring the maximum spectral density in the recorded fluorescence spectrum and automatically controlled changes in the accumulation time depending on this value, followed by compensation of the output signal with regard to this change, as well as hardware circuit solutions that allow this algorithm.Testing of LESA-01-"Biospeс" spectrum analyzer, upgraded using the proposed approach, was carried out on photosensitizer dispersions based on tetra-3-phenylthiophthalocyanine hydroxyaluminium of various concentrations (from 0.01 mg/l to 50 mg/l), approximately corresponding to the concentrations realized in the process of studying pharmacokinetics in calibration samples and tissues of experimental animals.The proposed solutions that implement the algorithm for recording fluorescence spectra with automatic change of accumulation time depending on the signal level, ensured a significant expansion of the dynamic range of the spectrum analyzer (up to 3.5 orders of magnitude) and improved accuracy in pharmacokinetic studies.В настоящее время наиболее перспективным методом для исследования фармакокинетики препаратов, обладающих выраженными флуоресцентными свойствами, является спектрально-флуоресцентный метод. В этой статье мы предлагаем алгоритм расширения динамического диапазона спектроанализатора путем автоматического мониторинга максимального значения спектральной плотности в регистрируемом спектре флуоресценции и автоматического контролируемого изменения времени накопления в зависимости от этого значения с последующей компенсацией выходного сигнала с учетом этого изменения, а также схемные решения, позволяющие реализовать этот алгоритм.Тестирование спектроанализатора ЛЭСА-01-«Биоспек», модернизированного с использованием предложенного подхода, проводилось на дисперсиях фотосенсибилизатора на основе тетра-3-фенилтиофталоцианина гидроксиалюминия различной концентрации (от 0,01 мг/л до 50 мг/л), примерно соответствующих концентрациям, реализующихся в процессе исследования фармакокинетики в калибровочных образцах и тканях экспериментальных животных. Предложенные решения, реализующие алгоритм регистрации спектров флуоресценции с автоматическим изменением времени накопления в зависимости от уровня сигнала, обеспечили существенное расширение динамического диапазона спектроанализатора (до 3.5 порядков) и повышение точности при фармакокинетических исследованиях

Аппаратурное и инструментальное обеспечение флюоресцентной диагностики и фотодинамической терапии

The results of hardware and tool development in photodynamic therapy and fluorescence diagnostics performed by the Natural Research Center, A.M. Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences in collaboration with several research and medical institutes are presented. Physical and technical aspects of the problem are mentioned. We describe schemes and the principle of operation of devices which we use with our medical colleagues in clinical and experimental studies. Some results of clinical use of the developed devices and methods are presented. Представлены результаты аппаратных и инструментальных разработок в области фотодинамической терапии и флюоресцентной диагностики, проведенных Центром естественно-научных исследований Института общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук совместно с другими исследовательскими и медицинскими институтами. Приведены схемы и описаны принципы работы устройств, используемых в клинических и экспериментальных исследованиях. Представлены некоторые результаты использования разработанных устройств в клинической практике.