The regularities of differences are identified and the prospects marked for the use of extremely high frequency to detail representations about the features of the spectral characteristics of the tumor and non-tumor tissues.Выявлены закономерные отличия и отмечены перспективы использования крайне высоких частот для детализации представлений об особенностях спектральных характеристик опухолевых и неопухолевых тканей

A. A. Popov

A. A. Tamelo

D. A. Tzerkovsky

D. F. Molodkin

D. I. Matveev

E. L. Protopovich

M. O. Dosina

V. V. Murav'ev

Yu. P. Istomin

А. А. Попов

А. А. Тамело

В. В. Муравьев

Д. А. Церковский

Д. И. Матвеев

Д. Ф. Молодкин

Е. Л. Протопович

М. О. Досина

Ю. П. Истомин

Russian

Доклады БГУИР

ДОКЛАДЫ БГУИР 2016  № 7 (101)  172 УДК 615.47:621.37/39 ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НОРМАЛЬНЫХ И ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ  В.В. МУРАВЬЕВ1, А.А. ТАМЕЛО1, Ю.П. ИСТОМИН2, Е.Л. ПРОТОПОВИЧ2,  Д.А. ЦЕРКОВСКИЙ2, М.О. ДОСИНА3, Д.И. МАТВЕЕВ1, А.А. ПОПОВ1, Д.Ф. МОЛОДКИН1 1Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь 2 Республиканский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии  им. Н.Н. Александрова  а.г. Лесной, Минский район, 223040, Беларусь 3Институт физиологии Национальной академии наук Беларуси Академическая, 28, Минск, 220072, Беларусь Поступила в редакцию 22 ноября 2016 Выявлены закономерные отличия и отмечены перспективы использования крайне высоких частот для детализации представлений об особенностях спектральных характеристик опухолевых и неопухолевых тканей. Ключевые слова: крайне высокие частоты, спектроскопия, карцинома, карциносаркома Уокер 256, лимфосаркома Плисса. Введение Эффекты воздействия крайне высоких частот (КВЧ) электромагнитных полей на биологические организмы позволяют предположить перспективность исследования механизмов таких полей для разработки диагностического оборудования [1]. Анализируются спектральные характеристики образцов опухолевых тканей мышей и образцов тканей, которые не были подвержены опухолевой инвазии при прохождении через эти ткани миллиметровых волн в диапазоне 28–33 ГГц.   Методика эксперимента Спектроскопия была проведена для  образцов тканей мышей и крыс с перевивными опухолями: карциносаркомой Уокера (W-256), альвеолярным раком печени РС-1 (RS1),  саркомой М-1 (SM1), а также эпидермоидной карциномой легких Льюис (LLC), лимфосаркомой Плисса (LSP)  в миллиметровом диапазоне длин волн (28–33 ГГц). Мышей декапитировали, извлекали образцы опухолевой ткани, а в отдаленном от новообразования участке тканей выделяли для сравнения паттерна спектральных сигналов фрагмент мышечной ткани, не подверженный опухолевой инвазии. Биологический материал хранили в формалине при температуре +12°С в течение нескольких суток. Образцы биологических тканей располагали в кювете, которая была ориентирована вертикально по отношению к фланцу измерительного прибора. Размер отверстия во фланце составлял 7,2×3,4 мм. Измерения проводили последовательно циклами от 0,1 до 0,5 с на каждой частоте. Результатом эксперимента является массив данных, характеризующих уровни спектральных составляющих модуляционных сигналов, прошедших через образцы тканей, полученных с использованием преобразования Фурье. ДОКЛАДЫ БГУИР 2016  № 7 (101)  173 На рис. 1, а приведен пример исследования биологического материала мышей с карциносаркомой Уокера (W-256), которых декапитировали и извлекали образцы опухолевой ткани, а также использовали образцы тканей этих мышей, не подверженных опухолевой инвазии. Уровень амплитуд спектральных характеристик в неопухолевой ткани составил 0,15 В, в патологически измененной 0,2 В (рис. 1, б). Кроме того первая гармоника затухает быстрее в неопухолевом образце. Такое различие характеристик гармоник у опухолевого и здорового образцов позволяет использовать данный метод для предварительного заключения о наличии опухолевой ткани в биологических образцах.   а б Рис. 1. Трехмерное представление гармоник для частот КВЧ-диапазона в тканях мышей с карциносаркомой Уокера (W- 256): а – для неизмененной ткани; б – для измененной, при различных значениях коэффициента прохождения   а б Рис. 2. Трехмерное представление гармоник для частот КВЧ-диапазона в тканях мышей с эпидермиоидной карциномой легких Льюис (LLC): а – для неизмененной ткани; б – для измененной, при различных значениях коэффициента прохождения На рис. 2 приведена типичная картина трехмерного распределения гармоник для крайне высоких частот диапазона для образцов опухолевых тканей самцов  мышей линии C57Bl6 с эпидермиоидной карциномой легких Льюис (LLC), фиксированных в 10% формалине биологического материала. Анализ установленных зависимостей также как и на рис. 2 выявляет отличие поведения гармонических составляющих в экспериментальной частотной области. Характерная динамика проявляется при изучении патологически измененной ткани. Наличие резких перепадов частот может быть обусловлено взаимодействием электромагнитных волн с образцами тканей и объясняется, так называемым, эффектом стохастического резонанса. Для установления различий между тканями применен статистический критерий  Стьюдента (t-критерий). Сравнение выборок проводили на каждой гармонике в отдельности, выборки сформированы попарно из набора значений уровней для каждой гармонической составляющей для измененных и неизмененных тканей. Выборки содержат значения, полученные в процессе измерений в режиме с дискретной перестройкой частоты прохождения электромагнитной волны генератора; t-критерий Стьюдента используется для определения статистической значимости различий средних величин. Может применяться как в случаях ДОКЛАДЫ БГУИР 2016  № 7 (101)  174 сравнения независимых выборок, так и при сравнении связанных совокупностей. Полученное значение t-критерия Стьюдента необходимо правильно интерпретировать. Для этого нам необходимо знать количество исследуемых особей в каждой группе (nи и nн). Затем находится число степеней свободы v. После этого определяется критическое значение t-критерия Стьюдента для требуемого уровня значимости (например, p = 0,05) и при данном числе степеней свободы v. Затем сравнивается критическое и рассчитанное значения критерия: если рассчитанное значение t-критерия Стьюдента равно или больше критического, найденного по таблице [2], делаем вывод о статистической значимости различий между сравниваемыми величинами. Если значение рассчитанного t-критерия Стьюдента меньше табличного, значит различия сравниваемых величин статистически не значимы. В противном случае различия имеют существенную значимость. Критическое значение коэффициента t определяли по формуле [2]: и н2 2и ни нX Xts sn n, (1) где иX  и нX  – средние значения для выборок в группах измененных «И» и неизмененных «Н» тканей, которым соответствуют выборки в полосе частот свипирования частоты генератора; 2иs  и 2нs  – дисперсии данных в группах измененных и неизмененных тканей; nи, nн – объемы выборок. Число степеней свободы определяется как ν = (nи+ nн–2). Результаты и их обсуждение На рис. 3 приведен график, отражающий результаты экспериментальных исследований для образцов опухолевых тканей самцов мышей линии C57Bl6 с эпидермиоидной карциномой легких Льюис. На графике приведена зависимость рассчитанного по экспериментально полученным данным коэффициента t от частоты. Группы для статистического анализа для данного типа тканей были сформированы 12 парами, полученными в разное время. При числе степеней свободы ν = (nи+nн–2) = 12+12–2 = 22, для уровня значимости равного α = 0,05 (вероятность выявить различия там, где их нет), критическое значение коэффициента t составляет 2,074; для α = 0,10 t = 1,717. Таким образом, различия между группами измененных и неизмененных тканей при уровне значимости 0,05 являются статистически значимыми на частоте 28,38 ГГц (t = 2,34), при уровне значимости 0,1 на частотах 28,12, 28,21, 28,74, 28,87 ГГц. Таким образом, существенные различия между измененной и неизмененной тканями имеются на установленных частотах и, таким образом, можно сделать вывод о том, что возможно применение КВЧ-волн для диагностики заболеваний.   Рис. 3. Критические значения коэффициента t, полученные при исследовании эпидемиоидной карциномы легких Льюис в полосе частот 27,7–30 ГГц ДОКЛАДЫ БГУИР 2016  № 7 (101)  175 Заключение В результате проведенных исследований выявлены некоторые отличия спектральных характеристик нормальных и опухолевых тканей. Обнаружен небольшой сдвиг по частоте амплитудно-частотной характеристики при исследовании здоровой и опухолевой тканей. Определены частоты для некоторых клеточных культур, на которых выявлены существенные отличия поведения частотных характеристик и уровней коэффициента прохождения КВЧ-волн в тканях с карциномой и без нее. Все это позволяет выявить опухоли на ранней стадии. STUDY OF SPECTRAL CHARACTERISTICS OF NORMAL  AND TUMOR TISSUES IN MILLIMETR RANGES FREQUENCY V.V. MURAV'EV, A.A. TAMELO, Yu.P. ISTOMIN, E.L. PROTOPOVICH,  D.A. TZERKOVSKY, M.O. DOSINA, D.I. MATVEEV, A.A. POPOV, D.F. MOLODKIN Abstract The regularities of differences are identified and the prospects marked for the use of extremely high frequency to detail representations about the features of the spectral characteristics of the tumor and non-tumor tissues. Keywords: extremely high frequency, spectroscopy, carcinoma, carcinosarcoma Walker 256, lymphosarcoma Plissa. Список литературы 1. Хотянович М.О., Муравьев В.В., Тамело А.А. и др. // Сб. тез. науч. докл. на VIII МНТК  «Медэлектроника-2014». Минск, 2014. С. 232–235. 2. Гланц C. Медико-биологическая статистика. М., 1998. УДК 004.353.2-026.66:549.623.59 КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ВСПУЧЕННОГО ВЕРМИКУЛИТА ДЛЯ ЭКРАНОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ М.А. ДМИТРИЕВ, С.Н. ПЕТРОВ, Т.А. ПУЛКО Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь Поступила в редакцию 22 ноября 2016 Приведены результаты исследования композиционных материалов для экранов электромагнитного излучения на основе вспученного вермикулита. Получены экранирующие характеристики сформированных конструкций на основе композиционных материалов в диапазоне частот 0,7…17 ГГц. Ключевые слова: композиционный экранирующий материал, эффективность экранирования, вспученный вермикулит, защита обслуживающего персонала. 

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НОРМАЛЬНЫХ И ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

https://doklady.bsuir.by/jour/article/download/753/753

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НОРМАЛЬНЫХ И ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Доклады БГУИР