- •Содержание
- •Введение
- •Глава 1. Обзор литературы
- •1.1. Клетки крови
- •1.2. Экспериментальные методы
- •1.3. Моделирование светорассеяния
- •1.4. Обратная задача светорассеяния
- •Глава 2. Метод дискретных диполей
- •2.1. Обзор МДД
- •2.1.1. Введение
- •2.1.2. Общая формулировка
- •2.1.3. Разновидности МДД
- •2.1.3.1. Теоретические основы МДД
- •2.1.3.2. Точность МДД вычислений
- •2.1.3.3. МДД для кластеров шаров
- •2.1.3.4. Модификации и расширения МДД
- •2.1.4. Численные соображения
- •2.1.4.1. Прямые и итерационные методы
- •2.1.4.2. Разложение по порядкам рассеяния
- •2.1.4.3. Блочно-топлицева структура
- •2.1.4.4. Быстрое преобразование Фурье
- •2.1.4.5. Быстрый метод мультиполей
- •2.1.4.6. Усреднение по ориентации и повторные вычисления
- •2.1.5. Сравнение МДД с другими методами
- •2.1.6. Заключительные замечания
- •2.2. Сходимость МДД
- •2.2.1. Введение
- •2.2.2. Теоретический анализ
- •2.2.2.1. Дополнительные определения
- •2.2.2.2. Анализ ошибок
- •2.2.2.3. Ошибки формы
- •2.2.2.4. Различные формулировки МДД
- •2.2.3. Численное моделирование
- •2.2.4. Обсуждение
- •2.2.5. Выводы
- •2.3. Методика экстраполяции для улучшения точности МДД
- •2.3.1. Введение
- •2.3.2. Экстраполяция
- •2.3.3. Численное моделирование
- •2.3.4. Обсуждение
- •2.3.5. Выводы
- •2.4. Текущие возможности МДД для очень больших частиц
- •2.4.1. Введение
- •2.4.2. Компьютерная программа ADDA
- •2.4.3. Численное моделирование
- •2.4.3.1. Параметры моделирования
- •2.4.3.2. Результаты
- •2.4.4. Обсуждение
- •2.4.5. Выводы
- •2.5. Сравнение компьютерных программ на основе МДД
- •2.5.1. Введение
- •2.5.2. Программы МДД
- •2.5.2.1. SIRRI
- •2.5.2.2. DDSCAT
- •2.5.2.4. ADDA
- •2.5.3. Сравнение программ
- •2.5.3.1. Формы объектов и параметры
- •2.5.3.2. Точные методы
- •2.5.3.3. Точность
- •2.5.3.4. Скорость
- •2.5.4. Обсуждение
- •2.6. Сравнение МДД с методом конечных разностей во временной области
- •2.6.1. Введение
- •2.6.2. Параметры моделирования
- •2.6.3. Результаты для шаров
- •2.6.4. Пример применения к биологическим клеткам
- •2.6.5. Выводы
- •Глава 3. Эритроциты
- •3.1. Введение в эритроциты
- •3.1.1. Морфология
- •3.1.2. Светорассеяние эритроцитами
- •3.2. Решение обратной задачи светорассеяния для эритроцитов, используя простую форму и постоянный показатель преломления
- •3.2.1. Методология моделирования
- •3.2.2. Экспериментальный метод и процедура обращения
- •3.2.3. Эффект формы и ориентации
- •3.2.4. Характеризация эритроцитов
- •3.2.5. Приближённые формы
- •3.2.6. Выводы
- •3.3. Характеризация морфологии нативных эритроцитов с помощью сканирующего проточного цитометра
- •3.3.1. Расширенная модель формы эритроцита
- •3.3.2. Методология моделирования
- •3.3.3. Экспериментальный метод и процедура обращения
- •3.3.4. Результаты и обсуждение
- •3.3.5. Эмпирическая процедура определения диаметра эритроцитов
- •3.3.6. Выводы
- •Глава 4. Гранулоциты
- •4.1. Введение в гранулоциты
- •4.1.1. Нейтрофилы
- •4.1.2. Эозинофилы
- •4.1.3. Базофилы
- •4.1.4. Оптическая характеризация гранулоцитов
- •4.2. Теоретическое исследование светорассеяния простой моделью гранулоцита – зернистым шаром
- •4.2.1. Введение
- •4.2.2. Простая модель гранулоцита
- •4.2.3. Ортогональное светорассеяние
- •4.2.4. Результаты и обсуждение
- •4.2.5. Выводы
- •4.3. Экспериментальное исследование нейтрофилов сканирующим проточным цитометром
- •4.3.1. Экспериментальная процедура
- •4.3.2. Дополнительное МДД моделирование
- •4.3.3. Результаты и обсуждение
- •4.3.4. Выводы
- •Заключение
- •Развитие метода дискретных диполей
- •Характеризация эритроцитов с помощью сканирующего проточного цитометра
- •Теоретическое и экспериментальное исследование гранулоцитов
- •Основные результаты
- •Литература
- •Приложение
- •A1. Описание сокращений и символов
- •A2. Свойства симметрии матрицы Мюллера
- •A3. Расчёт бокового рассеяния зернистым шаром в рамках приближения Релея-Дебая-Ганса
- •A4. Расчёт деполяризованного бокового рассеяния зернистым шаром в рамках второго борновского приближения
показателем преломления, определяемым ТЭС и линейно зависящим от f. Поскольку зависимость Qext для шара от m осциллирующая, такова же и зависимость Qext зернистого шара от f при малых dg. При больших dg экстинкция гранул в целом менее зависима друг от друга, поэтому Qext увеличивается с f при постоянном dg (при f = 0
Qext = 1.04). В промежуточном диапазоне dg Qext плавно изменяется от одного предельного значения к другому. Параметр асимметрии можно считать ещё одной мерой интенсивности рассеяния вбок, и действительно 1 − <cosθ > коррелирует с ISS
при изменении dg и f [сравните рис. 53(а) и 58(б)]. Однако зависимость <cosθ > от dg имеет больше колебаний (максимумов и минимумов) чем ISS. Хотя некоторые особенности рис. 58 легко понять, полностью объяснить этот рисунок с помощью какой-либо простой приближённой теории не представляется возможным.
В этом разделе мы не рассматриваем другие характеристики рассеяния, например, угловые зависимости элементов матрицы Мюллера, поскольку тяжело выбрать что-то, представляющее всеобщий интерес, – в каждом конкретном приложении используется своя комбинация элементов матрицы Мюллера и диапазон углов рассеяния. Однако несколько индикатрис зернистых шаров приведены в разделе 4.3, где они сравниваются с моделью гранулоцита с ядром и экспериментальными индикатрисами, измеренными с помощью СПЦ.
4.2.5. Выводы
Мы провели обширное моделирование светорассеяния зернистыми шарами с помощью МДД, вычисляя интенсивности полного и деполяризованного бокового рассеяния (ISS и I ) при изменении параметров модели: диаметра dg, объёмной доли f и показателя преломления гранул mg, диаметра и показателя преломления цитоплазмы и размера апертуры. Значения параметров по умолчанию соответствовали литературным данным по морфологии гранулоцитов. Общий вид зависимостей ISS и I от dg одинаковый для разных значений остальных параметров модели – два сегмента высокой корреляции между ISS и I для малых и больших dg и промежуточная область для узкого диапазона dg. Как ISS, так и I увеличиваются с dg при малых dg, достигают максимума при dg примерно равном длине волны λ и после медленно спадают. Степень деполяризации DSS ведёт себя ступенчато – она почти постоянно при малых dg, потом резко увеличивается в узком диапазоне dg и при бóльших dg снова почти постоянна.
Аналитические выражения, полученные в рамках приближений Релея-Дебая- Ганса и второго борновского, качественно описывают все эти результаты. Более того, эти выражения численно согласуются со строгим МДД моделированием при малых dg и
183
f. Помимо предельной простоты вычисления эти приближённые теории дают дополнительное понимание феномена светорассеяния. В частности, деполяризация зернистого шара определяется близкодействием соседних гранул при очень малых dg, в
то время как при dg порядка λ и больше она определяется попарным дальнодействием всех гранул. Хотя во многих случаях аналитические приближённые методы не достаточно точны, их можно использовать для создания приближённых обратных методов, цель которых получить информацию о гранулах из светорассеяния.
Мы показали что разница в экспериментально измеряемых сигналах нейтрофилов и эозинофилов [264] можно объяснить исключительно разным размером гранул, что согласуется с предыдущим феноменологическим описанием этого явления. Более того вычисленная DSS численно согласуется с экспериментальными результатами, хотя сравнение затрудняется неопределённостью в mg. В завершение в качестве примера других характеристик рассеяния мы привели и обсудили зависимость эффективности экстинкции и параметра асимметрии от f и dg. Эти зависимости также можно использовать при решении обратной задачи.
184