Наведено основні типи лазерів, що використовуються у біології та медицині та можуть застосовуватися для виявлення, ідентифікації, дослідження будови біологічних об'єктів, а також для вивчення природи процесів, що відбуваються в них. Проаналізовано основні принципи взаємодії лазерного випромінювання з біотканинами. Висвітлено новітні розробки лазерних систем для застосування в біомедичній практиці. Викладено медико-технічні вимоги до медичних лазерних систем.

Изложены физические основы поляризационной микроскопии, описаны типы и формы поляризации, исследованы явления преломления, поглощения, рассеяния, дисперсии света. Рассмотрены законы взаимодействия поляризованного света с биологическим кристаллическим веществом, а также математические методы его описания (в частности, с помощью сферы Пуанкаре) и матричные расчеты Мюллера и Джонса. Определена физическая сущность явления двойного лучепреломления, даны методы его экспериментального получения и раскрыты возможности применения в области биологии и медицины. Раскрыта роль поляризационной микроскопии в исследовании биологических субмикроскопических структур, а также онко- и нейроморфологии. Впервые дано теоретическое обоснование и показано практическое применение явления анизотропии при специальном исследовании нервной ткани. Установлена диагностическая значимость гистофизических поляризационно-оптических эффектов.

Наведено результати використання методу лазерної терапії в гінекологічній практиці. Пояснено ефективність методу у порівнянні з існуючими методами. Представлено основні характеристики методу лазерної терапії в ході лікування хвороб малого тазу.

На основі методів сингулярної оптики та лазерної поляриметрії досліджено взаємозв'язки між комплексом статистичних і фрактальних параметрів для опису оптико-геометричної структури самоподібних оптично-неоднорідних об'єктів: поверхневорозсіювальних шорстких поверхонь та оптично-анізотропних архітектонік біотканин. Виявлено взаємодію між розподілом нулів амплітуди об'єктного поля шорсткої поверхні та структурними особливостями геометрії їх мікрорельєфу. На підставі знайденої закономірності встановлено, що гістограми локальних густин нулів, які оцінюються на різних відстанях від об'єкта, різні для фрактальних і випадкових шорстких поверхонь. Виявлено взаємозв'язок між ієрархічною оптико-геометричною структурою архітектоніки біотканин і двовимірними розподілами станів поляризації їх зображень. Обгрунтовано та експериментально перевірено методи орієнтаційної та фазової селекції поляризаційних карт біотканин, за допомогою яких проведено безконтактну реконструкцію оптико-геометричної будови архітектоніки фізіологічно нормальних і патологічно змінених біотканин. Показано, що процеси формоутворення самоподібних елементів їх архітектоніки зумовлюють асиметрію та флуктуації відносних значень і збільшення напівширини автокореляційних функцій орієнтаційних томограм. Встановлено однозначний взаємозв'язок між коефіцієнтом асиметрії двовимірних автокореляційних функцій орієнтаційних томограм і патологічними змінами архітектоніки біотканини.

Дисертацію присвячено реалізації оптико-електронних методів і засобів для обробки біомедичних зображень та сигналів. Розроблено основи синтезу базисних квантрон-автоматів із введенням функцій енергетичного нуля у нейроподібних моделях "око-процесорного" типу. Запропоновано процесорний елемент однорідної матричної багатошарової структури, який реалізує модель граничних умов ущільнення та відтворення біомедичної інформації у побудові оптико-електронних процесорів логіко-часового типу. Вперше введено та досліджено поняття "біомедичний таймерний процесор" на операційних екранах (БТПОЕ). В якості базового елементу БТПОЕ запропоновано багатофункціональний нейро-квантрон, як автомат, синтезований з урахуванням додаткової логічної змінної "енергетичного нуля" і на підставі якого реалізовано швидкі алгоритми перетворення (стиснення) та обробки біомедичної інформації з виділенням ознак. Модифіковано алгоритми Q-перетворення при нормалізації розпізнавання біомедичних зображень. Розроблено структуру та алгоритми функціонування біопроцесорного таймера у діагностиці серцево-судинної системи. Запропоновано нові схемотехнічні та конструктивно-технічні рішення реалізації оптико-електронних засобів реєстрації, обробки та відображення біомедичної інформації.

Висвітлено теоретичні та практичні засади тривимірної растрово-електронномікроскопічної стереофрактографії. Запропоновано оригінальні методи стереолого-стереометричних фрактографічних досліджень. Розглянуто методичні аспекти ентропійного аналізу Cr-чавунів як дисипативних систем. Розроблено нетрадиційні в механіці руйнування принципи фрактальності, обгрунтовано ефективні методи фрактальної метрики. Наведено результати експериментально-фрактографічних РЕМ-досліджень зношуваності лопаток дробометальних апаратів, запропоновано альтернативні методи комп'ютерного аналізу тріщиностійкості. Увагу приділено особливостям застосування стереофрактографії в біології та медицині.

Освещены теоретические и практические основы трехмерной растрово-электронномикроскопической стереофрактографии. Предложены оригинальные методы стереолого-стереометрических фрактографических исследований. Рассмотрены методические аспекты энтропийного анализа Cr-чугунов как диссипативних систем. Разработаны нетрадиционные в механике разрушения принципы фрактальности, обоснованы эффективные методы фрактальной метрики. Приведены результаты экспериментально-фрактографических РЭМ-исследований износа дробеметных аппаратов, предложены альтернативные методы компьютерного анализа трещиноустойчивости. Внимание уделено особенностям применения стереофрактографии в биологии и медицине.

Наведено результати досліджень лазерної спектрофотометрії біологічних тканин (БТ) людини в розробці об'єктивних критеріїв визначення настання смерті та утворення гематом. Висвітлено перспективи визначення післясмертних змін БТ та формування гематом у судовій медицині. Описано методи оптичної діагностики біологічних структур, вимірювання оптичних параметрів біологічних тканин. Розкрито морфологічну структуру позаклітинної матриці основних типів тканин людини як сукупності біокристалічних анізотропних фібрил. Розглянуто питання моделювання оптичних властивостей структурованих і паренхіматозних тканин і органів людини. Подано оптичні схеми спектрофотополяриметрії та фазометрії біологічних об'єктів та методики розрахунку параметрів лазерних зображень.

Приведены результаты исследований лазерной спектрофотометрии биологических тканей (БТ) человека в разработке объективных критериев определения наступления смерти и образования гематом. Освещены перспективы определения послесмертных изменений БТ и формирования гематом в судебной медицине. Описаны методы оптической диагностики биологических структур, измерения оптических параметров биологических тканей. Раскрыта морфологическая структура внеклеточной матрицы основных типов тканей человека как совокупности биокристаллических анизотропных фибрил. Рассмотрены вопросы моделирования оптических свойств структурированных и паренхиматозных тканей и органов человека. Представлены оптические схемы спектрофотополяриметрии и фазометрии биологических объектов и методики расчёта параметров лазерных изображений.

Наведено результати комплексного дослідження поляриметричної діагностики біологічних тканин людини із застосуванням статистичного, фрактального, кореляційного та сингулярного підходів, а також методів спектрофотометрії. Увагу приділено комп'ютерному моделюванню автокореляційних функцій двовимірних елементів матриці Джонса біологічних кристалів, поляризаційному картографуванню поверхневої та об'ємної складових біологічних тканин, оптичному моделюванню поляризаційних властивостей сіток оптико-анізотропних кристалів багатошарової тканини. Висвітлено принципи спектрополяриметричної діагностики онкологічних і запальних процесів у біологічних тканинах. Розглянуто проблеми розробки оптичних критерії виявлення захворювань на туберкульоз легень і гострі хірургічні захворювання органів черевної порожнини.

Приведены результаты комплексного исследования поляриметрической диагностики биологических тканей человека с применением статистического, фрактального, корреляционного и сингулярного подходов, а также методов спектрофотометрии. Уделено внимание компьютерному моделированию автокорреляционных функций двумерных элементов матрицы Джонса биологических кристаллов, поляризационному картографированию поверхностной и объемной слагаемых биологических тканей, оптическому моделированию поляризационных свойств сеток оптико-анизотропных кристаллов многослойной ткани. Освещены принципы спектрополяриметрической диагностики онкологических и воспалительных процессов в биологических тканях. Рассмотрены проблемы разработки оптических критериев выявления заболеваний туберколезом легких и острых хирургических заболеваний органов брюшной полости.

Висвітлено фізичні основи біомедичної оптики. Розкрито можливості її застосування у біології та медицині для контролю, ідентифікації, дослідження біологічних об'єктів, а також для вивчення природи фізичних процесів, що відбуваються в них. Розроблено оптоелектронний комплекс для пульсодіагностики.

Наведено результати розробки конкретної математичної моделі, за допомогою якої визначено важливі в спектроскопічному експерименті оптичні коефіцієнти та показники трансформації світла біотканиною.

За допомогою методу флуоресцентної спектроскопії проведено оцінку можливості використання нових гептаметинових ціанінових барвників AK7-5 та AK7-6 для детектування та характеризації одновимірних білкових агрегатів (амілоїдних фібрил), пов'язаних із розвитком численних патологій. Показано, що мономерна та агрегована форми цих барвників можуть зв'язуватись з амілоїдогенним білком лізоцимом, а супутні зміни в електронній структурі Н-агрегатів надають їм здатності флуоресціювати. Зростання гіпсохромної смуги, поряд із незначними змінами мономерного піка, індуковані нативним білком, і протилежні ефекти, викликані фібрилами лізоциму, надають можливість припустити, шо нативний лізоцим має більшу кількість сайтів зв'язування для агрегатів барвника, ніж фібрилярна форма білка, в той час як жолобки фібрил є специфічними сайтами зв'язування для мономерів барвника. Спостережувана спектральна поведінка ціанінів, а саме значні відмінності флуоресцентних відповідей, що викликані мономерною та фібрилярною формами лізоциму, свідчать про можливість застосування цих сполук як флуоресцентні амілоїдні маркери, поряд із класичним маркером Тіофлавіном Т.

Міжмолекулярні нековалентні взаємодії між білковими молекулами призводять до формування широкого спектра надмолекулярних ансамблів, структура яких коливається від невпорядкованих аморфних агрегатів до кристалів із чітко визначеною трансляційною симетрією у трьох напрямках. Одновимірні білкові агрегати (амілоїдні фібрили) є високовпорядкованими напівгнучкими полімерами з унікальними мезоскопічними властивостями, що визначаються як внутрішніми фізико-хімічними характеристиками поліпептидного ланцюга, так і зовнішніми умовами. Обговорено молекулярні механізми утворення амілоїдів, наведено математичний опис існуючих на сьогодні моделей фібрилізації білків. Для амілоїдів, які пов'язані з різноманітними патологіями, розуміння процесу росту фібрил може пролити світло на патогенез та молекулярні механізми амілоїдних захворювань, а також на стратегії попередження амілоїдозу на атомістичному рівні. У контексті нанотехнологій і функціональних матеріалів, розуміння деталей утворення амілоїдів є необхідним для дизайну нових наноматеріалів із перспективними властивостями.

Виконано огляд робіт, які охоплюють застосування методів та ідей метрології спеклів у різноманітних галузях науки та техніки. Зокрема, особливу увагу спрямовано на аналіз застосувань спеклів (біоспеклів) у біології і медицині. Заключну частину огляду присвячено роботам з дослідження динаміки спеклів в об'єктах неорганічної природи. Вказано на загальну перспективність використання спеклів як потужного не руйнуючого оптичного дослідницького методу.

Висвітлено оптичні методи дослідження, що мають практичне застосування в біології, медицині і фармації. Розглянуто оптичні методи, прилади і системи діагностики зору, а також засоби корекції зору. Серед основних завдань вивчення дисципліни є такі: вибирати відповідні фізичні методи дослідження для вирішення конкретних задач фармацевтичного аналізу; користуватися апаратурою для проведення фізичних досліджень лікарських засобів; аналізувати фізичні процеси в організмі, використовуючи фізичні закони і явища. Представлено сучасні методи лазерної діагностики, лазери і лазерні системи. Наведено механізми взаємодії когерентного випромінювання на різних рівнях збудження живих тканин та фактори, що визначають дозоване використання оптичного випромінювання. Зазначено, що оптичні методи дослідження в біомедичній і фармацевтичній практиці займають чільне місце серед сучасних засобів діагностики тому, що широкий загал людей пов’язують термін "оптика" з засобами корекції зору. Проблематику методів діагностики і корекції зору викладено у першій частині навчального посібника. Поряд з традиційними методами оптичної діагностики розглянуто удосконалені системи, що включають застосування новітніх світлодіодних, лазерних джерел світла інфрачервоного діапазону випромінювання, та способи автоматичної реєстрації сигналів, що виключають суб’єктивні фактори. Окреслено оптичні методи діагностики і аналізу, що знаходять своє застосування в біології, медицині і фармації: абсорбційна і рефракційна мікроскопія, спектрофотометричний і флуоресцентний спектральний аналіз, спектрометрія хімічних елементів, методи поляриметрії і рефрактометрії. Визнано, що сучасні прилади і системи діагностики і аналізу включають лазерні джерела оптичного випромінювання. Наведено характеристики когерентного випромінювання, що стали основою для його застосування в сучасних методах систем діагностики. Обговорено особливості взаємодії лазерного випромінювання з живими тканинами та механізми його дії на різних рівнях інтенсивності світлового потоку. Представлено короткий огляд сучасних лазерів, що знаходять своє застосування в біомедичній та фармакологічній практиці.