Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В ходе выполненных в 2016 году исследований на основе полученного участниками проекта опыта по анализу комплексно-значных сканов оптического когерентного томографа (ОКТ) для задач ОКТ-картирования микрокровотока и ОКТ-эластографии основное внимание было уделено развитию методов анализа последовательно получаемых комплексно-значных ОКТ-сканов с целью для картирования динамических лазерно-индуцированных деформаций ткани в ходе неразрушающего (неабляционного) изменения формы хрящей и роговицы глаза с использованием умеренного нагрева излучением ИК лазера. Характерными особенностями таких деформаций является их нестационарность и непериодичность. При этом для эффективности и безопасности процедур лазерной модификации тканей требуется обеспечить мониторинг деформаций с разрешением по времени порядка десятков миллисекунд на интервалах порядка минуты и более, обеспечивая отслеживание как быстрых изменений с характерными деформациями существенно менее процента, так и накопленных деформаций, достигающих десятков процентов. Такие большие деформации совершенно нетипичны для обычно обсуждаемых вариантов ОКТ эластографии. В связи с необычными требованиями к длительности мониторинга, разрешению, динамическому диапазону визуализируемых деформаций и их нестационарным характером прямое перенесение традиционных для ОКТ-эластографии подходов с целью решения задач такого мониторинга оказывается или невозможным, или требует существенных модификаций. В частности, значительное внимание в ходе развития принципов ОКТ-картирования деформаций было уделено осуществлению оценивания деформаций без необходимости первоначального восстановления смещений рассеивателей по полю кадра и их последующего дифференцирования. Исключение этапа восстановления смещений заметно отличает предложенный подход от обычно используемых эластографических алгоритмов. Отмеченная особенность предложенного подхода особенно важна в условиях, когда смещения частиц превышают плюс/минус четверть длины волны (т.е. порядка 1/4мкм) зондирующего излучения ОКТ сканера, вследствие чего возникают неоднозначности наблюдаемых вариаций фазы между сравниваемыми ОКТ сканами. Как подтвердили проведенные эксперименты, такие достаточно большие межкадровые смещения достаточно типичны для термически индуцированных деформаций в хрящах и роговице глаза. Традиционные методы снятия такой неоднозначности основаны на высокоскоростной визуализации, которая за счет высокого временного разрешения гарантирует существенно суб-волновые межкадровые смещения, что позволяет отслеживать скачки фазы на целый период и непрерывно "сшивать" фазовые вариации. Такая процедура является помехо-неустойчивой и, кроме того, необходимость обеспечения достаточно малых межкадровых вариаций фазы приводит к очень большим скоростям потока данных и, соответственно, большим накопленным объемам (десятки Гб для характерных времен порядка десятков секунд, в течение которых необходим мониторинг процессов лазерного изменения формы тканей). Необходимость передачи столь больших потоков данных и выполнение их обработки за практически приемлемое время, требуют использования дорогих специализированных вычислительных средств, что существенно усложняет адаптацию таких технологий для будущих клинических применений. Участниками проекта было показано, что для осуществления требуемого мониторинга с практически приемлемыми параметрами такие большие скорости и объемы не являются необходимыми, и что требуемые локальные деформации могут быть определены даже в условиях неоднозначности межкадровых вариаций фазы. Это достигается выполнением прямой оценки фазовых градиентов в пределах выбранного окна обработки (занимающего малую долю ОКТ кадра), так что возможные неоднозначности полной вариации фазы оказываются некритичными. Основным ограничением при таком подходе оказывается не условие однозначности вариаций фазы по всему кадру и даже не в пределах значительно меньшего окна обработки, а отсутствие скачков фазы на период между соседними пикселями. Последнее ограничение выполняется фактически во всем диапазоне допустимых деформаций, поскольку существенно раньше наступают ограничения за счет других факторов (например, "мигания" спеклов и возникновения сильных декорреляционных шумов из-за относительных смещений суб-разрешаемых рассеивателей). Предложенный подход позволил сформулировать требования к параметрам ОКТ системы и при этом радикально уменьшить часто неоправданно высокие требования к скорости получения сканов при традиционном подходе и, соответственно, снизить на порядок и более необходимые потоки (и общие объемы) ОКТ данных. Такое разрежение данных сильно уменьшает времена, необходимые для передачи/обработки и анализа данных и, хотя на данном этапе проекта еще была использована пост-обработка, открывает возможности для реализации картирования деформаций в реальном времени без необходимости использования очень дорогих специализированных высокоскоростных вычислительных средств. Далее, с точки зрения устойчивости к различным шумам (как декорреляционным, так и аддитивным шумам регистрации ОКТ сигнала) важно отметить предложенный участниками проекта "векторный" алгоритм оценивания градиентов фазы (в котором приращения комплексного сигнала рассматриваются как векторы на комплексной плоскости). Этот метод, как было показано, обладает повышенной устойчивостью к различным шумам, что особенно важно для визуализации нестационарных и непериодических термически-индуцированных деформаций, исключающих возможность традиционного для ОКТ эластографии использования периодического усреднения для повышения уровня сигнал/шум. Кроме того, в отличие от традиционно визуализируемых с использованием фазо-чувствительной ОКТ деформаций, не превышающих доли процента, участниками проекта были продемонстрированы возможности визуализации на несколько порядков более высоких накопленных деформаций (десятки процентов), которые типичны для задач лазерного изменения формы хрящей и роговицы. С использованием созданной участниками проекта ОКТ установки и разработанного метода картирования деформаций были проведены первые эксперименты по мониторингу изменений формы и визуализации динамических и накопленных деформаций в процессе лазерной модификации формы хрящевых пластинчатых образцов, фантомных образцов на основе гидрогелей (имитирующих роговицу глаза с точки зрения геометрии, рассеивающих свойств и характерных величин лазерно-индуцированных деформаций). В этих экспериментах было продемонстрировано, что разработанный ОКТ подход позволяет обеспечить адекватный задачам проекта масштаб области визуализации (порядка нескольких мм в латеральном направлении и порядка 1мм в глубину), и параллельно с получением структурных изображений иметь возможность картировать как динамические (межкадровые) деформации с характерным уровнем ~10^(-4)-10^(2)), так и накопленные за время воздействия деформации, достигающие десятков процентов за времена порядка десятков секунд. Насколько нам известно, мониторинг столь больших деформаций методами ОКТ был выполнен впервые. Впервые на основе выполненного картирования был визуализирован эффект заглубления максимума деформаций (и, соответственно, температур) при лазерном нагреве образца через прозрачный контактор. Была подтверждена адекватность разработанного ОКТ подхода ожидаемым в задачах лазерного изменения формы хрящевых образцов и роговицы характерным величинам смещений (порядка десятков мкм) и сопутствующих деформаций. Кроме того, в соответствии с планами проекта, помимо использования ОКТ, были проведены исследования с применением иных методов (гистохимических, АСМ, калориметрии), проясняющие характер лазерно-индуцированных структурных изменений в хрящевых тканях и их влияния на изменения оптических свойств ткани (динамики светорассеяния) с целью установления порогов начала необратимых лазерно-индуцированных структурных изменений в реберном при действии лазера. На кривых прохождения и рассеяния лазерного луча от поверхности хряща выявлены характерные особенности и экстремумы, соответствующие началу структурных изменений . С помощью комплекса отмеченных методов был определен диапазон режимов лазерного воздействия на реберный хрящ (мощность-время), позволяющих эффективно проводить лазерную модификацию структуры хряща без денатурации коллагена. Все поставленные на первый год цели проекта успешно достигнуты, что создает надежную основу для успешного выполнения проекта в целом. Возможность осуществления высокочувствительного и достаточно долговременного мониторинга лазерно-индуцированных деформаций является ключевой особенностью создаваемой контрольной ОКТ системы, которая необходима для обеспечения эффективности и безопасности продвижения в клиническую практику новых технологий нехирургической лазерной модификации формы хрящевых тканей (прежде всего при изготовлении имплантов) и роговицы глаза в задачах коррекции зрения. Полученные в 2016 основные результаты опубликованы в трех журнальных статьях [1-3]. 1. Soshnikova, Y. M., Keselman, M. M., Baum, O. I., Shults, E. V., Obrezkova, M. V., Lunin, V. V., and Sobol, E. N. (2016). “Effect of anisotropy and drying of costal cartilage on its optical transmittance in laser reshaping of implants with 1, 2, and 3 mm in thickness,” Lasers Surg. Med., 48, 887–892. doi:10.1002/lsm.22575 2. Zaitsev, V. Y., Matveyev, A. L., Matveev, L. A., Gelikonov, G. V., Sovetsky, A. A., & Vitkin, A. (2016). Optimized phase gradient measurements and phase-amplitude interplay in optical coherence elastography. Journal of Biomedical Optics, 21(11), 116005. 3. Zaitsev, V. Y., Matveyev, A. L., Matveev, L. A., Gelikonov, G. V, Omelchenko, A. I., Shabanov, D. V, … Sobol, E. N. (2016). Optical coherence tomography for visualizing transient strains and measuring large deformations in laser-induced tissue reshaping. Laser Physics Letters, 13(11), 115603. http://doi.org/10.1088/1612-2011/13/11/115603

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Данный междисциплинарный проект связан с развитием методов и средств оптической когерентной томографии для целей контроля и обеспечения безопасности выполнения процедур модификации структуры и формы коллагеновых биотканей (типа хрящей и роговицы глаза) с использованием кратковременного и умеренного (не выше 50-70С) облучения ткани излучением инфракрасного лазера. При правильно выбранных параметрах такое обучение может быть биологически недеструктивным, приводить к формированию в ткани стабильных микроскопических пор (улучшающих фильтрационные свойства ткани и стимулировать ее репаративную способность) и обеспечивать возможность пластической деформации такой ткани со стабильным сохранением приданной формы. В конечном счете такие процедуры можно будет использовать для коррекции зрения за счет изменения формы роговицы глаза нехирургическим методом, приготовления хрящевых имплантов (например, в отоларингологии - импланты кольцевой формы для операций на гортани могут быть приготовлены из плоской пластины реберного хряща самого пациента), для стимулирования регенерации суставных хрящей, улучшения оттока глазной жидкости через склеру при повышенном внутриглазном давлении, приводящем к глаукоме и других важных биомедицинских применений. Имея в виду эти конечные цели, в ходе выполненных в 2017 году исследований в соответствии с планом работ по проекту проводились комплексные исследования, включающие такие направления как (i) развитие собственно методов оптической когерентной томографии (ОКТ), обеспечивающих визуализацию поля деформаций и формы коллагеновой ткани (хрящей и роговицы глаза) при термо-механической лазерно-индуцированной модификации структуры и формы; (ii) исследование происходящих при этом в ткани микроструктурных изменений с использованием методов высокоразрешающей микроскопии (оптической, в том числе флюоресцентной, атомно-силовой и трансмиссионной электронной) и построение физической модели такого рода процессов в биополимерной матрице, а также (iii) изучение состояния хондроцитов при такой модификации живой ткани и оценки параметров инфракрасного облучения, обеспечивающих минимальные повреждения хондроцитов в коллагеновой матрице. В исследованиях 2017 года в развитие опубликованных в 2016 результатов по ОКТ-визуализации видимых изменений формы и картирования локальных "мгновенных" и накопленных деформаций в объеме фантомных образцов (на основе гидрогеля) и выделенных образцов хрящевой ткани, облучаемых ИК лазером, были выполнены детальные исследования по ОКТ-мониторингу изменения формы и динамике поля деформаций в роговице выделенных глаз кролика при импульсно-периодическом ИК облучении. При этом было продемонстрировано, что развитые оригинальные ОКТ-методы картирования деформаций на основе определения градиентов межкадровых изменений фазы комплексного ОКТ сигнала позволяют визуализировать и количественно оценивать локальные деформации в такой слаборассеивающей среде как роговица. В описываемых экспериментах было решено использовать извлеченные глаза кроликов, у которых толщина роговицы значительно ближе соответствует характерным толщинам роговицы человеческого глаза (если сравнивать с другой часто используемой в исследованиях животной моделью - в несколько раз более толстой роговицей глаза свиньи). Выполненная новая серия экспериментов дала дополнительные подтверждения уже упоминавшемуся в отчете 2016 года важному факту, что при подведении излучения к роговице через линзу-контактор максимум температуры оказывается локализованным не на самой поверхности ткани, а несколько заглублен. Такое температурное распределение при ИК нагреве особенно важно с точки зрения снижения риска повреждения клеток поверхностного эпителия. Ранее этот эффект заглубления был предсказан на основе численных расчетов, а выполненное неинвазивное ОКТ-картирование термически-индуцированных деформаций подтвердило его экспериментально. Специально проведенные калибровочные измерения поверхностной температуры роговицы ИК камерой (Testo-875) показали хорошее количественное согласование с величинами поверхностной температуры, предсказываемой построенной численной моделью нагрева, что дает основания считать и для объема роговицы достаточно надежными предсказываемые распределения температуры, рассчитываемые для каждого эксперимента в соответствии с использованным временным паттерном нагревающих импульсов. На основе таких расчетов было проведено детальное сравнение деформаций, визуализированных разработанным ОКТ методом, с пространственно-временными параметрами температуры. Проведенное сопоставление позволило выявить качественные различия в характере термо-индуцированных деформаций до и после достижения критической температуры, при которой начинают активно идти процессы разрыва межмолекулярных связей. В результате таких процессов первоначальная прямая пропорциональность между приращением температуры и деформацией должна нарушаться, а накопление деформации должно значительно опережать рост температуры. Развитый ОКТ-метод подтвердил, что на зависимости деформации от времени при постоянной интенсивности ИК излучения внутри импульса такой переход наблюдается и выглядит как точка перегиба. Полученные для повторяющихся импульсов такие зависимости подтвердили ожидание, что величина критической температуры в биополимере (в отличие от неорганических кристаллов) не является строго постоянной, а в некоторой степени зависит от предыстории нагрева ткани. При достигнутой для данного состояния ткани критической температуре на протяжении импульса успевает происходить разрушение порции таких связей, для которых вероятности разрыва по закону Аррениуса оказываются близкими к единичной. Оставшиеся неразорванными связи характеризуются более высокими энергетическими барьерами, поэтому следует ожидать, что требуют достижения несколько более высокой температуры для достижения вероятности разрыва близкой к единице. Эксперимент полностью оправдал эти ожидания: от импульса к импульсу точки перегиба на зависимости деформации ткани от времени соответствовали все более высокой температуре. Кроме того, было показано, что в отличие от обычного термического расширения (пропорционального температуре), обсуждаемая деформация, обусловленная разрывами связей, не исчезает после возврата температуры к исходному значению, а накапливается, демонстрируя экспоненциальную зависимость от температуры, с последующей тенденцией к насыщению. Интересно отметить, что выявленная с помощью анализа ОКТ-сигнала экспоненциальная связь между деформацией ткани и температурой (в закритическом режиме) из сравнения их временных зависимостей позволила объяснить и соотношение между пространственными масштабами температурного поля, создаваемого нагревающим пучком, и значительно более локализованного результирующего распределения деформации. Детальное изложение соответствующих результатов представлено в развернутой статье [1] в J.Biophotonics. В части обеспечения инженерно-физических основ развиваемых ОКТ технологий удалось на два порядка ускорить процедуры сравнения ОКТ-сканов для построения поля деформаций (доведя время обработки пары кадров до величины межкадрового интервала), значительно увеличить робастность обработки в условиях существенной негоризонтальности изолиний межкадровых вариаций фазы (что типично для термически-индуцированных деформаций). Соответствующие оптимизированные программно-аппаратные решения в 2017 г. были реализованы в разрабатываемом для целей проекта прототипе ОКТ-сканера. Выявленные с помощью развитых методов анализа ОКТ-сигналов особенности накопления деформации коллагеновой ткани в результате ИК облучения хорошо согласуются с проведенными в рамках проекта исследованиями микроструктуры ткани методами высокоразрешающей оптической (в т.ч. флюоресцентной), атомно-силовой и трансмиссионной электронной микроскопии, а также результатами численного исследования предложенной участниками проекта модели термически-индуцированного развития микроскопических пор в биополимерной матрице. Постепенное накопление таких пор в нагреваемой ткани обусловливает накопление обсуждаемой выше деформации. Для объяснения стабильности таких пор было предположено, что по аналогии с пузырьками в воде стабилизирующую роль может играть электростатическое отталкивание локализующихся на поверхности поры катионов калия и натрия. Проведенное с использованием методов флюоресцентной микроскопии исследование, действительно, подтвердило существование таких ионных слоев на поверхности индуцированных пор в коллагеновой ткани. Основные результаты этой серии исследований представлены в статье [2] в J. Biomedical Optics. В описываемых в этой работе исследованиях специальное внимание было также уделено изучению влияния лазерного облучения на состояние хондроцитов и связанные с этим особенности регенеративной способности хрящевой ткани. При этом из результатов эксперимента in vivo (на суставном хряще мини-свиней) следует, что для найденных параметров облучения не происходит деструкции матрикса на уровне его макроорганизации, а наблюдаемые клеточные изменения минимальны. В целом полученные результаты указывают на то, что управляемый процесс образования микропор в хряще выполняет несколько полезных функций: (1) происходит релаксация механических напряжений за счет образования дополнительных поверхностей раздела, что принципиально важно для задач изменения формы коллагеновых тканей; (2) имеет место увеличение проницаемости ткани для более интенсивной циркуляции жидкости и питательных веществ, что создает условия для лучшей репаративной способности облученной лазером хрящевой ткани по сравнению с необлученной; (3) наблюдается стимуляция хондроцитов, чувствительных к изменению механики окружающей среды. Таким образом полученные результаты позволяют сделать хороший прогноз приживаемости хрящевых имплантатов, изготовленных по технологии лазерного изменения формы. При этом в контексте модификации формы сильно-рассеивающей ткани хрящей новым шагом было введение в ткань просветляющих растворе ОН-содержащих органических веществ, применяемых в ОКТ-диагностике для снижения рассеяния кожи и соединительных тканей, а также поглощающих излучение наночастиц. Показано, что глубину прохождения лазерного излучения через хрящ можно существенно увеличить (более 10 раз), при этом необходимо учитывать рост максимальной температуры воздействия на 5-8⁰С, вызванный изменением теплопроводности внутритканевой жидкости. Импрегнация наночастиц, напротив, локализует лазерное воздействие в приповерхностом слое хряща, толщина которого зависит от времени диффузии наночастиц, что важно для совершенствования технологии лазерного изготовления имплантатов заданной формы и толщины для лечения стеноза гортани. Результаты этого исследования опубликованы в статье [3] в J. Biophotonics. В совокупности результаты 2017 года подтвердили, что при правильном выборе параметров воздействия лазерные технологии изменения формы и модификации микроструктуры коллагеновых тканей очень перспективны для нескольких важных областей биомедицинских применений, а развиваемые ОКТ-технологии открывают новые возможности для контроля динамики таких процедур и обеспечения их безопасности на основе извлечения из ОКТ-сигналов информации о достижении температуры, требуемой для обеспечения пластической деформируемости коллагеновой ткани, контролирования релаксации внутренних напряжений и деформаций, связанных с образованием микроскопических пор, появление которых, помимо механического имеет и разносторонние биологические эффекты, в том числе благоприятные для стимуляции активности хондроцитов и регенерации коллагеновой ткани. Результаты по проекту в 2017 году создают надежную основу для дальнейшего успешного продвижения по всем направлениям проводимых мульти-дисциплинарных исследований. Основные публикации 2017 года в ведущих журналах [1] V. Y. Zaitsev, A. L. Matveyev, L. A. Matveev, G. V. Gelikonov, A. I. Omelchenko, O. I. Baum, S. E. Avetisov, A. V. Bolshunov, V. I. Siplivy, D. V. Shabanov, A. Vitkin, E. N. Sobol, Optical coherence elastography for strain dynamics measurements in laser correction of cornea shape. J. Biophotonics 2017, 10, 1450-1463. http://doi.org/10.1002/jbio.201600291 [Impact Factor: 4.328; Q1 по данным http://www.scimagojr.com] [2]. Sobol, E., Baum, O., Shekhter, A., Wachsmann-Hogiu, S., Shnirelman, A., Alexandrovskaya, Y., Sadovskyy, I. Vinokur, V. (2017). Laser-induced micropore formation and modification of cartilage structure in osteoarthritis healing. Journal of Biomedical Optics, 22(9), 091515. http://doi.org/10.1117/1.JBO.22.9.091515. 201600291 [Impact Factor: 2.53; Q1 по http://www.scimagojr.com] [3]. Alexandrovskaya, Y., Sadovnikov, K., Sharov, A., Sherstneva, A., Evtushenko, E., Omelchenko, A., Obrezkova, M., Lunin, V. & Sobol, E. (2017). Controlling the near-infrared transparency of costal cartilage by impregnation with clearing agents and magnetite nanoparticles. Journal of Biophotonics, 10.1002/jbio.201700105 [Impact Factor: 4.328; Q1 по данным http://www.scimagojr.com]

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В течение 2018 года были продолжены междисциплинарные исследования, сочетающие инженерно-физические задачи, вязанные с совершенствованием методов эластографического анализа ОКТ-сигналов, самой конструкции созданной в рамках проекта ОКТ-системы и методов ее использования, а также проведение апробаций развиваемых ОКТ методов для исследования быстрых и медленных деформационных процессов и структурных изменений, происходящих при лазерном воздействии на коллагеновые ткани (роговица глава и хрящи), включая биологические аспекты лазерного воздействия. К последним относились вопросы влияния облучения на потенциальную повреждаемость живых клеток-хондроцитов, возможное изменение их фенотипа и определение параметров и режимов облучения, при которых можно обеспечить неповреждаемость хондроцитов и даже их стимуляцию без изменения фенотипа. Вопросы биологической неповреждаемости тканей при лазерном ИК-облучении (с длиной волны 1.5 мкм в проводившихся работах) представляют особую важность, поскольку развиваемые технологии лазерной модификации формы и структуры нацелены на возможность выполнения именно биологически неповреждающего изменения формы коллагеновых тканей для новых биомедицинских применений (таких как хрящевые ткани при изготовлении имплантов для применений в отоларингологии и роговица глаза для реализации нехирургической коррекции рефракции). Отмеченные применения должны существенно расширить область использования неповреждающих лазерных методов модификации формы и структуры тканей, которые уже стали достаточно широко применяться для коррекции формы хряща носовой перегородки (к настоящему времени уже более 1000 успешных процедур такой лазерной септокорреции на пациентах). По сравнению с септокоррекицей, процедуры изготовления имплантов и особенно коррекции роговицы должны быть существенно более прецизионными. Для реализации такого прецизионного контроля ОКТ-методы представляются очень перспективными и хорошо соответствуют предъявляемым такими применениями требованиям по разрешению (обычно ~5-10мкм) и характерному размеру зон обследования, ~мм в глубину ткани и нескольких мм в латеральном направлении. Создание, совершенствование и апробация новых ОКТ-методов являлось основным содержанием работ по проекту как в 2018 году. Для отмеченных применений ОКТ-технологий, помимо получения обычных структурных ОКТ-изображений, ключевым требованием являются возможность достаточно прецизионного картирования деформаций. При этом для различных приложений требуется отслеживать как относительно быстрые деформации, происходящие на масштабах порядка долей и единиц секунд во время самих процедур лазерной модификации , так и весьма медленных деформаций - на масштабах сотни и тысячи секунд. Такие медленные деформации важно отслеживать, например, для оценки стабильности приданной хрящевому импланту формы во время операции (иначе при неоптимально выбранном режиме облучения и недостаточной релаксации остаточных напряжений имплант может медленно, за десятки минут, изменить форму в недопустимой степени уже после операции имплантирования). В связи с этим еще в процессе изготовления импланта необходимо иметь возможность за короткое время инструментально обнаруживать эти незаметные глазу медленные деформации, вызванные несрелаксированными напряжениями. Указанные различные применения предъявляют и существенно различные требования к ОКТ системе с точки зрения стабильности, абсолютной чувствительности обнаружения деформаций, способности картировать не только пространственно слабо-неоднородные медленные деформации, но и часто сильно-неоднородные лазерно-индуцированные деформации во время самой процедуры изменения формы. В течение 2018 года был выполнен ряд принципиально важных модификаций ранее предложенных процедур эластографического анализа ОКТ сигналов, которые позволили обеспечить достаточно качественное ОКТ-картирование деформационных полей в широких (4-5 порядков) интервалах и временных масштабов, и абсолютных значений деформации. В ходе проведенных исследований был существенно усовершенствован предложенный в начале выполнения проекта "векторный" метод определения градиентов межкадровых вариаций фазы, которые пропорциональны искомым локальным деформациям в среде. Этот метод является очень помехоустойчивым, благодаря ряду особенностей самого его принципа, в котором при нахождении фазового градиента все промежуточные операции выполняются без явного выделения фазы, оперируя полными комплексными ОКТ-сигналами как векторами в комплексной плоскости. Благодаря этому, естественным образом обеспечивается возможность производить эффективное амплитудно-взвешенное усреднение, подавляющее вклады малоамплитудных и потому особенно зашумленных пикселей на ОКТ сканах. Более того, при нахожденнии фазового градиента "автоматически" подавляются самые сильные ошибки (порядка Пи радиан) при нахождении меж-пиксельной разности фаз; отпадает необходимость использования неустойчивых к шумам процедур снятия фазовой неоднозначности, возникающей для смещений рассеивателей, превышающих половину длины волны. В свою очередь возможность работы с такими повышенными (по сравнению с традиционно используемыми) смещениями и деформациями позволяет при неизменном уровне измерительных шумов значительно повысить эффективное отношение сигнал/шум. С точки зрения практического использования очень важно, что разработанный усовершенствованный и оптимизированный метод оказался достаточно эффективным и с точки зрения вычислительных требований. Это позволило не просто обеспечить выполнение эластографической пост-обработки со скоростью близкой к режиму реального времени, как изначально ожидалось, но и непосредственно обеспечить на базе созданнной ОКТ-системы выполнение эластографической визуализации межкадровых деформаций в реальном времени с обработкой "на лету" даже без многопотокового распараллеливания на графических картах. Кроме того, помимо решения поставленной в проекте изначально задачи картирования собственно деформаций ткани во время и после процедур лазерной модификации, в течение третьего года выполнения удалось достаточно эффективно реализовать и оригинальный вариант количественной "компрессионной ОКТ-эластографии". В этом методе визуализация механически производимой деформации ткани используется для картирования распределения модуля Юнга в исследуемой области. Хотя идея такого метода по аналогии с медицинским ультразвуком была предложена в ОКТ два десятилетия назад, его первые достаточно успешные реализации были продемонстрированы лишь с последние годы, в том числе усилиями участников данного проекта. Разработанный метод, таким образом, позволил количественно визуализировать не только деформации, производимые лазерным облучением ткани, но и картировать вызываемые этим облучением изменения модуля Юнга. Выполнение с использованием разработанных методов сначала картирования вызванных лазерным облучением остаточных деформаций, т.е. изменений объема коллагеновых образцов (роговицы и хрящей), а затем и вариаций модуля Юнга в окрестности зоны облучения позволило получить новую, недоступную другим методам информацию про усредненные характеристики индуцированных облучением микроскопических пор. Хотя на ОКТ изображениях отдельные поры еще не разрешаются и не визуализируются, их возникновение в зоне облучения непосредственно подтверждено выполненными исследованиями с использованием оптической, электронной и атомно-силовой микроскопии. Эти исследования показали, что размеры и геометрические характеристики пор существенно различаются - от сфероидальных субмикронных на периферии зоны облучения до узких трещино-подобных пор с длиной от единиц до десятков микрон в центре зоны облучения. Выполненный (с привлечением используемых в геофизике и материаловедении моделей влияния трещино-подобных дефектов на упругие свойства среды) анализ полученных с помощью ОКТ распределений увеличения объема ткани, вызванного появлением пор, и сопутствующего снижения модуля Юнга, обусловленного их повышенной сжимаемостью, продемонстрировал хорошее согласие полученных выводов с результатами микроскопических исследований. При этом важно подчеркнуть, что полученные с помощью развитых ОКТ-методов результаты не требовали выполнения обычных для микроскопических/гистологических исследований вспомогательных процедур обезвоживания, окрашивания, приготовления срезов и т.п. В целом все поставленные научные задачи на 2018 год были успешно решены. Основные полученные результаты были представлены на семи международных научных конференциях и опубликованы в четырех журнальных статьях в изданиях Q1.