Метод повышения контраста медицинских видеоизображений с адаптивной глубиной коррекции для систем поддержки врачебных решений

Introduction. When conducting diagnostic examination of patients, various technological means are used to identify pathological conditions timely and accurately. The rapid development of sensors and imaging devices, as well as the advancement of modern diagnostic methods, facilitate the transition from the visual examination of images performed by a medical specialist towards the widespread use of automated diagnostic systems referred to as clinical decision support systems.Aim. To develop a method for enhancing the contrast of endoscopic images taking into account their features with the purpose of increasing the efficiency of medical diagnostic systems.Materials and methods. Contrast enhancement inevitably leads to an increase in the noise level. Despite the large number of different methods for noise reduction, their use at the preliminary stage of correction leads to the loss of small but important details. The development of a method for enhancing the contrast of endoscopic images was based on a nonlinear transformation of the intensity of pixels, taking into account their local neighborhood. Regression analysis was used to obtain a functional dependence between the depth of contrast correction and the degree of detail of the processed pixel neighborhood.Results. The results of experimental evaluation and comparison with conventional methods show that, under a comparable level of contrast enhancement, the proposed method provides a greater value of the structural similarity index towards to the original image (0.71 versus 0.63), with the noise level reduced by 17 %.Conclusion. In comparison with conventional methods, the developed method provides a simultaneous contrast correction of both light and dark image fragments and limits the growth of the noise level (typical of similar methods) by adapting the correction depth to the neighborhood features of the processed image element.Введение. При проведении диагностического осмотра или лечения врачу требуется быстро и точно выявлять и локализовывать аномалии и заболевания, для чего используются, в том числе, и технические средства. Быстрое развитие технологий в области датчиков, устройств визуализации и методов диагностики обеспечивает планомерный переход от анализа изображений врачом к широкому использованию автоматизированных диагностических систем – систем поддержки принятия врачебных решений.Цель работы. Разработка метода повышения контраста эндоскопических изображений с учетом их особенностей с целью увеличения эффективности медицинских диагностических систем.Материалы и методы. Повышение контраста неизбежно приводит к росту уровня шумов. Применение на предварительном этапе коррекции известных методов шумоподавления влечет за собой, как правило, потерю мелких деталей, которые важно сохранить при обработке. Разработан метод повышения контраста эндоскопических изображений, в основе которого лежит нелинейное преобразование яркости пикселов, учитывающее их локальную окрестность. Функциональная зависимость между глубиной коррекции контраста и оценкой детальности окрестности обрабатываемого пиксела получена с помощью регрессионного анализа.Результаты. Результаты экспериментальной оценки и сравнение с аналогом показывают, что при сопоставимом уровне повышения контраста обеспечено большее значение индекса структурного сходства с исходным изображением (0.71 против 0.63 у аналога) при уменьшении роста уровня шумов на 17 %.Заключение. Метод обеспечивает коррекцию контраста одновременно как светлых, так и темных фрагментов изображения и ограничивает при этом рост шумовой составляющей (характерный для методов этого класса) по сравнению со стандартными методами посредством адаптации глубины коррекции к свойствам окрестности обрабатываемого элемента изображения

Thermodynamic basis of intragroup separation of Pr and Nd in the chloride melts employing liquid gallium-tin electrodes

Объектом исследования являются жидкометаллические двухфазные (Ж+ИМС) и гомогенные сплавы празеодима и неодима с эвтектическим расплавом Ga-Sn. Цель работы – определение термодинамических характеристик празеодима и неодима в эвтектических сплавах Ga-Sn в температурном диапазоне 573 1073 К. В отчете проведен анализ литературных данных об активности, коэффициентах активности и растворимости празеодима и неодима, в индивидуальных галлии и олове. Отдельная глава посвящена анализу литературных данных о термодинамических характеристиках празеодима и неодима в сплавах с индием и висмутом, так как в изучаемом температурном интервале эти сплавы могут быть использованы в качестве электродов сравнения.Objects of the study are two-phase and homogeneous liquid alloys of praseodymium and neodymium with Ga-Sn eutectic melt. The purpose of investigation is determination of thermodynamic properties of praseodymium and neodymium in the eutectic Ga-Sn alloys at the temperature range 573 1073 K. The report analyzed the published data on the activity, activity coefficient and solubility of praseodymium and neodymium, in gallium and tin. Separate chapter contains analysis of published data on the thermodynamic characteristics of alloys of praseodymium and neodymium with indium and bismuth because such alloys are suitable as reference electrodes at investigated temperatures.Программа развития УрФУ на 2013 год (п.1.2.2.3

Changes in the agrochemical parameters of sod-podzolic soils under the influence of chromium pollution and recultivation measures

In the conditions of the Udmurt Republic, field experiments (2017-2021) were carried out on the remediation of  agro-podzolic loamy soil (albeluvisoils) with a high level of chromium contamination (application of 500 mg a.i./kg of soil). Both chemical and physicochemical mechanisms have been used to reduce the degree of mobility of this heavy metal in soil. Ameliorants and fertilizers (limestone and phosphate rock, superphosphate, potassium humate, peat, zeolite) in various doses were studied as ameliorative additives. Various doses of ameliorants and fertilizers were studied as ameliorative additives: limestone and phospharite meal, superphosphate, potassium humate, peat and zeolite. As a result of the research, it was found that all ameliorative additives not only caused a sharp decrease in the mobility of chromium by 40-65 %, but also had a positive effect on the agrochemical parameters of the contaminated soil. The nature and parameters of this influence were determined by their chemical composition, the rate of application, and the period that passed after the application. Limestone flour statistically significantly reduced soil acidity in contaminated soil (by 1.21-3.03 pHKCl units) and increased the total of absorbed bases by 1.7-6.5 times. Phospharite meal (by 2.1-9.1 times) and superphosphate (by 13-43 %) increased the mobile phosphorus content in the soil; peat increased the organic matter content (by 0.28-1.47 abs.%); zeolite increased the total exchangeable bases by 1.4-9.8 mmol/100g or by 12-239 %. The positive effect of these ameliorative additives, especially their increased doses, was traced during all five years of observation, what allows them to be recommended as promising ameliorants for restoring the fertility of soddy-podzolic soils contaminated with chromium

Image Processing Algorithm for Virtual Chromoendoscopy (Tone Enhancement) in Clinical Decision Support System

Virtual chromoendoscopy is one of the demanded modern direction for increasing the diagnostic value of medical images. The most famous technics are I-SCAN and FICE, and image-processing algorithms that can leverage the unique characteristics of different spectral response in the endoscopic image are actual and relevant, such as TRI-SCAN. The new method of virtual chromoendoscopy based on digital processing of images obtained in the white light was proposed. The main feature of method is local nonlinear processing each color plane. Proposed method was tested on open database of endoscopic images KVASIR. Experiment shows that method can effectively improve color contrast. Proposed method realizes visual effect corresponding visual effect of images obtaining with modern technologies of virtual chromoendoscopy (I-SCAN and FICE) and give possibility to get visual effect superior than modern method of tone enhancement TRI-SCAN

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ ЭНДОСКОПИЧЕСКИХ (МЕДИЦИНСКИХ) ИЗОБРАЖЕНИЙ

Introduction. The modern technologies of virtual chromoendoscopy provide significant increase of diagnostic value of images considered by a doctor. The analysis of existing technologies shows that the existing solutions have significant disadvantages. Some of them require a complex preliminary calibration of the equipment for operation. Others use global transformations, making impossible consideration of local tissues characteristics and so on. In general, nowadays the technology of virtual chromoendoscopy, which suits the majority of potential users – doctors, does not exists, and, therefore, there it is a field for research.Objective. Development of the method for virtual chromoendoscopy, with regard to disadvantages identified within the frames of carried out analysis of similar methods.Methods and materials. For implementation of the research were used open endoscopic image data-bases, by the instrumentality of which, as a result of modeling and experiment, were evaluated quality characteris-tics of the proposed method.Results. The new method of virtual chromoendoscopy. The main feature of the method is usage of nonlinear local transformation functions in transformation of RGB channels, as well as absence of calibration procedure for obtaining the effect of virtual chromoendoscopy. The proposed method is completely based on the technology of digital image processing and includes image brightness correction, which provides the possibility to obtain the necessary visual information both from very dark and overexposed fragments; image sharpening, contrasting small details and vessels.Conclusion. The expert assessment of the obtained results shows that the visual effect of the proposed method corresponds, or in some cases, exceeds the visual effect of proprietary technologies of virtual endoscopy I-Scan and FICE.Введение. Современные технологии виртуальной хромоэндоскопии призваны существенно повысить диагностическую ценность предъявляемых врачу изображений. Анализ существующих технологий показывает, что имеющиеся решения не лишены значительных недостатков. Одни требуют для работы проведения сложной предварительной аппаратной калибровки, другие используют глобальные преобразования, не позволяющие учесть локальные особенности тканей, и т. д. В целом сейчас не существует технологии виртуальной хромоэндоскопии, устраивающей большинство потенциальных пользователей – врачей, а следовательно, есть поле для исследования.Цель работы. Разработка метода для виртуальной хромоэндоскопии с учетом недостатков, выявленных у аналогов в результате анализа.Методы и материалы. Для проведения исследований были использованы открытые базы данных эндоскопических изображений, с помощью которых в результате моделирования и эксперимента были оценены качественные характеристики предложенного метода.Результаты. Новый метод виртуальной хромоэндоскопии, главная особенность которого – использование нелинейных локальных функций трансформации при преобразовании RGB-каналов, а также отсутствие процедуры калибровки для получения эффекта виртуальной хромоэндоскопии. Предложенный метод полностью основан на технологии цифровой обработки изображений, включает коррекцию яркости изображения, обеспечивающую возможность получения необходимой визуальной информации как из очень темных, так и из переэкспонированных фрагментов; повышение резкости изображения, подчеркивающее мелкие детали и сосуды.Заключение. Экспертная оценка полученных результатов показывает, что визуальный эффект предложенного метода соответствует, а в отдельных случаях и превосходит визуальный эффект проприетарных технологий виртуальной эндоскопии I-Scan и FICE

Mechanisms of interacting <i>Helicobacter pylori</i> with gastric mucosal epithelium. II. A reaction of gastric epithelium on <i>Helicobacter pylori</i> colonization and persistence

Gastric and duodenal recurrent inflammatory diseases have a high prevalence, but the role played by microbes in its development remained unclear. However, the data published in 1983 by Marshall and Warren about isolating Helicobacter pylori from the stomach mucosa of the patient with gastritis and proposing relevant cultivation methods was the turning point in investigating etiology of the upper digestive tract inflammatory disorders. Moreover, it was shown that the majority of H. pylori spp. are found within the gastric lumen upon colonization, whereas around 20% of them are attached to the epithelial cells in the stomach. In addition, effects of interacting H. pylori with gastric epithelium and activation of some defense mechanisms due to bacterial colonization and spreading were analyzed. It was found that along with triggering pro-inflammatory response induced by proteins VacA as well as phosphorylated/unphosphorylated CagA, wherein the latter is able to induce a set of protective reactions H. pylori disrupts intercellular contacts, affects epithelial cell polarity and proliferation, and activates SHP-2 phosphatase resulting in emerging diverse types of cellular responses. The activation mechanisms for the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway were discussed. The ability of H. pylori to regulate apoptosis, particularly via its suppression, by expressing ERK kinase and protein MCL1 facilitating bacterial survival in the gastric mucosa as well as beneficial effects related to bacterial circulation on gastric epithelial cell survival elicited by anti-apoptotic factors were also examined. Of note, persistence of H. pylori are mainly determined by activating transcriptional factors including NF-κB, NFAT, SRF, T-cell lymphoid enhancing factor (TCF/LEF), regulating activity of MCL1 protein, in turn, being one of the main anti-apoptotic factors, as well as induced production of the migration inhibitory factor (MIF). The role of VacA cytotoxin in triggering epithelial cell apoptosis via caspase-mediated pathways was also considered. Infection with H. pylori is accompanied by release of proinflammatory cytokine cocktail detected both in vitro and in vivo. In particular, bacterial urease activating transcriptional factor NF-κB was shown to play a crucial role in inducing cytokine production. Moreover, such signaling pathways may be activated after H. pylori is attached to the cognate receptor in the gastric epithelial surface by interacting with CD74 and MHC class II molecules. Finally, a role for various CD4+ T cell subsets, particularly type 17 T helper cells (Th17) in inducing immune response against H. pylori antigens in gastric mucosa was revealed were also discussed

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ЭНДОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ВРАЧЕБНЫХ РЕШЕНИЙ

The purpose of this research is to create new automatic methods for endoscopic image digital processing, ensuring their high ergonomics and the possibility of effective use in clinical decision support systems. As the result of investigation, the following methods were proposed: the detection and removal of specular highlights; compensation of radial and tangential geometric distortions; the mosaic panorama creation from the input video stream with low level of detail; brightness and contrast enhancement, providing simultaneous successful correction of both dark and bright areas of the image (uneven contrast) without significant underlining of the noise component typical for the existing nonlinear contrasting methods, especially in low-detail image areas; custom color correction based on linear transformation matrix taking into account endoscopic image characteristics and making it possible to customize color palette according to the physician individual preferences. The methods considered were successfully tested on real endoscopic images at the department of innovative medical devices of the Korean Electrotechnological Research Institute. The test results demonstrate their effectiveness and applicability in clinical decision support systems.Эндоскопическое обследование занимает ведущее место в практической медицине. Современным направлением исследований, реализующим повышение эффективности эндоскопического осмотра, является разработка систем поддержки врачебных решений. Это системы нового типа, предполагающие интеграцию результатов автоматического анализа сигналов изображений c результатами, полученными врачом, а также использование информации, имеющейся в базе данных системы. Взаимодействие врача с системой позволяет обеспечить значительное повышение чувствительности и специфичности диагностики. Цель проведенного исследования – создание новых автоматических методов цифровой обработки эндоскопических изображений, обеспечивающих их высокую эргономичность и возможность эффективного использования в системах поддержки врачебных решений. В рамках исследования предложены следующие методы: метод сегментации и удаления зеркальных бликов; метод компенсации радиальных и тангенциальных геометрических искажений, особенно выраженных при использовании широкоугольных объективов в эндоскопических камерах; метод формирования мозаичной панорамы из входного видеопотока в условиях низкой детальности исходных сюжетов; метод адаптивной коррекции яркости и контраста изображений, обеспечивающий одновременную успешную коррекцию как темных, так и светлых областей изображения (неравномерный контраст) без значительного подчеркивания шумовой составляющей, характерного для существующих методов нелинейного контрастирования; процедура цветокоррекции по критерию "комфортное восприятие", основанная на матрице линейных преобразований, учитывающая характеристики эндоскопических изображений и позволяющая настраивать цветовую палитру в соответствии с личными предпочтениями врача. Рассмотренные методы успешно прошли тестирование на реальных эндоскопических изображениях в отделе инновационных медицинских приборов Корейского электротехнологического научно-исследовательского института. Результаты тестирования показывают их эффективность и целесообразность использования в системах поддержки врачебных решений

Experimental comparison of induction and synchronous reluctance electric drive performance

Работа имеет целью экспериментальное сравнение конструктивных и энергетических характеристик современных асинхронных двигателей (АД) отечественного и зарубежного производства (ABB) и разработанного авторами синхронного реактивного двигателя (СРД) в составе частотно-регулируемого электропривода. Рассматриваемый в работе опытный образец двигателя спроектирован на основе статора АД. Результаты работы показывают, что применение СРД позволяет значительно повысить КПД частотно-регулируемого привода. При этом СРД может соответствовать самому высокому классу энергоэффективности IE4. В то же время конструкция двигателя остается простой и дешевой.The work is aimed at experimental comparison of constructive and energy characteristics of modern asynchronous electric motors of Russian and European manufacturers (ABB Ltd.) and the synchronous reluctance motor developed by the authors as a part of variable frequency drive. The prototype motor was designed based on the stator of an induction motor. The issues show that it is possible to significantly improve the efficiency of the variable frequency drive by use of a synchronous reluctance motor. The motor can correspond to the highest energy efficiency class IE4. At the same time the motor design is simple and cheap

Antibiotic Susceptibility Assessment of Helicobacter pylori Isolates by Disk-Diffusion Method

© 2018, Springer Science+Business Media, LLC, part of Springer Nature. Helicobacter pylori (H. pylori) infection is tightly associated with gastrointestinal disorders such as chronic gastritis, peptic ulcer, gastric MALToma, and gastric cancer. Decreased antibiotic susceptibility in H. pylori is a worldwide problem. Our objective was to determine in vitro antimicrobial susceptibility of H. pylori isolates obtained from gastric mucosa biopsies of children with H. pylori-associated gastroduodenal diseases using disk-diffusion method. A total 76 biopsy specimens were studied; antibiotic susceptibility was assessed in case of 30 children in whom H. pylori was revealed by bacteriology. The maximum resistance of H. pylori isolates was revealed to clarithromycin with nine resistant isolates (30.0%). The rate of resistance to metronidazole, amoxicillin, furazolidone, tetracycline, and levofloxacin was 23.3, 33.3, 16.7, 25.0, and 16.7%, respectively. Multidrug resistance was detected in 20.0% of H. pylori strains. The high prevalence of resistance to antibiotics used in eradication therapy is becoming a problem which needs eradication therapy regimen use based on regional H. pylori resistance rates