Deep Reinforcement Learning Based System for Intraoperative Hyperspectral Video Autofocusing

Hyperspectral imaging (HSI) captures a greater level of spectral detail than traditional optical imaging, making it a potentially valuable intraoperative tool when precise tissue differentiation is essential. Hardware limitations of current optical systems used for handheld real-time video HSI result in a limited focal depth, thereby posing usability issues for integration of the technology into the operating room. This work integrates a focus-tunable liquid lens into a video HSI exoscope, and proposes novel video autofocusing methods based on deep reinforcement learning. A first-of-its-kind robotic focal-time scan was performed to create a realistic and reproducible testing dataset. We benchmarked our proposed autofocus algorithm against traditional policies, and found our novel approach to perform significantly ($p<0.05$) better than traditional techniques ($0.070\pm.098$ mean absolute focal error compared to $0.146\pm.148$). In addition, we performed a blinded usability trial by having two neurosurgeons compare the system with different autofocus policies, and found our novel approach to be the most favourable, making our system a desirable addition for intraoperative HSI.Comment: To be presented at MICCAI 202

Synthetic white balancing for intra-operative hyperspectral imaging

Hyperspectral imaging shows promise for surgical applications to non-invasively provide spatially-resolved, spectral information. For calibration purposes, a white reference image of a highly-reflective Lambertian surface should be obtained under the same imaging conditions. Standard white references are not sterilizable, and so are unsuitable for surgical environments. We demonstrate the necessity for in situ white references and address this by proposing a novel, sterile, synthetic reference construction algorithm. The use of references obtained at different distances and lighting conditions to the subject were examined. Spectral and color reconstructions were compared with standard measurements qualitatively and quantitatively, using $\Delta E$ and normalised RMSE respectively. The algorithm forms a composite image from a video of a standard sterile ruler, whose imperfect reflectivity is compensated for. The reference is modelled as the product of independent spatial and spectral components, and a scalar factor accounting for gain, exposure, and light intensity. Evaluation of synthetic references against ideal but non-sterile references is performed using the same metrics alongside pixel-by-pixel errors. Finally, intraoperative integration is assessed though cadaveric experiments. Improper white balancing leads to increases in all quantitative and qualitative errors. Synthetic references achieve median pixel-by-pixel errors lower than 6.5% and produce similar reconstructions and errors to an ideal reference. The algorithm integrated well into surgical workflow, achieving median pixel-by-pixel errors of 4.77%, while maintaining good spectral and color reconstruction.Comment: 22 pages, 10 figure

Prime Focus Spectrograph (PFS) for the Subaru Telescope: Overview, recent progress, and future perspectives

PFS (Prime Focus Spectrograph), a next generation facility instrument on the 8.2-meter Subaru Telescope, is a very wide-field, massively multiplexed, optical and near-infrared spectrograph. Exploiting the Subaru prime focus, 2394 reconfigurable fibers will be distributed over the 1.3 deg field of view. The spectrograph has been designed with 3 arms of blue, red, and near-infrared cameras to simultaneously observe spectra from 380nm to 1260nm in one exposure at a resolution of ~1.6-2.7A. An international collaboration is developing this instrument under the initiative of Kavli IPMU. The project is now going into the construction phase aiming at undertaking system integration in 2017-2018 and subsequently carrying out engineering operations in 2018-2019. This article gives an overview of the instrument, current project status and future paths forward.Comment: 17 pages, 10 figures. Proceeding of SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 201

Ambulatory function in spinal muscular atrophy: Age-related patterns of progression

Individuals with spinal muscular atrophy (SMA) type 3 are able to walk but they have weakness, gait impairments and fatigue. Our primary study objective was to examine longitudinal changes in the six-minute walk test (6MWT) and to evaluate whether age and SMA type 3 subtype are associated with decline in ambulatory function. Data from three prospective natural history studies were used. Seventy-three participants who performed the 6MWT more than once, at least 6 months apart, were included; follow-up ranged from 0.5–9 years. Only data from patients who completed the 6MWT were included. The mean age of the participants was 13.5 years (range 2.6–49.1), with 52 having disease onset before age 3 years (type 3A). At baseline, type 3A participants walked a shorter distance on average (257.1 m) than type 3B participants (390.2 m) (difference = 133.1 m, 95% confidence interval [CI] 71.8–194.3, p < 0.001). Distance walked was weakly associated with age (r = 0.25, p = 0.04). Linear mixed effects models were used to estimate the mean annual rate of change. The overall mean rate of change was -7.8 m/year (95% CI -13.6 –-2.0, p = 0.009) and this did not differ by subtype (type 3A: -8.5 m/year, type 3B: -6.6 m/year, p = 0.78), but it did differ by age group (< 6: 9.8 m/year; 6–10: -7.9 m/year; 11–19: -20.8 m/year; ≥ 20: -9.7 m/year; p = 0.005). Our results showed an overall decline on the 6MWT over time, but different trajectories were observed depending on age. Young ambulant SMA patients gain function but in adolescence, patients lose function. Future clinical trials in ambulant SMA patients should consider in their design the different trajectories of ambulatory function over time, based on age

Wtórna prewencja choroby niedokrwiennej serca u kobiet. Krakowski Program Wtórnej Prewencji Choroby Niedokrwiennej Serca

Wstęp: W ostatnich latach ukazało się wiele publikacji, w których wykazano większe ryzyko zgonu kobiet niż u mężczyzn, zarówno w ostrej fazie zawału jak i w okresie pozawałowym. Sugerowano, że większe ryzyko w grupie kobiet może wynikać m.in. z rzadszej kwalifikacji do leczenia rewaskularyzacyjnego, rzadszego stosowania leków przeciwpłytkowych i beta-adrenolitycznych, częstszego występowania oraz mniej agresywnej korekcji czynników ryzyka w grupie kobiet. Cel pracy: Celem Krakowskiego Programu Wtórnej Prewencji Choroby Niedokrwiennej Serca jest ocena i monitorowanie działań podejmowanych w ramach wtórnej prewencji choroby niedokrwiennej serca. Celem niniejszego opracowania jest porównanie częstości stosowania leków przeciwpłytkowych, beta-adrenolitycznych i hipolipemizujących oraz kontrola hipercholesterolemii, nadciśnienia tętniczego, palenia tytoniu, hiperglikemii i otyłości w grupach kobiet i mężczyzn z chorobą niedokrwienną serca. Materiał i metody: Do badania kwalifikowano osoby (ł 70 rż.) hospitalizowane w krakowskich klinikach i oddziałach kardiologicznych z powodu zawału serca, niestabilnej dławicy lub w celu rewaskularyzacji mięśnia sercowego. W 6&#8211;18 miesięcy po wypisie ze szpitala oceniano częstość niekontrolowanych czynników ryzyka oraz częstość stosowania leków w ramach wtórnej prewencji choroby niedokrwiennej serca. Wyniki: Do badania zakwalifikowano 1051 osób (297 kobiet i 754 mężczyzn). W 6&#8211;18 miesięcy po hospitalizacji w grupie kobiet stwierdzono otyłość w prawie 2-krotnie większym odsetku niż w grupie mężczyzn (38,2% vs 21,0%; p < 0,0001). W grupie kobiet częściej stwierdzano podwyższone ciśnienie tętnicze krwi (54,8% vs 45,8%, p < 0,02). Nie obserwowano natomiast istotnych różnic w częstości palenia tytoniu, hiperglikemii i częstości stężenia cholesterolu frakcji LDL ł 3,5 mmol/l (odpowiednio 13,3% vs 17,2%; 12,4% vs 9,6% i 49,9% vs 47,1%). Grupa kobiet charakteryzowała się wyższym skurczowym ciśnieniem tętniczym oraz wyższym wskaźnikiem masy ciała w porównaniu z mężczyznami. Nie stwierdzono istotnych różnidzono istotnych różnic w częstości stosowania leków przeciwpłytkowych, beta-adrenolitycznych oraz hipolipemizujących między grupami mężczyzn i kobiet. Wnioski: Zanotowano częstsze występowanie otyłości oraz podwyższonego ciśnienia tętniczego wśród kobiet w porównaniu z mężczyznami, natomiast częstość palenia tytoniu, występowania podwyższonego stężenia cholesterolu frakcji LDL i glukozy, jak również częstość stosowania leków o udowodnionej skuteczności profilaktycznej w okresie poszpitalnym była podobn

Wtórna prewencja choroby niedokrwiennej serca u kobiet. Krakowski Program Wtórnej Prewencji Choroby Niedokrwiennej Serca

Wstęp: W ostatnich latach ukazało się wiele publikacji, w których wykazano większe ryzyko zgonu kobiet niż u mężczyzn, zarówno w ostrej fazie zawału jak i w okresie pozawałowym. Sugerowano, że większe ryzyko w grupie kobiet może wynikać m.in. z rzadszej kwalifikacji do leczenia rewaskularyzacyjnego, rzadszego stosowania leków przeciwpłytkowych i beta-adrenolitycznych, częstszego występowania oraz mniej agresywnej korekcji czynników ryzyka w grupie kobiet. Cel pracy: Celem Krakowskiego Programu Wtórnej Prewencji Choroby Niedokrwiennej Serca jest ocena i monitorowanie działań podejmowanych w ramach wtórnej prewencji choroby niedokrwiennej serca. Celem niniejszego opracowania jest porównanie częstości stosowania leków przeciwpłytkowych, beta-adrenolitycznych i hipolipemizujących oraz kontrola hipercholesterolemii, nadciśnienia tętniczego, palenia tytoniu, hiperglikemii i otyłości w grupach kobiet i mężczyzn z chorobą niedokrwienną serca. Materiał i metody: Do badania kwalifikowano osoby (ł 70 rż.) hospitalizowane w krakowskich klinikach i oddziałach kardiologicznych z powodu zawału serca, niestabilnej dławicy lub w celu rewaskularyzacji mięśnia sercowego. W 6&#8211;18 miesięcy po wypisie ze szpitala oceniano częstość niekontrolowanych czynników ryzyka oraz częstość stosowania leków w ramach wtórnej prewencji choroby niedokrwiennej serca. Wyniki: Do badania zakwalifikowano 1051 osób (297 kobiet i 754 mężczyzn). W 6&#8211;18 miesięcy po hospitalizacji w grupie kobiet stwierdzono otyłość w prawie 2-krotnie większym odsetku niż w grupie mężczyzn (38,2% vs 21,0%; p < 0,0001). W grupie kobiet częściej stwierdzano podwyższone ciśnienie tętnicze krwi (54,8% vs 45,8%, p < 0,02). Nie obserwowano natomiast istotnych różnic w częstości palenia tytoniu, hiperglikemii i częstości stężenia cholesterolu frakcji LDL ł 3,5 mmol/l (odpowiednio 13,3% vs 17,2%; 12,4% vs 9,6% i 49,9% vs 47,1%). Grupa kobiet charakteryzowała się wyższym skurczowym ciśnieniem tętniczym oraz wyższym wskaźnikiem masy ciała w porównaniu z mężczyznami. Nie stwierdzono istotnych różnidzono istotnych różnic w częstości stosowania leków przeciwpłytkowych, beta-adrenolitycznych oraz hipolipemizujących między grupami mężczyzn i kobiet. Wnioski: Zanotowano częstsze występowanie otyłości oraz podwyższonego ciśnienia tętniczego wśród kobiet w porównaniu z mężczyznami, natomiast częstość palenia tytoniu, występowania podwyższonego stężenia cholesterolu frakcji LDL i glukozy, jak również częstość stosowania leków o udowodnionej skuteczności profilaktycznej w okresie poszpitalnym była podobn

A chemical survey of exoplanets with ARIEL

Thousands of exoplanets have now been discovered with a huge range of masses, sizes and orbits: from rocky Earth-like planets to large gas giants grazing the surface of their host star. However, the essential nature of these exoplanets remains largely mysterious: there is no known, discernible pattern linking the presence, size, or orbital parameters of a planet to the nature of its parent star. We have little idea whether the chemistry of a planet is linked to its formation environment, or whether the type of host star drives the physics and chemistry of the planet’s birth, and evolution. ARIEL was conceived to observe a large number (~1000) of transiting planets for statistical understanding, including gas giants, Neptunes, super-Earths and Earth-size planets around a range of host star types using transit spectroscopy in the 1.25–7.8 μm spectral range and multiple narrow-band photometry in the optical. ARIEL will focus on warm and hot planets to take advantage of their well-mixed atmospheres which should show minimal condensation and sequestration of high-Z materials compared to their colder Solar System siblings. Said warm and hot atmospheres are expected to be more representative of the planetary bulk composition. Observations of these warm/hot exoplanets, and in particular of their elemental composition (especially C, O, N, S, Si), will allow the understanding of the early stages of planetary and atmospheric formation during the nebular phase and the following few million years. ARIEL will thus provide a representative picture of the chemical nature of the exoplanets and relate this directly to the type and chemical environment of the host star. ARIEL is designed as a dedicated survey mission for combined-light spectroscopy, capable of observing a large and well-defined planet sample within its 4-year mission lifetime. Transit, eclipse and phase-curve spectroscopy methods, whereby the signal from the star and planet are differentiated using knowledge of the planetary ephemerides, allow us to measure atmospheric signals from the planet at levels of 10–100 part per million (ppm) relative to the star and, given the bright nature of targets, also allows more sophisticated techniques, such as eclipse mapping, to give a deeper insight into the nature of the atmosphere. These types of observations require a stable payload and satellite platform with broad, instantaneous wavelength coverage to detect many molecular species, probe the thermal structure, identify clouds and monitor the stellar activity. The wavelength range proposed covers all the expected major atmospheric gases from e.g. H2O, CO2, CH4 NH3, HCN, H2S through to the more exotic metallic compounds, such as TiO, VO, and condensed species. Simulations of ARIEL performance in conducting exoplanet surveys have been performed – using conservative estimates of mission performance and a full model of all significant noise sources in the measurement – using a list of potential ARIEL targets that incorporates the latest available exoplanet statistics. The conclusion at the end of the Phase A study, is that ARIEL – in line with the stated mission objectives – will be able to observe about 1000 exoplanets depending on the details of the adopted survey strategy, thus confirming the feasibility of the main science objectives.Peer reviewedFinal Published versio