Digital algorithms polarization-holographic 3D layered mapping of microscopic images of polymere films in polygraphic production

Scientific work presents systematized data of original experi-mental research of diagnostic efficiency of multiparametric(using polarizing mathematical fourth order — Stokes vector)layer-by-layer three-dimensional laser Stokes-polarimetriccoordinate digital mapping of a series of microscopic polariza-tion-filtered images of coordinate distributions of random va-lues of parameters of azimuth (the plane angle of oscillation of the laser electric intensity vector) and ellipticity (eccen-tricity of the laser coherent electric intensity vector trajec-tory) of a set of optically anisotropic diffuse samples, in which multiple interaction of laser radiation and op-tical inhomogeneities takes place.В роботі представлено систематизовані дані оригінальних експериментальних досліджень діагностичної ефективності багатопараметричного (з використанням поляризаційногоматематичного четвертого порядку — вектора Стокса) по-шарового тривимірного лазерного стоксово-поляриме-тричного цифрового відображення серії мікроскопічних зображень із поляризаційним фільтром, координатни хрозподілів випадкових значень параметрів азимута(плоского кута коливань вектору електричної напруженості лазера) та еліптичності (ексцентриситету траєкторії когерентного вектору електричної напруженості лазера) набору оптично анізотропних дифузних зразків, в яких множинна взаємодія, має місце лазерне випромінювання та оптичні неоднорідності

Поляризаційно-інтерференційне картографування мереж в полікристалічних дифузних біологічних тканинах

Актуальність. Розроблення нових технік комплексної поляриметричної 3D діагностики полікристалічних мереж біологічних тканин – актуальна задача біомедичної оптики. Таку можливість може забезпечити поєднання традиційних методів Мюллер-матричного та голографічного картографування фазово-неоднорідних шарів. Даний підхід відкриває перспективи дослідження розподілів лінійного та циркулярного двопроменезаломлення і дихроїзму полікристалічних мереж і структур в об’ємі біологічного шару. Така інформація є базисною у визначенні нових (у порівняні з традиційними даними Мюллер-матричної поляриметрії) критеріїв диференціальної діагностики різноманітних патологічних станів біологічних тканин органів людини. Мета роботи. Метою роботи є розробка та експериментальна апробація комплексу методів стокс-поляриметрії та інтерферометрії з використанням алгоритмів цифрової голографічної реконструкції амплітудно-фазової структури об’єктних полів для одержання взаємозв’язків між 3D розподілами мап деполяризації та особливостями полікристалічної структури гістологічних зрізів біологічних тканин різної морфологічної будови та фізіологічного стану. Матеріали і методи. В основу методу 3D Мюллер-матричного картографування покладено використання опорної хвилі лазерного випромінювання, яка в схемі оптичного інтерферометра накладається на поляризаційно-неоднорідне зображення біологічного шару. Результати. В процесі порівняльного аналізу мап деполяризації біологічних тканин з різною за геометричними масштабами морфологічною будовою ми виявили різну швидкість наростання ступеня деполяризації. Висновки. Запропоновано та обґрунтовано метод Мюллер-матричного картографування мап деполяризації деполяризуючих шарів біологічних тканин різної морфологічної будови і фізіологічного стану. Визначено залежності величини статистичних моментів 1-го – 4-го порядків, які характеризують пошарові розподіли значень ступеня деполяризації різних типів біологічних тканин. Проведено дослідження можливостей диференціації доброякісних (аденома) і злоякісних (карцинома) змін гістологічних зрізів біопсії тканини простати

Computer algorithms for detecting polarization maps for polymer homogeneity control in printing industry

This work is aimed at generalizing the methods of laser pola-rimetry in the case of partially depolarizing optically anisotropicmethyl acrylate layers. A method of differential Mueller-matrixmapping is proposed and substantiated for reproducing the dis-tributions of the parameters of linear and circular birefringenceand dichroism of partially depolarizing methyl acrylate layers.У статті в стислій та систематичній формі представлено новірезультати традиційних методів лазерної поляризаційноїінтроспекції для дослідження полікристалічної архітектонікифазово-неоднорідних полімерних шарів, які, крім лінійногота кругового подвійного променезаломлення, також маютьоптично анізотропне поглинання

Методи і засоби азимутально-інваріантної мюллер-матричної поляриметрії оптично-анізотропних біологічних шарів

Актуальність. Серед багаточисельних методів поляриметричного дослідження структури біологічних тканин особливе місце займає Мюллер-матрична поляриметрія (ММП). Даний метод дає виключно повну інформацію про поляризаційні прояви оптичних властивостей полікристалічної структури біологічних тканин різноманітних органів людини. Новим кроком у розвитку даної методики стало координатне картографування розподілів величини матричних елементів – Мюллер-матричних зображень (ММЗ). Проте, практичне застосування Мюллер-матричного методу у рутинній лабораторній практиці обмежено. Величина 12 із 16 елементів матриці Мюллера є залежною від повороту зразку відносно напряму опромінення. Тому актуальним є подальший розвиток та узагальнення методик ММП з використанням координатних розподілів набору Мюллер-матричних інваріантів (ММІ) – азимутально незалежних елементів матриці Мюллера, їхніх комбінацій, матричних векторів та кутів між ними. Мета роботи. Робота спрямована на теоретичне обґрунтування та експериментальну розробку метода азимутально-інваріантної поляриметрії частково-деполяризуючих оптично-анізотропних біологічних шарів на основі координатного Мюллер-матричного картографування гістологічних зрізів для диференціальної діагностики змін оптичної анізотропії, які пов’язані з виникненням патологічних станів. Результати. Запропоновано та обґрунтовано метод азимутально-інваріантного Мюллер-матричного картографування на прикладі оптично анізотропних зразків гістологічних зрізів міокарда. Одержано розподіли величини азимутально-інваріантного матричного елементу, суперпозиції матричних елементів та величини матричного вектору. Висновки. Визначено залежності величин статистичних моментів 1-го – 4-го порядків, які характеризують розподіли величин Мюллер-матричних інваріантів (ММІ) гістологічних зрізів міокарда. Проведено з позицій доказової медицини дослідження можливостей диференціації причини настання смерті внаслідок ішемічної хвороби серця (ІХС) та гострої коронарної недостатності (ГКН)

Biomedical applications of Jones-matrix tomography to polycrystalline films of biological fluids

Algorithms for reconstruction of linear and circular birefringence-dichroism of optically thin anisotropic biological layers are presented. The technique of Jones-matrix tomography of polycrystalline films of biological fluids of various human organs has been developed and experimentally tested. The coordinate distributions of phase and amplitude anisotropy of bile films and synovial fluid taken from the knee joint are determined and statistically analyzed. Criteria (statistical moments of 3rd and 4th orders) of differential diagnostics of early stages of cholelithiasis and septic arthritis of the knee joint with excellent balanced accuracy were determined. Data on the diagnostic efficiency of the Jones-matrix tomography method for polycrystalline plasma (liver disease), urine (albuminuria) and cytological smears (cervical cancer) are presented

Differential Mueller matrix imaging of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues

Since recently, a number of innovative polarization-based optical imaging modalities have been introduced and extensively used in various biomedical applications, with an ultimate aim to attain the practical tool for the optical biopsy and functional characterization of biological tissues. The techniques utilize polarization properties of light and Mueller matrix mapping of microscopic images of histological sections of biological tissues or polycrystalline films of biological fluids. The main drawback of currently developed laser polarimetry approaches and Mueller matrix mapping techniques is poor reproducibility of experimental data. This is due to azimuthal dependence of polarization and ellipticity values of most matrix elements to sample orientation in respect to incidence light polarization. Current study aims to generalize the methods of laser polarimetry for diagnosis of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues. A method of differential Mueller matrix mapping for reconstruction of linear and circular birefringence and dichroism parameter distributions of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structure is introduced and practically implemented. The coordinate distributions of the value of the first-order differential matrix elements of histological sections of brain tissue with spatially structured, optically anisotropic fibrillar network, as well as of parenchymatous tissue of the rectum wall with an “islet” polycrystalline structure are determined. Within the statistical analysis of polarization reproduced distributions of the averaged parameters of phase and amplitude anisotropy, the significant sensitivity of the statistical moments of the third and fourth orders to changes in the polycrystalline structure of partially depolarizing layers of biological tissue is observed. The differentiation of female reproductive sphere connective tissue is realized with excellent accuracy. The differential Mueller matrix mapping method for reconstruction of distributions of linear and circular birefringence and dichroism parameters of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structures is proposed and substantiated. Differential diagnostics of changes in the phase (good balanced accuracy) and amplitude (excellent balanced accuracy) of the anisotropy of the partially depolarizing layers of the vagina wall tissue with prolapse of the genitals is realized. The maximum diagnostic efficiency of the first-order differential matrix method was demonstrated in comparison with the traditional methods of polarization and Mueller matrix mapping of histological sections of light-scattering biological tissues

Differential Mueller matrix imaging of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues

Since recently, a number of innovative polarization-based optical imaging modalities have been introduced and extensively used in various biomedical applications, with an ultimate aim to attain the practical tool for the optical biopsy and functional characterization of biological tissues. The techniques utilize polarization properties of light and Mueller matrix mapping of microscopic imagesof histological sectionsof biological tissues or polycrystalline films ofbiologicalfluids. The main drawback of currently developed laser polarimetry approaches and Mueller matrix mapping techniques is poor reproducibility of experi-mental data. This is due to azimuthal dependence of polarization and ellipticity values of most matrix elements to sample orientation in respect to incidence light polarization. Current study aims to generalize the methods of laser polarimetry for diagnosis of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues. A method of differential Mueller matrix mapping for reconstruction of linear and circular birefringence and dichroism parameter distributions of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structure is introduced and practically implemented. The coordinate distributions of the value of the first-order differential matrix elements of histological sections of brain tissue with spatially structured, optically anisotropic fibrillar network, as well as of parenchymatous tissue of the rectum wall with an “islet” polycrystalline structure are determined. Within the statistical analysis of polarization reproduced distributions of the averaged parameters of phase and amplitude anisotropy, the significant sensitivity of the statistical moments of the third and fourth orders to changes in the polycrystalline structure of partially depolarizing layers of biological tissue is observed. The differentiation of female reproductive sphere connective tissue is realized with excellent accuracy. The differential Mueller matrix mapping method for reconstruction of distributions of linear and circular birefringence and dichroism parameters of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structures is proposed and substantiated. Differential diagnostics of changes in the phase (good balanced accuracy) and amplitude (excellent balanced accuracy) of the anisotropy of the partially depolarizing layers of the vagina wall tissue with prolapse of the genital sisrealized. The maximum diagnostic efficiency of the first-order differential matrix method was demonstrated in comparison with the traditional methods of polarization and Mueller matrix mapping of histological sections of light-scattering biological tissues

Anaplastic astrocytoma with piloid features, a novel molecular class of IDH wildtype glioma with recurrent MAPK pathway, CDKN2A/B and ATRX alterations

Tumors with histological features of pilocytic astrocytoma (PA), but with increased mitotic activity and additional high-grade features (particularly microvascular proliferation and palisading necrosis) have often been designated anaplastic pilocytic astrocytomas. The status of these tumors as a separate entity has not yet been conclusively demonstrated and molecular features have only been partially characterized. We performed DNA methylation profiling of 102 histologically defined anaplastic pilocytic astrocytomas. T-distributed stochastic neighbor-embedding (t-SNE) and hierarchical clustering analysis of these 102 cases against 158 reference cases from 12 glioma reference classes revealed that a subset of 83 of these tumors share a common DNA methylation profile that is distinct from the reference classes. These 83 tumors were thus denominated DNA methylation class anaplastic astrocytoma with piloid features (MC AAP). The 19 remaining tumors were distributed amongst the reference classes, with additional testing confirming the molecular diagnosis in most cases. Median age of patients with MC AAP was 41.5 years. The most frequent localization was the posterior fossa (74%). Deletions of CDKN2A/B (66/83, 80%), MAPK pathway gene alterations (49/65, 75%, most frequently affecting NF1, followed by BRAF and FGFR1) and mutations of ATRX or loss of ATRX expression (33/74, 45%) were the most common molecular alterations. All tumors were IDH1/2 wildtype. The MGMT promoter was methylated in 38/83 tumors (45%). Outcome analysis confirmed an unfavorable clinical course in comparison to PA, but better than IDH wildtype glioblastoma. In conclusion, we show that a subset of histologically defined anaplastic pilocytic astrocytomas forms a separate DNA methylation cluster, harbors recurrent alterations in MAPK pathway genes in combination with alterations of CDKN2A/B and ATRX, affects patients who are on average older than those diagnosed with PA and has an intermediate clinical outcome

DNA methylation-based classification of central nervous system tumours.

Accurate pathological diagnosis is crucial for optimal management of patients with cancer. For the approximately 100 known tumour types of the central nervous system, standardization of the diagnostic process has been shown to be particularly challenging-with substantial inter-observer variability in the histopathological diagnosis of many tumour types. Here we present a comprehensive approach for the DNA methylation-based classification of central nervous system tumours across all entities and age groups, and demonstrate its application in a routine diagnostic setting. We show that the availability of this method may have a substantial impact on diagnostic precision compared to standard methods, resulting in a change of diagnosis in up to 12% of prospective cases. For broader accessibility, we have designed a free online classifier tool, the use of which does not require any additional onsite data processing. Our results provide a blueprint for the generation of machine-learning-based tumour classifiers across other cancer entities, with the potential to fundamentally transform tumour pathology

ІНВАГІНАЦІЙНІ ТОВСТОКИШКОВІ АНАСТОМОЗИ

The purpose of work is to present the own method of invagination of transverso-sigmoanastomosis in colon cancer. To review foreign literature concerning the use of these types of operations for the last 5 years.Material and methods. The types of anastomoses following the left-side gemicolonectomy have been analyzed at the Chernivtsi Clinical Oncology Center for the last 5 years (from January 1, 2012 to December 31, 2017). The articles and abstracts in English-language foreign journals for the last 5 years concerning the invagination of large intestinal anastomoses, by keywords, have been analyzed.Results. The original method of invagination transversosigmoanastomosis  end-to-side at tumors of the left side of the  colon has been described. The technique of operation Stump of the sigmoid intestine is closed by the blanket uninterrupted suture and is invaginated by purse-string suture.         Uninterrupted seromuscular suture between the transverse colon and sigmoid one is placed 5-6 mm below the closed stump of the sigmoid intestine. 2 mm below this suture the wall of the sigmoid intestine is dissected in transversal direction and transverse colon stump is invaginated into sigmoid intestine lumen. Then the walls of two guts are united again by uninterrupted suture. Anterior and posterior layers of interrupted seromuscular sutures are placed. In general 5-6 mm of the seromuscular coats of both organs are captures into uninterrupted and interrupted sutures. Оperations were performed in 9 patients. Operations are technically simple, complications were not observed.Conclusion. The transversosigmoanastomosis of invagination is modeled from end to side according to the technique developed by us - a safe and simple surgical intervention. Anastomosis is applied below the stump of the sigmoid colon in the zones of guaranteed blood supply.Цель работы - представить собственную методику инвагинацийного трансверзо-сигмоанастомоза при раке толстой кишки. Проанализировать зарубежную литературу по использованию таких типов операций за последние 5 лет.Материал и методы. Проанализированы типы анастомозов после левосторонней гемиколонэктомия в Черновицком клиническом онкологическом диспансере за последние 5 лет (с 1 января 2012 по 31 декабря 2017 года). Проанализированы статьи и тезисы в англоязычных зарубежных журналах за последние 5 лет, касающиеся инвагинацийних толсто кишечных анастомозов, по ключевым словам.Результаты. Описан оригинальный способ инвагинационного трансверзосигмоанастомоза конец в бок при опухолях левой половины толстой кишки. Методика операции Культя сигмовидной кишки закрывается обвивным непрерывным швом, который погружается кисетным швом. На 5-6 см ниже закрытой культи сигмовидной кишки накладывается непрерывный серозномышечный шов между поперечноободочной кишкой и сигмовидной кишкой. На 2 мм ниже этого шва  рассекается в поперечном направлении стенка сигмовидной кишки и в просвет сигмовиднй кишки погружается культя поперечноободочной кишки. Далее спереди стенки обеих кишок снова соединяются непрерывным швомНакладываются передний и задний ряд узловых серозномышечных швов. В общем в непрерывные и узловые швы захватывают по 5-6 мм серозномышечных оболочек обеих органов.За последние 5 лет в Черновицком онкодиспансере трансерзосигмоанастомозы выполнены у 19 больных, из них у 9 за оригинальной инвагинационной методикой конец в бок. Операции технически простые, осложнений не наблюдалось.Вывод. Трансверзосигмоанастомоз инвагинацийний по образцу конец в сторону по разработанной нами методике - безопасное и простое оперативное вмешательство. Анастомоз накладывается ниже культи сигмовидной кишки в зонах гарантированного кровоснабжения.Мета роботи - представити власну методику інвагінаційного трансверзо-сигмоанастомозу при раку товстої кишки. Проаналізувати зарубіжну літературу щодо використання цих типів операцій за останні 5 років.Матеріал та методи. Проаналізовані типи анастомозів після лівосторонньої геміколонектомії в Чернівецькому клінічному онкологічному диспансері за останні 5 років (з 1 січня 2012 по 31 грудня 2017 року). Проаналізовані статті і тези в англомовних зарубіжних журналах за останні 5 років, що стосуються інвагінаційних товсто кишкових анастомозів,  за ключовими словами.Результати. Описаний оригінальний спосіб інвагінаційного трансверзо-сигмоанастомозу кінець у бік при пухлинах лівої половини товстої кишки. Методика інвагінаційного анастомозу, яка застосовується в нашій клініці, полягає в наступному: куксу сигмовидної кишки закриваємо обвивним безперервним швом,  який занурюємо в кисетний шов на 5-6 см. нижче закритої кукси, накладаємо безперервний серозном'язовий шов між поперечноободовою кишкою і сигмовидною кишкою. На 2 мм нижче цього шва розсікаємо  в поперечному напрямі стінку сигмовидної кишки і в просвіт сигмовидної кишки занурюємо куксу поперечноободової кишки. Далі спереду стінки обох кишок знову з'єднуємо безперервним швом. Накладаємо передній і задній ряди вузлових серозном'язових швів. Схема нашої операції представлена на малюнках 1-2. Загалом у безперервні і вузлові шви захоплюємо по 5-6 мм серозном'язових оболонок обох органів.За останні 5 років у першому хірургічному відділенні ЧОКОД трансверзосигмоанастомози виконані у 19 хворих,  з них у 9 за оригінальною інвагінаційною  методикою. Операції технічно прості, ускладнень не спостерігали.Висновок. Трансверзосигмоанастомоз інвагінаційний за зразком кінець у бік за розробленою нами методикою – безпечне і просте оперативне втручання. Анастомоз накладається нижче кукси сигмовидної кишки в зонах гарантованого кровопостачання.