Machine learning with different digital images classification in laparoscopic surgery

The evaluation of the effectiveness of the automatic computer diagnostic (ACD) systems developed based on two classifiers – HAAR features cascade and AdaBoost for the laparoscopic diagnostics of appendicitis and ovarian cysts in women with chronic pelvic pain is presented. The training of HAAR features cascade, and AdaBoost classifiers were performed with images/ frames, which have been extracted from video gained in laparoscopic diagnostics. Both gamma-corrected RGB and RGB converted into HSV frames were used for training. Descriptors were extracted from images with the method of Local Binary Pattern (LBP), which includes both data on color characteristics («modified color LBP» - MCLBP) and textural characteristics, which have been used later on for AdaBoost classifier training. Classification of test video images revealed that the highest recall for appendicitis diagnostics was achieved after training of AdaBoost with MCLBP descriptors extracted from RGB images – 0.708, and in the case of ovarian cysts diagnostics – for MCLBP gained from RGB images – 0.886. Developed AdaBoost-based ACD system achieved a 73.6% correct classification rate (accuracy) for appendicitis and 85.4% for ovarian cysts. The accuracy of the HAAR features classifier was highest in the case of ovarian cysts identification and achieved 0.653 (RGB) – 0.708 (HSV) values. It was concluded that the HAAR feature-based cascade classifier turned to be less effective when compared with the AdaBoost classifier trained with MCLBP descriptors. Ovarian cysts were better diagnosed when compared with appendicitis with the developed ACD

Порівняльна оцінка якості життя пацієнтів оперованих методом лапароскопічної апендектомії та із застосуванням системи комп’ютерної автоматизованої діагностики та гармонійного скальпеля

The aim of the work: to compare the quality of life of patients undergoing traditional laparoscopic appendectomy and appendectomy with the use of CAD and a harmonic ultrasound scalpel. Materials and Methods. 95 patients after traditional laparoscopic (TL) appendectomy and 73 patients appenectomized in the course of CAD and harmonic scalpel exploration were under observation. QL was investigated using MOS-SF-36 questionnaire in 6 months from the moment of operation. Results and Discussion. The number of good and excellent results in the group of patients with TL was 69.5 % (66 out from 95 patients), while in the group with CAD and harmonic scalpel exploration the analogous index was equal to 89.0 % – 65 out from 73 patients (Р<0.01). It was established that in patients with good result after laparoscopic treatment with CAD and harmonic scalpel the improvement of QL was registered on all scales of MOS-SF-36 questionnaire, while in patients with good results after traditional treatment the improvement determined by physical functioning and psychological health scales was absent. Satisfactory results of treatment after laparoscopic surgery with CAD and harmonic scalpel were characterized by the improvement on five out from eight scales (such scales as personal physical functioning, general and psychological health have been excluded). In patients with satisfactory results after traditional surgery the improvement was noted only on pain and vital activity scales.Цель работы: сравнение  качества жизни (КЖ) больных, которым  выполнено лапароскопическую аппендэктомию по традиционному методу и аппендэктомию  с применением компьютерной лапароскопической диагностики (КАД) и гармонического скальпеля. Материалы и методы. Наблюдение выполнено за 95 пациентами после выполнения традиционной лапароскопической (ТЛ) аппендэктомии и 73 пациентами, которым применяли КАД и гармонический скальпель. Оценку КЖ проводили с помощью опросника MOS-SF-36 в срок месяц с момента аппендэктомии. Результаты исследований и их обсуждение. Общее число отличных и хороших результатов в группе с ТЛ составило 69,5 % (66 из 95 пациентов), в тоже время аналогичный показатель в группе пациентов, которым применяли КАД и УЗ-скальпель, составил 89,0 % – 65 из 73 пациентов (Р <0,01). У пациентов с хорошим результатом лечения, которым применяли КАД и гармоническийй скальпель, наблюдался рост исследуемых показателей КЖ по всем шкалам опросника MOS-SF-36, тогда как у пациентов с хорошим результатом после ТЛ по шкалам физического и психологического функционирования улучшения не наблюдали. У пациентов с удовлетворительным результатом лечения, которым применяли КАД и гармонический скальпель, улучшение наблюдалось по пяти из восьми шкал (за исключением ролевого физического функционирования, общего и психологического здоровья), а при ТЛ – только по шкалам боли и жизнедеятельности.Мета роботи: порівняння якості життя (ЯЖ) пацієнтів, яким було виконано лапароскопічну апендектомію за традиційним методом та апендектомію із застосуванням комп’ютерної автоматизованої діагностики (КАД) та гармонійного ультразвукового скальпеля. Матеріали і методи. Спостереження виконано за 95 пацієнтами після виконання традиційної лапароскопічної (ТЛ) апендектомії та 73 пацієнтами, яким застосовували КАД та гармонійний скальпель. Оцінку ЯЖ проводили за допомогою опитувальника MOS-SF-36 в термін місяць з моменту апендектомії. Результати досліджень та їх обговорення. Загальне число відмінних та добрих результатів в групі із ТЛ склало 69,5 % (66 із 95 пацієнтів), тоді як аналогічний показник в групі пацієнтів, яким застосовували КАД та УЗ-скальпель, склало 89,0 % – 65 із 73 пацієнтів (Р<0,01). У пацієнтів з добрим результатом лікування, яким застосовували КАД та гармонійний скальпель, спостерігалось зростання досліджуваних показників ЯЖ за всіма шкалами опитувальника MOS-SF-36, тоді як у пацієнтів із добрим результатом після ТЛ за шкалами фізичного та психологічного функціонування покращення не спостерігалось. У пацієнтів із задовільним результатом лікування, яким застосовували КАД та гармонійний скальпель, покращення відбувалось за пʼятьма із восьми шкал (за винятком рольового фізичного функціонування, загального та психологічного здоровя), а при ТЛ – тільки за шкалами болю та життєдіяльності

Luminescence of sapphire single crystals irradiated with high-power ion beams

Optical absorption, photo- and cathodoluminescence of a sapphire single crystal (α-Al 2 O 3 ) exposed to pulsed nanosecond radiation with high-power ion beams C + /H + with an energy of 300 keV and energy density 0.5-1.5 J/cm 2 were first investigated in this work. It was found that under ion irradiation accompanied by heating of sapphire up to melting, the formation of F-type centers and their aggregates associated with oxygen vacancies was observed in the crystals under study. These centers have luminescence bands at 330, 410 and 500 nm which depend on the type and wavelength of the optical excitation. The appearance of a new PL emission at 435 nm, presumably associated with a complex vacancy-impurity defect, was also observed in the photoluminescence spectra. © Published under licence by IOP Publishing Ltd.The work was supported by the initiative scientific project № 16.5186.2017/8.9 of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation. Experiments on ion irradiation of sapphire was done at the KIPT as a part of the state task

Features of the Pulsed Treatment of Silicon Layers Implanted with Erbium Ions

Abstract—The formation of thin-film solid solutions of erbium in silicon and synthesis of erbium silicides were performed using continuous implantation of silicon with erbium ions followed by pulsed ion-beam treat- ment. Structural and optical properties of formed Si:Er layers were studied by Rutherford backscattering, trans- mission electron microscopy, and low-temperature photoluminescence. The dependences of erbium redistribu- tion, the microstructure of Si:Er layers, and their photoluminescence in the near-IR region on the erbium con- centration and pulsed treatment conditions were determined

Structure, impurity composition, and photoluminescence of mechanically polished layers of single-crystal silicon

The introduction of optically active defects (such as atomic clusters, dislocations, precipitates) into a silicon single crystal using irradiation, plastic deformation, or heat treatment has been considered a possible approach to the design of silicon-based light-emitting structures in the near infrared region. Defects were introduced into silicon plates by traditional mechanical polishing. The changes in the defect structure and the impurity composition of damaged silicon layers during thermal annealing (TA) of a crystal were examined using transmission electronic microscopy and x-ray fluorescence. Optical properties of the defects were studied at 77 K using photoluminescence (PL) in the near infrared region. It has been shown that the defects generated by mechanical polishing transform into dislocations and dislocation loops and that SiO2 precipitates also form as a result of annealing at temperatures of 850 to 1000°C. Depending on the annealing temperature, either oxide precipitates or dislocations decorated by copper atoms, which are gettered from the crystal bulk, make the predominant contribution to PL spectra. © 2005 Pleiades Publishing, Inc

Luminescent Properties of Nanostructured Al2O3 Ceramics Irradiated with C+/H+ Pulsed Ion Beams

The luminescent properties of nanostructured α-Al2O3 ceramics irradiated with C+/H+ pulsed ion beams have been studied. The relationship between changes in the TL properties of ceramics and the formation of radiation defects under irradiation is discussed

Method of distant morphometry using digital smartphone phothoes with the brecket – system aexporation as an example

Целью работы было наблюдение пациентов, которым осуществляли с помощью брекет-систем ортодонтическую коррекцию зубных рядов, с целью динамического измерения расстояния между краями зубов по цифровым фотографиям, снятым с помощью смартфона Sony Xperia S. Измерение расстояния между краями зубов в течение первых 10 суток с момента установки брекетов проводилось с применинием авто-масштабируемой линейки, калибровка которой осуществлялась по стандартным размерам компонентов брекет-системы. Приложение для андроида написано на Java. Установлено, что развитие выраженного болевого синдрома отмечалось при скорости изменения расстояния между краями зубов в 0,051+ 0,004 мм/сутки. Ожидается повышение эффективности предложенного метода при использовании стандартов освещения в период съемки, а также применение метода для морфометрии структур лапароскопического изображения, получаемого при проведении операций на органах брюшной полости.Метою дослідження було спостереження пацієнтів, яким здійснювали ортодонтичну корекцію зубних рядів за допомогою брекет – систем, з метою динамічного вимірювання відстані між краями зубів за цифровими фотографіями, які було отримано за допомогою смартфону Sony Xperia S. Вимірювання відстані між сусідніми зубами протягом перших десяти діб з моменту установки брекетів здійснювалось з використанням авто масштабованої лінійки, калібровка якої проводилась за стандартними розмірами компонентів брекет-системи. Програма - додаток «віртуальна лінійка» для андроїда написана на мові Java. Встанволено, що розвиток виразного болового синдрома спостерігався у пацієнтів, коли швидкість змін відстані між реперними точками сусідніх зубів складала 0,051+ 0,004 мм/добу. Передбачається підвищення ефективності застосування розробленого методу морфометрії при використанні його за умов стандартного освітлення, а також для оцінки структур лапароскопічного зображення при виконанні втручань на органах черевної порожнини.The objective: to observe the patients underwent orthodontic tooth alignment correction with dental brackets, for the purpose of early detection of white spots (early satge of caries) and dynamic measurement of distance between teeth edges based on the digital photographs taken with a smartphone Sony Xperia S. The measurement of the distance between teeth edges during the first 10 days following the brackets installation was carried out using a self-scalable ruler that was calibrated according to the standard sizes of the dental brackets systems components. The Android application of self-scalable ruler was developed using Java. The development of a pronounced pain syndrome was observed when the velocity of distance changes between teeth edges was rather high – 0,051+ 0,004 mm/day. The improvement of efficiency of the suggested method is expected due to application of illumination standards during the shooting period as well as the usage of the method for morphometry laparoscopic structures visualized in the course of surgical intervention in abdomen cavity

Machine learning with different digital images classification in laparoscopic surgery

The evaluation of the effectiveness of the automatic computer diagnostic (ACD) systems developed based on two classifiers – HAAR features cascade and AdaBoost for the laparoscopic diagnostics of appendicitis and ovarian cysts in women with chronic pelvic pain is presented. The training of HAAR features cascade, and AdaBoost classifiers were performed with images/ frames, which have been extracted from video gained in laparoscopic diagnostics. Both gamma-corrected RGB and RGB converted into HSV frames were used for training. Descriptors were extracted from images with the method of Local Binary Pattern (LBP), which includes both data on color characteristics («modified color LBP» - MCLBP) and textural characteristics, which have been used later on for AdaBoost classifier training. Classification of test video images revealed that the highest recall for appendicitis diagnostics was achieved after training of AdaBoost with MCLBP descriptors extracted from RGB images – 0.708, and in the case of ovarian cysts diagnostics – for MCLBP gained from RGB images – 0.886. Developed AdaBoost-based ACD system achieved a 73.6% correct classification rate (accuracy) for appendicitis and 85.4% for ovarian cysts. The accuracy of the HAAR features classifier was highest in the case of ovarian cysts identification and achieved 0.653 (RGB) – 0.708 (HSV) values. It was concluded that the HAAR feature-based cascade classifier turned to be less effective when compared with the AdaBoost classifier trained with MCLBP descriptors. Ovarian cysts were better diagnosed when compared with appendicitis with the developed ACD