Comparison of morphological changes of corneal collagen fibers treated with collagen crosslinking agents using second harmonic generation images

Corneal cross-linking (CXL) is a common surgical procedure used to modify corneal biomechanics and stabilize keratoconus progression which is still under discussion. Its side effects, which are mostly related to anatomical unpredictability and stromal exposure, are the reason for the search for new CXL agents. In this work we have quantitatively evaluated the porcine corneal stroma architecture treated with collagen crosslinking agents such as riboflavin solutions and açai extract, using second harmonic generation microscopy. Aimed at evaluating the morphological changes in the corneal stroma after collagen crosslinking under a CXL chemical agent, a tubeness filter based Hessian matrix to obtain a 3D fiber characterization of the SHG images was applied. The results showed a curling effect and shortening of the collagen fibers treated with açai as compared to the control. They also showed a higher degree of clustering of the collagen fibers with larger empty spaces when compared to the other two groups. We believe that studies such as these presented in this paper are a good direct nondestructive and free labeling evaluation technique that allows the observation of morphologic features of corneas treated with new CXL agents.Fil: Zeitoune, Angel Alberto. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; ArgentinaFil: Bersanetti, Patrícia A.. Universidade Federal de Sao Paulo; BrasilFil: Schor, Paulo. Universidade Federal de Sao Paulo; BrasilFil: Erbes, Luciana Ariadna. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; ArgentinaFil: Cesar, Carlos L.. Instituto Nacional de Fotônica Aplicada à Biologia Celular; Brasil. Universidade Federal do Ceara; BrasilFil: Adur, Javier Fernando. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; Argentin

Quantification of Collagen Fiber Orientation and Organization by Singular Value Decomposition

Second-harmonic generation microscopy is a new imaging tool that allows analyzing non-centrosymmetric structures, such as collagen. This method can be used to detect structural organization of human ovarian extracellular matrix. Collagen remodeling can be used as early indicator of disease states, such as tumor development and invasiveness. Scoring structural characteristics like main collagen orientation and organization do allow differentiating between healthy and cancerous tissue. In this report, it is proposed a new method to calculate the main orientation angle as well as the degree of collagen fibers organization. The algorithm is based on the analysis of image Fourier transform modulus, characterizing spectral distribution by using singular value decomposition. The preliminary results obtained in this work demonstrate that the method allows to discriminate healthy from cancerous tissue.Fil: Zeitoune, Angel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; ArgentinaFil: Erbes, Luciana Ariadna. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; ArgentinaFil: Casco, Victor Hugo. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Adur, Javier Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentin

Development of a segmentation method for crypts of Lieberkühn detection using autofluorescence colon images

A nivel mundial, el cáncer colorrectal es una de las enfermedades con mayor impacto, cuyo pronóstico se relaciona con una detección temprana y posterior tratamiento. El procesamiento de imágenes de autofluorescencia provenientes de muestras de tejido de colon permite detectar y segmentar las aperturas de las criptas de Lieberkühn. El procedimiento se lleva a cabo utilizando información proveniente de fluoróforos endógenos. La segmentación es esencial para la cuantificación automática del tipo y distribución de las aperturas de las criptas presentes en cada tejido, en relación a los patrones establecidos por Kudo. La etapa de la patología es estimada en base a dichos patrones. Por lo tanto, se diseñó un método para segmentar las aperturas de las criptas a partir de imágenes de tejido de colon, las cuales fueron obtenidas a través de microscopía de autofluorescencia de campo amplio.Colorectal cancer is one of the diseases with the greatest impact worldwide. It is very well known that the pathology prognosis is linked to an early detection and subsequent treatment. The processing of colon autofluorescence images allows the detection and segmentation of the pits from the crypts of Lieberkühn. The procedure is done by using information coming from endogenous fluorophores. The segmentation is essential to automatically quantify the type and distribution of the pits in each tissue according the patterns established by Kudo. Based on that pattern, the pathology is staged. Therefore, a method was designed to segment the pits from colon tissue images obtained by widefield autofluorescence microscopy.Fil: Erbes, Luciana Ariadna. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; ArgentinaFil: Zeitoune, Angel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; ArgentinaFil: Bianchi, Mariana. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Ruff, Silvana. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Casco, Victor Hugo. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Adur, Javier Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentin

Epithelial Ovarian Cancer Diagnosis of SecondHarmonic Generation Images: A Semiautomatic Collagen Fibers Quantification Protocol

A vast number of human pathologic conditions are directly or indirectly related to tissular collagen structure remodeling. The nonlinear optical microscopy second-harmonic generation has become a powerful tool for imaging biological tissues with anisotropic hyperpolarized structures, such as collagen. During the past years, several quantification methods to analyze and evaluate these images have been developed. However, automated or semiautomated solutions are necessary to ensure objectivity and reproducibility of such analysis. This work describes automation and improvement methods for calculating the anisotropy (using fast Fourier transform analysis and the gray-level co-occurrence matrix). These were applied to analyze biopsy samples of human ovarian epithelial cancer at different stages of malignancy (mucinous, serous, mixed, and endometrial subtypes). The semiautomation procedure enabled us to design a diagnostic protocol that recognizes between healthy and pathologic tissues, as well as between different tumor types.Fil: Zeitoune, Angel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; ArgentinaFil: Luna, Johana S. J.. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Sanchez Salas, Kynthia. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Erbes, Luciana Ariadna. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; ArgentinaFil: Cesar, Carlos L.. Universidade Federal do Ceará; Brasil. National Institute of Science and Technology on Photonics Applied to Cell Biology; BrasilFil: Andrade, Liliana A. L. A.. Universidade Estadual de Campinas; BrasilFil: Carvahlo, Hernades F.. Universidade Estadual de Campinas; Brasil. National Institute of Science and Technology on Photonics Applied to Cell Biology; BrasilFil: Bottcher Luiz, Fátima. Universidade Estadual de Campinas; Brasil. National Institute of Science and Technology on Photonics Applied to Cell Biology; BrasilFil: Casco, Victor Hugo. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Adur, Javier Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos. Universidad Nacional de Entre Ríos. Centro de Investigaciones y Transferencia de Entre Ríos; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentin

Morphological characterization of colorectal pits using autofluorescence microscopy images

Background: Colorectal cancer (CRC) is one of the most prevalent pathologies. Its prognosis is linked to the early detection and treatment. Currently diagnosis is performed by histological analysis from polyp biopsies, followed by morphological classification. Kudo?s pit pattern classification is frequently used for the differentiation of neoplastic colorectal lesions using hematoxylin-eosin (H&E) stained samples. Few articles have reported this classification with image software processing, using exogenous markers over the samples. The processing of autofluorescence images is an alternative that could allow the characterization of the pits from the crypts of Lieberkühn, bypassing staining techniques. Objective: Processing and analysis of widefield autofluorescence microscopy images obtained by fresh colon tissue samples from a murine model of CRC in order to quantify and characterize the pits morphology by measuring morphology parameters and shape descriptors. Methods: Two-dimensional (2D) segmentation, quantification and morphological characterization of pits by image processing applied using macro programming from FIJI. Results: Type I is the pit morphology prevailing between 53 and 81% in control group weeks. III-L and III-S types were detected in reduced percentages. Between the 33 and 56% of type I was stated as the prevailing morphology for the 4th, 8th and 20th weeks of treated groups, followed by III-L type. For the 16th week, the 39% of the pits was characterized as III-L type, followed by type I. Further, pattern types as IV, III-S and II were also found mainly in that order for almost all of the treated weeks. Conclusion: These preliminaries outcomes could be considered an advance in two-dimensional pit characterization as the whole image processing, comparing to the conventional procedure, takes a few seconds to quantify and characterize non-pathological colon pits as well as to estimate early pathological stages of CRC.Fil: Erbes, Luciana Ariadna. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; ArgentinaFil: Zeitoune, Angel Alberto. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; ArgentinaFil: Torres, Humberto Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Casco, Victor Hugo. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Adur, Javier Fernando. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; Argentin