Diagnostic capabilities of Jones matrix theziogaphyof the multifractal structure of dehydrated blood films

• Autorzy: Ushenko Yuriy , Soltys Iryna , Dubolazov Oleksandr , Pavlov Sergii , Paliy Victor , Garazdiuk Marta , Garasymchuk Vasyl , Ushenko Oleksandr , Kozbakova Ainur

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.7268

Warianty tytułu

PL

Możliwości diagnostyczne teziogafii macierzy Jonesa multifraktalnej struktury odwodnionych rozmazów krwi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper proposes the use of multifractal analysis by algorithmic implementation of coordinate reconstructed distributions of linear birefringencemagnitude and obtaining a spectrum of fractaldimensions of dehydrated polycrystalline blood films. The results of the diagnostic applicationof laser Jones matrix theziography methods of multifractal structure of polycrystalline networks of dehydrated films of blood for differential diagnosticsof inflammatory and pathological conditions –"norm –sepsis"are presented. For dehydrated blood films, histograms and mapsof the amplitude distributionsof wavelet coefficients of theziograms of optical anisotropy and multifractal spectra of theziogramsof optical anisotropyof polycrystalline supramolecular networks are given. Tables of the values of the central statistical moments of the 1st–4th orders, which the Jones matrix characterize, wavelet andmultifractal parameters of theziograms of phase anisotropy of dehydrated blood films, are systematized, and the set of statistical parameters moresensitive to changes in the polycrystalline structure of biological samples –diagnostic markers –is determined.Within the frameworkof statistical analysisof multifractal spectra and wavelet maps, it was determined that the algorithmically reconstructed birefringence theziogram allows identifyingthe most sensitive markers to changes in the anisotropic optical structure of blood caused by septic manifestations.

PL

W artykule zaproponowano wykorzystanie analizy multifraktalnej poprzez algorytmiczną realizację współrzędnych zrekonstruowanych rozkładów wielkości liniowych dwójłomności oraz uzyskanie spektrum wymiarów fraktalnych odwodnionych polikrystalicznych rozmazówkrwi. Przedstawiono wyniki diagnostycznego zastosowania metody teziografii laserowej matrycy Jonesa do określania struktury multifraktalnej sieci polikrystalicznych odwodnionych rozmazów krwi w różnicowaniu stanów zapalnych i patologicznych –„normalny –sepsa”. Dla odwodnionych rozmazów krwi przedstawiono mapy i histogramy rozkładów amplitud współczynników falkowych teziogramów anizotropii optycznej oraz widma multifraktalne teziogramów anizotropii optycznej polikrystalicznych sieci supramolekularnych. Utworzono tablice wartości centralnych momentów statystycznych rzędów I–IV, charakteryzujących parametry macierzy Jonesa, falki i multifraktalne teziogramów anizotropii fazowej odwodnionych rozmazów krwi, a także określono zbiór parametrów statystycznych najbardziej wrażliwych na zmiany struktury polikrystalicznej próbek biologicznych –markery diagnostyczne. W ramach analizy statystycznej spektrów multifraktalnych i map falkowych ustalono, że algorytmicznie zrekonstruowana teziogram dwójłomności pozwala zidentyfikować najbardziej wrażliwe markery zmian anizotropowej struktury optycznej krwi spowodowanych stanami septycznymi.

Słowa kluczowe

EN

Jones matrix; polarization; interferometry; blood; sepsis; theziograms

PL

macierz Jonesa; polaryzacja; interferometria; krew; sepsa; teziogramy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 15, nr 2
• Strony: 57--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Ushenko Yuriy

• Shaoxing University, Shaoxing, China
• Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-1767-1882+

autor

Soltys Iryna

• Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-2156-7404+

autor

Dubolazov Oleksandr

• Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-1051-2811+

autor

Pavlov Sergii

• Vinnitsa Technical National University, Vinnitsa, Ukrain

• https://orcid.org/0000-0002-0051-5560+

autor

Paliy Victor

• Vinnytsia National Pirogov Memorial University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2289-1786+

autor

Garazdiuk Marta

• Bucovinian State Medical University, Chernivtsi, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-7811-3211+

autor

Garasymchuk Vasyl

• Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine

• https://orcid.org/0009-0009-4284-2736+

autor

Ushenko Oleksandr

• Taizhou Institute of Zhejiang University, Taizhou, China
• Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-7015-7423+

autor

Kozbakova Ainur

• Almaty Technological University, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0002-5213-4882+

Bibliografia

• [1] Angelsky O. V., Ushenko A., Ushenko Y.: Statistical and fractal structure of biological tissue Mueller matrix images. Angelsky O. (ed.): Optical Correlation Techniques and Applications. SPIE, 2007, 213–265 [https://doi.org/10.1117/3.714999.ch4].
• [2] Daubechies I.: Wavelets on the interval. Meyer Y., Roques S. (eds.): Progress in Wavelet Analysis and Applications. Atlantica Seguier Frontieres 1993, 95–107.
• [3] Dong, Y. et al.: A polarization-imaging-based machine learning framework for quantitative pathological diagnosis of cervical precancerous lesions. IEEE Trans. Med. Imaging. 40(12), 2021, 3728–3738.
• [4] Farge M.: Wavelet transforms and their applications to turbulence. Annu. Rev. Fluid Mech. 24(1), 1992, 395–458.
• [5] Garazdyuk M. S., et al.: Polarization-phase images of liquor polycrystalline films in determining time of death. Applied optics 55(12), 2016, B67–B71.
• [6] Ghosh N.: Tissue polarimetry: concepts, challenges, applications, and outlook. J. Biomed. Opt. 16, 110801, 2011.
• [7] Jacques S. L.: Polarized light imaging of biological tissues. Boas D., Pitris C., Ramanujam N. (eds.): Handbook of Biomedical Optics 2. CRC Press, 2011, 649–669.
• [8] Jóźwicki R., et al.: Automatic polarimetric system for early medical diagnosis by biotissue testing. Optica Applicata 32(4), 2002, 603–612.
• [9] Kim M, et al.: Optical diagnosis of gastric tissue biopsies with Mueller microscopy and statistical analysis. J Eur Opt Soc Rapid Publ. 8(2), 2022.
• [10] Layden D., Ghosh N., Vitkin I. A.: Quantitative polarimetry for tissue characterization and diagnosis. Wang R. K., Tuchin V. V. (eds.): Advanced Biophotonics: Tissue Optical Sectioning. CRC Press, 2013, 73–108.
• [11] Lee H. R., et al.: Digital histology with Mueller polarimetry and FastDBSCAN. Appl Opt. 61(32), 2022 [https://doi.org/10.1364/AO.461732].
• [12] Lee H. R., et al.: Digital histology with Mueller microscopy: how to mitigate an impact of tissue cut thickness fluctuations. J Biomed Opt. 24(7), 076004, 2019 [https://doi.org/10.1117/1.JBO.24.7.076004].
• [13] Lee H. R., et al.: Mueller microscopy of anisotropic scattering media: theory and experiments. Proc SPIE 10679, 2018, 1067718 [https://doi.org/10.1117/12.2305331].
• [14] Li P., et al.: Analysis of tissue microstructure with Mueller microscopy: logarithmic decomposition and Monte Carlo modeling. J Biomed Opt. 25(1), 2020, 015002 [https://doi.org/10.1117/1.JBO.25.1.015002].
• [15] Ma H., He H., Ramella-Roman J. C.: Mueller matrix microscopy. RamellaRoman J. C., Novikova T. (eds.): Polarized Light in Biomedical Imaging and Sensing. Springer, Cham 2023 [https://doi.org/10.1007/978-3-030-77274-6_2].
• [16] Mandelbrot B. B.: Fractals and Multifractals: Noise, Turbulence and Galaxies. Springer+Verlag, New York 1989.
• [17] Olar E. I., Ushenko A. G., Ushenko Y. A.: Correlation microstructure of the Jones matrices for multifractal networks of biotissues. Laser Physics 14(7), 2004, 1012–1018.
• [18] Pishak V., et al.: Polarization structure of biospeckle fields in crosslinked tissues of a human organism: I. Vector structure of skin biospeckles. Proc SPIE 3317, 1997 [https://doi.org/10.1117/12.295715].
• [19] Shankaran V., Walsh Jr. J. T., Maitland D. J.: Comparative study of polarized light propagation in biological tissues. J. Biomed. Opt. 7, 2002, 300–306.
• [20] Vitkin A., Ghosh N., de Martino A.: Tissue Polarimetry. Andrews D. L. (eds.): Photonics: Scientific Foundations, Technology and Applications. John Wiley & Sons Ltd., 2015, 239–321.
• [21] Ushenko A. G., et al.: Stokes polarimetry of biotissues. Fourth International Conference on Correlation Optics 3904, 1999, 527–533.
• [22] Wójcik W., Pavlov S., Kalimoldayev M.: Information Technology in Medical Diagnostics II. London: Taylor & Francis Group, CRC Press, Balkema book, 2019.
• [23] Zabolotna N. I., et al.: ROC analysis of informativeness of mapping of the ellipticity distributions of blood plasma films laser images polarization in the evaluation of pathological changes in the breast. Proc. SPIE 11456, 2020, 114560I.