Analysis of methods and biomedical systems for polarization introscopy of dehydrated films of biological fluids
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2025-50-2-269-276Keywords:
dehydrated film of biological fluid, biomedical system, polarization introscopy, Jones matrix, diagnostics of the functional state of organsAbstract
The article analyzes known methods of polarization introscopy of dehydrated films of biological origin based on the Jones matrix approach in the diagnosis of pathologies of biological tissues of the human body. Their diagnostic characteristics are compared taking into account the applied analysis for the formation of features of measured maps. The possibilities of intellectual analysis methods implemented in the specified systems, their advantages and disadvantages are shown.
References
Ghosh, N. “Tissue polarimetry: concepts, challenges, applications, and outlook,” J. Biomed. Opt. 16, 110801 (2011).
Alalia, S., Vitkin, A., “Polarized light imaging in biomedicine: emerging Mueller matrix methodologies for bulk tissue assessment,” J. Biomed. Opt. 20(6), 061104 (2015).
Vitkin A., Ghosh N. & de Martino A. “Tissue Polarimetry,” in Photonics: Scientific Foundations, Technology and Applications (ed. Andrews, D. L.) 239–321. John Wiley & Sons, Ltd. (2015).
Ushenko , A.G., Dubolazov, O.V., Ushenko, V.A., Novakovskaya, O.Y., Olar, O.V., “Fourier polarimetry of human skin in the tasks of differentiation of benign and malignant formations,” Applied Optics 55 (12), B56-B60 (2016).
Vasyuk, V.L., Kalashnikov, A.V., Ushenko, A.G. et al., Digital Information Methods of Polarization, Mueller-Matrix and Fluorescent Microscopy, Springer Nature Singapore, 2023. 102 p.
Zabolotna, N.I., Sholota, V.V., Okarskyi H.H., “Methods and systems of polarization reproduction and analysis of the biological layers structure in the diagnosis of pathologies,” Proceedings of SPIE. 11369, 113691S, P. 501-513 (2020).
P. Li et al. "Analysis of tissue microstructure with Mueller microscopy: logarithmic decomposition and Monte Carlo modeling," J. Biomed. Opt., 25(1), 015002 (2020).
Dash, S.; Garimella, S. V. “Droplet evaporation on heated hydrophobic and superhydrophobic surfaces,” Phys. Rev. E 89(042402), 1–8 (2014).
Serra, J. Image Analysis and Mathematical Morphology; Academic Press: New York, 1988; p. 411.
Osnovy lazernoi poliarymetrii. Biolohichni ridyny / za red. O.H. Ushenka, T.M. Boichuka ta in. Chernivtsi : Chernivetskyi nats. un-t, 2011. 656 s.
Dubolazov, A. V.; Pashkovskaya, N. V.; Ushenko, Y. A.; Marchuk, Y. F.; Ushenko, V. A.; Novakovskaya, O. Y. “Birefringence images of polycrystalline films of human urine in early diagnostics of kidney pathology,” Appl. Opt. 55, B85–B90 (2016).
Zabolotna, N.I., Pavlov, S.V., Sholota, V.V. Modeli, metody ta systemy lazernoi poliarymetrii plazmy krovi dlia diahnostyky molochnykh zaloz: monohrafiia. Vinnytsia : VNTU, 2024. 145 s.
Zabolotna, N.I., Sholota, V.V. “Dvokhvylova poliarymetrychna systema vidtvorennia ta otsiniuvannia anizotropii ta dykhroizmu plivok zhovchi pry diahnostytsi patolohii,” Optyko-elektronni informatsiino-enerhetychni tekhnolohii. №2. S.93-99 (2023).
Khan, S., Qadir, M., Khalid, A. et al., “Characterization of cervical tissue using Mueller matrix polarimetry,” Lasers in Med Scienc. 38 (1) (2023)
Ushenko V. et all., “3D Mueller-matrix diffusive tomography of polycrystalline blood films for cancer diagnosis,” Photonics. Vol 5(4). №54 (2018).
Jones, C.R., “New calculus for the treatment of optical systems. VII. Properties of the N-matrices,”. J Opt Soc Am.; 38:671–685 (1948).
Barakat, R.,”Exponential versions of the Jones and Mueller–Jones polarization matrices,”. J Opt Soc Am A. 1996; 13:158–163 (1996).
Ushenko O.H., Savych V.O., Ushenko Yu.O., Dubolazov O.V., Raranskyi M.D. Bahatoparametrychna Dzhons-matrychna mikroskopiia plivok biolohichnykh ridyn liudyny u diahnostytsi ta klasyfikatsii yikhnikh optychnykh vlastyvostei. Chernivtsi: 2015. 189 s.
Sposib poliaryzatsiinoho 2D-kartohrafuvannia modulia elementiv matrytsi Dzhonsa polikrystalichnykh plivok plazmy krovi: pat. 148218 Ukraina. №u 2020 06767; zaiavl.21.10.2020; opubl. 21.07.2021, Biul. №29. 3 s.
Sposib poliaryzatsiinoho 2D-kartohrafuvannia fazy elementiv matrytsi Dzhonsa polikrystalichnykh plivok synovialnoi ridyny: pat. 146959 Ukraina. №u 2020 06777; zaiavl. 21.10.2020; opubl. 31.03.2021, Biul. №13. 3 s/
Sposib 2D-Dzhons-matrychnoho kartohrafuvannia polikrystalichnykh plivok zhovchi: pat. 147804 Ukraina. №u 2020 06772; zaiavl.21.10.2020; opubl. 16.06.2021, Biul. №24. 3 s.
Zabolotna N.I., Pavlov S.V., Karas O.V., Sholota V.V. Processing and analysis of images in the multifunctional classification laser polarimetry system of biological objects. Proceedings of SPIE. 2018. 10750. 107500N.
Mishalov, V.D., et all. “Jones-matrix mapping of polycrystalline networks of layers of main types of amino acids,” Proc. of SPIE 11456, 1145606 (2020) doi: 10.1117/12.2569783.
Sholota, V.V. “Analiz metodiv pidtrymky pryiniattia rishen v systemakh poliaryzatsiinoi introskopii biolohichnykh tkanyn ta ridyn,” Opt-el. inf-enerh. tekhn., 49(1), 185–192 (2025).
Zabolotna, N.I., Radchenko, K.O., Karas, O.V., “Method and system of Jones-matrix mapping of blood plasma films with “fuzzi” analysis in differentiation of breast pathology changes,”. Proc. SPIE 10612, 106121P (2018).
Radchenko, O.K., “Intellectualized Mueller-Jones matrix system of laser polarimetry for breast fibroadenoma diagnosis,” Proc. SPIE 10750, 107500M (2018).
Robinson, D., Hoong, K., Kleijn, W. B. et al., “Polarimetric imaging for cervical pre-cancer screening aided by machine learning: ex vivo studies,” J. Biomed. Opt. 28(10), 102904 (2023).
Majumdar, A., Lad, J., Tumanova, K. et al., “Machine learning based local recurrence prediction in colorectal cancer using polarized light imaging,” J. Biomed. Opt. 29(15), 052915 (2024).
Camilo, Roa at al., “Auto-detection of cervical collagen and elastin in Mueller matrix polarimetry microscopic images using K-NN and semantic segmentation classification,”. Biomedical Optics Express 12(4), 2236-2249 (2021).
Downloads
-
PDF (Українська)
Downloads: 32
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
