10.14489/td.2022.11.pp.046-051

2022, 11 ноябрь (November)

DOI: 10.14489/td.2022.11.pp.046-051

Семин П. А., Микаева С. А.
ИНТЕГРАЦИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ФАЗОВЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И ВРЕМЕННЫ́Х ФЛУКТУАЦИЙ В КОГЕРЕНТНОЙ МИКРОСКОПИИ
(c. 46-51)

Аннотация. Рассмотрен новый подход к классификации живых клеток, объединяющий пространственные и временны́е флуктуации, количественные показатели оптической толщины клетки, полученные с помощью фазовой динамической визуализации. Для оценки различных методов были использованы пять различных показателей: точность, чувствительность, специфичность, достоверность и статистический показатель (AUC). Были рассмотрены различные архитектуры: однопутевая ResNet, двухпутевая ResNet и трехпутевая ResNet. Также проведено сравнение методов раннего и позднего слияния с использованием различных показателей: морфологии, карты пространственно-временны́х флуктуаций и/или двухканального входа. Объединение морфологии и карты пространственно-временны́х флуктуаций (модель тройного пути) улучшает результаты с 85 % (только морфология) до 89 % (объединение морфологии и пространственно-временны́х флуктуаций).

Ключевые слова: клетка, фазовая микроскопия, оптическая разность хода, флуктуация.

Semin P. A., Mikaeva S. A.
INTEGRATION OF QUANTITATIVE PHASE SPATIAL AND TEMPORAL FLUCTUATIONS IN COHERENT MICROSCOPY
(pp. 46-51)

Abstract. The work is devoted to the consideration of a new approach to the classification of living cells, which combines spatial and temporal fluctuations, quantitative indicators of the optical thickness of the cell, obtained using phase dynamic imaging. Five different indicators were used to evaluate the various methods: accuracy, sensitivity, specificity, reliability and statistical index (AUC). Various architectures were considered: single-path ResNet, two-way ResNet and three-way ResNet. The methods of early and late fusion were also compared using various indicators: morphology, a map of spatio-temporal fluctuations and/or a two-channel input. Combining morphology and spatial-temporal fluctuations map (triple path model) improves results from 85 % (morphology only) to 89 % (combining morphology and spatial-temporal fluctuations).

Keywords: cell, phase microscopy, optical path difference, fluctuation.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

П. А. Семин, С. А. Микаева (РТУ МИРЭА, Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

P. A. Semin, S. A. Mikaeva (MIREA – Russian Technological University, Moscow, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Cross S. E., Jin Y. S., Rao J., Gimzewski J. K. Nanomechanical analysis of cells from cancer patients // Nat. Nanotechnol. 2007. V. 2. P. 780 – 783.
2. Guo X., Bonin K., Scarpinato K., Guthold M. The Effect of Neighboring Cells on the Stiffness of Cancerous and Non-Cancerous Human Mammary Epithelial Cells // New J. Phys. 2014. V. 16. P. 105002.
3. Rother J., Nöding H., Mey I., Janshoff A. Atomic Force Microscopy-Based Microrheology Reveals Significant Differences in the Viscoelastic Response Between Malign and Benign Cell lines // Open Biol. 2014. V. 4. P. 140046.
4. Bao G., Suresh S. Cell and Molecular Mechanics of Biological Materials // Nat. Mater. 2003. V. 2. P. 715 – 725.
5. Popescu G., Park Y., Dasari R. R. et al. Coherence Properties of Red Blood Cell Membrane Motions // Phys. Rev. E. 2007. V. 76. P. 031902.
6. Roitshtain D., Turko N. A., Javidi B., Shaked N. T. Flipping Interferometry and its Application for Quantitative Phase Microscopy in a Micro-Channel // Opt. Lett. 2016. V. 41. P. 2354 – 2357.
7. Nativ A., Shaked N. T. Compact Interferometric Module for Full-Field Interferometric Phase Microscopy with Low Spatial Coherence Illumination // Opt. Lett. 2017. V. 42. P. 1492 – 1495.
8. Nissim N., Dudaie M., Barnea I., Shaked N. T. Real-Time Stain-Free Classification of Cancer Cells and Blood Cells Using Inteferometric Phase Microscopy and Machine Learning // Cytom. A. 2021. V. 99. P. 511 – 523.
9. Микаева С. А., Микаева А. С. Современные электронные системы и устройства. М.: РУСАЙНС, 2019. 186 с.
10. Микаева С. А., Микаева А. С. Промышленная электроника. Актуальные электронные приборы, устройства, установки и системы М.: РУСАЙНС, 2020. 172 с.
11. Микаева С. А., Микаева А. С. Промышленная электроника. Расчетные и экспериментальные исследования, разработки, конструкции и технологии производства электронных приборов. М.: РУСАЙНС, 2021. 197 с.

Eng

1. Cross S. E., Jin Y. S., Rao J., Gimzewski J. K. (2007). Nanomechanical analysis of cells from cancer patients. Nature Nanotechnology, Vol. 2, pp. 780 – 783.
2. Guo X., Bonin K., Scarpinato K., Guthold M. (2014). The Effect of Neighboring Cells on the Stiffness f Cancerous and Non-Cancerous Human Mammary Epithelial Cells. New Journal of Physics, Vol. 16.
3. Rother J., Nöding H., Mey I., Janshoff A. (2014). Atomic Force Microscopy-Based Microrheology Reveals Significant Differences in the Viscoelastic Response Between Malign and Benign Cell lines. Open Biology, Vol. 4.
4. Bao G., Suresh S. (2003). Cell and Molecular Mechanics of Biological Materials. Nature Materials, Vol. 2, pp. 715 – 725.
5. Popescu G., Park Y., Dasari R. R. et al. (2007). Coherence Properties of Red Blood Cell Membrane Motions. Physical Review E, Vol. 76.
6. Roitshtain D., Turko N. A., Javidi B., Shaked N. T. (2016). Flipping Interferometry and its Application for Quantitative Phase Microscopy in a Micro-Channel. Optics Letters, Vol. 41, pp. 2354 – 2357.
7. Nativ A., Shaked N. T. (2017). Compact Interferometric Module for Full-Field Interferometric Phase Microscopy with Low Spatial Coherence Illumination. Optics Letters, Vol. 42, pp. 1492 – 1495.
8. Nissim N., Dudaie M., Barnea I., Shaked N. T. (2021). Real-Time Stain-Free Classification of Cancer Cells and Blood Cells Using Inteferometric Phase Microscopy and Machine Learning. Cytometry Part A, Vol. 99, pp. 511 – 523.
9. Mikaeva S. A., Mikaeva A. S. (2019). Modern electronic systems and devices. Moscow: RUSAYNS. [in Russian language]
10. Mikaeva S. A., Mikaeva A. S. (2020). Industrial electronics. Current electronic devices, devices, installations and systems. Moscow: RUSAYNS. [in Russian language]
11. Mikaeva S. A., Mikaeva A. S. (2021). Industrial electronics. Computational and experimental studies, developments, designs and technologies for the production of electronic devices. Moscow: RUSAYNS. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

DOI: 10.14489/td.2022.11.pp.046-051

Скопируйте DOI статьи и перейдите по ссылке https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-kontrol-diagnostika

В комментарии к заказу обязательно укажите DOI статьи.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

DOI: 10.14489/td.2022.11.pp.046-051

Copy the article DOI and follow the link https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-kontrol-diagnostika

Please specify the article DOI in the order comments.