Studentiem un darbiniekiem

Jaunas un rentablas multi- modālas metodikas izstrāde un klīniska aprobācija ādas vēža agrīnai diagnostikai

Projekta nosaukums:

"Jaunas un rentablas multimodālas metodikas izstrāde un klīniska aprobācija ādas vēža agrīnai diagnostikai."

Projekta līguma numurs:

1.1.1.2/VIAA/1/16/052

Projekta partneri:

Oulu Universitāte, Elektrotehnikas fakultāte, Optoelektronikas un mērījumu tehniku (Optoelectronics and measurement techniques) laboratorija;

Bulgārijas zinātņu akadēmija, Akadēmiķa Emila Djakova elektronikas institūts, Biofotonikas laboratorija;

Spectral Molecular Imaging, Inc. Beverly Hills, California.

Projekta īstenošanas termiņš:

01.01.2018. - 31.12.2020.

Projekta kopējais finansējums:

133 805,88 EUR

ERAF finansējums: 113 734,99 EUR 

Valsts budžeta finansējums: 13 380,58 EUR 

LU finansējums: 6 690,31 EUR

Projekta zinātniskais vadītājs:

Ilze Ļihačova (Biofotonikas laboratorija)

Projekta mērķis:

Izstrādāt un klīniski aprobēt jaunu, lētu multi- modālu metodiku agrīnai ādas vēžu (melanomas, bazālo šūnu un plakanšūnu karcinomas) diagnostikai, pēcoperācijas rētu apsekošanai un savlaicīgai audzēja recidīvu detektēšanai.

Atsauce publicitātei:

Pētījums tiek īstenots ar Eiropas Reģionālās Attīstības Fonda finansējuma atbalstu projektā "Jaunas un rentablas multi- modālas metodikas izstrāde un klīniska aprobācija ādas vēža agrīnai diagnostikai" (līguma Nr. 1.1.1.2/16/I/001, vienošanās Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/052).

Projekta rezultāti:

2 zinātniskie raksti starptautiski recenzējamos žurnālos ar aprēķinātu citējamības indeksu, 4 konferenču tēzes, 1 populārzinātnisks raksts, 3 mobilitātes braucieni, 3 zinātniskās tīklošanās.

Publikācijas:

  1. A. Lihachev, I. Lihacova, E. V. Plorina, M. Lange, A. Derjabo, and J. Spigulis, "Differentiation of seborrheic keratosis from basal cell carcinoma, nevi and melanoma by RGB autofluorescence imaging," Biomed Opt Express 9(4), 1852-1858 (2018). DOI 10.1364/BOE.9.001852. 
  2. I. Lihacova, K. Bolochko, E. V. Plorina, M. Lange, A. Lihachev, D. Bliznuks, and A. Derjabo, "A method for skin malformation classification by combining multispectral and skin autofluorescence imaging," SPIE Proc 10685, 1068535 (2018). DOI 10.1117/12.2306203.
  3. K. Bolochko, D. Bliznuks, I. Lihacova, and A. Lihachev, "Quality enhancement of multispectral images for skin cancer optical diagnostics," SPIE Proc 10679, 1067903 (2018). DOI 10.1117/12.2306609.
  4. A. Sdobnov, A. Bykov, A. Popov, I. Lihacova, A. Lihachev, J. Spigulis, and I. Meglinski, “Combined multi-wavelength laser speckle contrast imaging and diffuse reflectance imaging for skin perfusion assessment,” SPIE Proc 11075, Novel Biophotonics Techniques and Applications V, 110751F (2019); https://doi.org/10.1117/12.2526921.
  5. Gunita Nagle “Kā izķert melanomu,” IR, (Jun 12, 2019), https://ir.lv/2019/06/12/ka-izkert-melanomu/?fbclid=IwAR2vntxGelERu8BtzAaXFsHZCNAsf2egWG0kZPCHd464GeHRx8nh3iBCg7I. 
  6. Ilze Ļihačova, Aleksejs Ļihačovs, Dmitrijs Bļizņuks, "Portable device for early noninvasive diagnosis of skin cancer," Latvian Academy of Sciences Yearbook 2020, 56 pp., http://www.lza.lv/images/stories/YearBook_2020.pd

1. ceturksnis (01.01.2018 - 31.03.2018)

Literatūras izpēte par cirkulāri polarizētas gaismas pielietojumiem ādas veidojumu analīzei. Dažādu eksperimentālo shēmu, kur pielieto cirkulāri polarizētu apgaismojumu, pētīšana un eksperimenta par cirkulāri polarizētas gaismas atstarošanos no ādas virsmas plānošana. Esošā prototipa, multispektrālo attēlu iegūšanai, pārveides plānošana ādas virsmu analīzei, kas apgaismota ar cirukulāri polarizētu gaismu. Izveidotās un publicētās ādas autofluorescences metodes pievienošana jau esošajai p' karšu analīzes metodei, lai iegūtu jutīgāku multi- modālu metodiku ādas vēža diagnostikai. Uzsākta multispektrālo attēlu un autofluorescences attēlu analīze dažādām, iepriekš ar p' diagnostikas metodi nepētītām, ādas patoloģiju grupām - seborejas keratozēm, hiperkeratozēm, nepigmentētām bazālo šūnu karcinomām un hemangiomām - kā arī melanocītiskiem nēvusiem, un melanomām. Tika ieviesta un uz esošo ādas veidojumu grupu datiem pielietota metode p' karšu maksimālo vērtību analīzei. Tika aprēķinātas vidējās autofluorescences intensitāšu vērtības dažādām ādas veidojumu grupām. Abas metodes - p' karšu maksimālo vērtību analīze un autofluorescences attēlošanas metode - tika apvienotas. Tādējādi tika izveidots jauns diagnostikas parametrs ar jutību 100% un specifiskumu 100% melanomas atšķiršanai no pērējām ādas veidojumu grupām. Ar šo metodi nav iespējams atšķirt bazālo šūnu karcinomu no labdabīgo ādas veidojumu grupām. Nopublicēts viens raksts žurnālā Biomedical Optics Express, iesniegti 2 raksti SPIE Proceedings konferenču materiāliem.

2. ceturksnis (01.04.2018 - 30.06.2018)

  1. Sagatavota Postdoc projekta pirmā ceturkšņa atskaites prezentācija, un 19. aprīlī tā prezentēta LU ASI seminārā.
  2. Dalība SPIE Photonics 2018 konferencē (23. - 26. aprīlī, Strasbūrā, Francijā):
    • Stenda referāta "A method for skin malformation classification by combining multispectral and skin autofluorescence imaging" sagatavošana un prezentēšana; Tēze pieejama: www.spie.org/EPE/conferencedetails/biophotonics-photonic-solutions
    • Līdzautors mutiskajā referātā “Quality enhancement of multispectral images for skin cancer optical diagnostics.” Tēze pieejama: www.spie.org/EPE/conferencedetails/optics-photonics-digital-technologies-multimedia-applications
    Publicēti divi raksti SPIE Proceedings žurnālā.
  3. Sagatavoti, parakstīti un pārsūtīti mobilitātes sadarbības līgumi Oulu Universitātes partnerim.
  4. Veikta padziļināta izpēte par optiskajiem palīglīdzekļiem, ar kuru palīdzību varētu iegūt cirkulāri polarizētu starojumu turpmāko eksperimentu veikšanai. Rezultātā eksperimentam tika izlemts izmantot polimēra plēvi (to ir vieglāk pielāgot eksperimentam) cirkulāra EM starojuma iegūšanai diapazonā no 400 - 700 nm un pārbaudīt, vai būs iespējams iegūt kādas detektējamas audu struktūru īpašības šajā reģionā. Atlasīti dati turpmāko aprēķinu veikšanai no jauniegūtajiem mērījumiem LOC klīnikā, kuros tiek izmantots lineāri polarizēts starojums.

3. ceturksnis (01.07.2018 - 30.09.2018)

  • Izveidota iekārta cirkulāri polarizētas gaismas atstarošanās no ādas virsmas izpētei. Izveidotā iekārta sastāv no multispektrālās kameras Nuance EX, kuras sastāvā ir lineārais polarizators, gaismas avota (halogēna lampas + gaismas diodes) un plēve cirkulāra elektromagnētiskā starojuma iegūšanai, kas novietots gaismas avota ceļā un pārveido nepolarizētu gaismu cirkulāri polarizētā. Lai pārbaudītu, kā dažādas ādas struktūras atstaro dažādos leņķos polarizētu gaismu, tika mainīts plēvītes leņķis ar soli 45° un uzņemti attēli spektra diapazonā no 450 - 950 nm (ar soli 10 nm). Rezultātā tika iegūti veselas ādas, labdabīgu nēvusu un seborejas keratozes multispektrālie dati, kas mērīti 8 dažādos leņķos (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° un 315°). 
  • Tika iesniegta tēze: Janis Spigulis, Uldis Rubins, Edgars Kviesis-Kipge, Andris Grabovskis, Aleksejs Lihacovs, Ilze Lihacova, Dmitrijs Bliznuks, Ilona Kuzmina, Ilze Oshina, Marta Lange, “Advanced imaging technologies for distant assessment of in-vivo skin,” kurā esmu kā līdzautore, konferencei Northern Optics & Photonics konferencei, kas notiks Zviedrijā, Lundā, 12. - 14. Septembrī, 2018.  
  • 30. jūlijs līdz 23. septembris - atvaļinājums.
  • Publicēta tēze: Janis Spigulis, Uldis Rubins, Edgars Kviesis-Kipge, Andris Grabovskis, Aleksejs Lihacovs, Ilze Lihacova, Dmitrijs Bliznuks, Ilona Kuzmina, Ilze Oshina, Marta Lange, “Advanced imaging technologies for distant assessment of in-vivo skin” Northern Optics & Photonics  2018 konferenču materiālos. Tēze pieejama šeit: photonicsweden.org/wp-content/uploads/NorthernOptics2018_proceedings.pdf
  • Sagatavota informatīva prezentācija un posteris par projektu un tā esošajām un plānotajām aktivitātēm. Dalība Zinātnieku naktī 28. septembrī, programma pieejama http://www.asi.lu.lv/New/programma2018.pdf.

4. ceturksnis (01.10.2018 - 31.12.2018)

  • Mobilitāte uz Oulu Universitāti Somijā (8. - 19.10). Tika apmeklēta Oulu Universitāte, Optoelektronikas un mērījumu tehniku (Optoelectronics and measurement techniques laboratory) laboratorija, Igor Meglinski vadībā. Tika veikta tīklošanās, prezentatīva iepazīstināšana ar projekta “Jaunas un rentablas multi- modālas metodikas izstrāde un klīniska aprobācija ādas vēža agrīnai diagnostikai” mērķiem, uzdevumiem un metodikām. Tika apmeklēta ekskursija pa laboratoriju, apskatīti dažādi veikto eksperimentu darba galdi, tajā skaitā arī galdi, kas paredzēti cirkulārās un lineārās polarizācijas mērījumiem. Tika noskaidrots, ka cirkulārā polarizācija nav tik viegli “izjaucama” salīdzinājumā ar lineāro polarizāciju, tādēļ, pareizi detektējot atpakaļ atstaroto starojumu, iespējams iegūt informāciju no dziļākiem ādas slāņiem, informāciju par kolagēnu. Kolagēna attēlošana varētu stipri uzlabot esošo metodiku, jo zināms, ka melanomās kolagēna struktūras ir neviendabīgākas kā tas ir veselā ādā un citos ādas veidojumos. Tika noskaidrots, kādu literatūru izpētīt, lai labāk izprastu cirkulāro polarizāciju. I. Meglinski ieinteresēja manis izveidotais melanomas diagnostikas kritērijs un kopā apspriedām tā fizikālo skaidrojumu. Rezultātā nolēmām pētīt šo parametru tuvāk un, sadarbībā ar Anton Sdobnov (Oulu Universitāte), veikt papildus pētījumu, izmantojot lāzeru speklu kontrasta analīzi. 
  • Tika izstrādāts koncepts nākamajam ādas veidojumu diagnostikas prototipam. Tā sastāvā iekļaujot cirkulāro polarizāciju. Tīklošanās rezultātā tika noskaidrots, ka cirkulāri polarizēts starojums, atstarojoties no ādas virsmas, maina savu rotācijas virzienu uz pretējo, bet atstarojoties no kolagēna ādā, tas savu rotācijas virzienu nemaina, tādējādi ar pirmo detektoru būtu iespējams izslēgt no virsmas atstaroto starojumu, bet ar otru iegūt informāciju par kolagēna struktūru ādā. 
  • Tika veikts darbs pie bazālo šūnu karcinomas atšķiršanas no labdabīgajiem ādas veidojumiem. Vispirms tika veikta korekcija zaļajā un sarkanajā kanālā, balstoties uz baltās references mērījumiem, kas tiek veikti tieši pirms ādas veidojumu mērījumiem. Tika izvirzīta hipotēze, ka bazālo šūnu karcinomām varētu būt atšķirīgs taisnes, kas vilkta starp zaļā kanāla intensitātēm un sarkanā kanāla intensitātēm, slīpuma koeficients.
  • Tika sagatavots, parakstīts un nosūtīts mobilitātes sadarbības līgums ar Bulgārijas zinātņu akadēmiju.
  • Tika izveidots skripts klīnisko mērījumu datu, kuros tiek izmantota lineārā polarizācija, korekcijai (zaļajam un sarkanajam kanālam) un slīpuma koeficienta (starp G un R kanāla intensitātēm) aprēķinam. Sākta lineāri polarizēto datu apstrāde- slīpuma koeficienta aprēķini. Pirmie rezultāti neuzrādīja būtisku atšķiramību starp bazālo šūnu karcinomām, nēvusiem un hiperkeratozēm. Plānots papildināt datu kopu un turpmāk iekļaut aprēķinos tikai bazālo šūnu karcinomas, kuras ir apstiprinātas arī histoloģiski vai citoloģiski.
  • No 10. - 24. decembrim darbnespēja.
  • Sagatavots ziņojums (Milestone M1.1) par cirkulāri polarizēta starojuma piemērošanu lētai ādas attēlošanas tehnikai turpmākam medicīniskam pielietojumam un Deliverable D1.1. jeb kopsavilkums par metodi ādas optisko īpašību noteikšanai.

5. ceturksnis (01.01.2019 - 31.03.2019)

  • No 02.01.2019. - 13.01.2019. darbnespēja.
  • Sagatavota prezentācija par paveikto 2018. gadā (prezentēta 8. janvārī LU sēdē, darbnespējas dēļ prezentēja A. Ļihačovs).
  • Pieteikts referāts: A. Sdobnov, A. Bykov, A. Popov, I. Lihacova, A. Lihachev, J. Spigulis, and I. Meglinski, “Combined multi-wavelength laser speckle contrast imaging and diffuse reflectance imaging for skin perfusion assessment” European Conferences on Biomedical Optics (ECBO) konferencei, kas notiks 23. - 27. jūnijam, Minhenē, Vācijā.
  • 24. janvārī dalība LU ASI seminārā ar prezentāciju kandidatūrai uz vadošā pētnieka amata vietu LU ASI, kurā prezentēti projekta aktuālās darbības un rezultāti.
  • 8. februārī saņemts Latvijas Zinātņu akadēmijas prezidenta Pateicības raksts par 2018. gada sasniegumu lietišķajā zinātnē par iesniegto sasniegumu “Portatīva ierīce ādas vēža agrīnai bezkontakta diagnostikai,” kurā iekļauta pēcdoktorantūras projektā attīstītā metodika.
  • 20. februārī par šo sasniegumu tika sniegta prezentācija ar nosaukumu “Portatīva ierīce ādas vēža agrīnai bezkontakta diagnostikai.”
  • Sagatavots un iesniegts konferenču raksts: Marta Lange, Emilija Vija Plorina, Ilze Lihacova, Janis Spigulis, “Skin cancer screening - better safe than sorry,” SHS Web of Conferences, 7th International Interdisciplinary Scientific Conference SOCIETY. HEALTH. WELFARE.
  • 14. - 22. februārī tīklošanās ar M.Sc. Martin Kolar no Brno University of Technology, Čehija. Detalizēti tika izskaidrota pēcdoktorantūras projektā izstrādātās metodikas problemātika un rastas iespējamās turpmākās sadarbības iespējas. Mobilitātes braucienā plānoto eksperimentu saskaņošana, inventāra apzināšana, paraugu sarunāšana ar kontaktpersonu (E. Borisova) no Elektronikas Institūta, Bulgārijas Zinātņu akadēmijas.
  • 24. - 29. martā mobilitātes brauciens uz Emila Djakova Elektronikas institūtu, Bulgārijas Zinātņu akadēmiju, Biofotonikas laboratoriju. Vizītes laikā tika veikti mērījumi, izmantojot 808 nm, 100 mW lāzeru, NIRQuest 2.1. (no 900 - 2100 nm) un USB4000 (200 - 1100 nm) spektrometrus. Mērījumi tika veikti nēvusa paraugam ex-vivo. IR autofluorescence netika novērota. Papildus tam tika veikti mērījumi, izmantojot 785 nm, 100 mW lāzeru un OceanOptics USB mini spektrometru. Tika iegūti infrasarkanās autofluorescences spektri dažādām ādas patoloģijām - nepigmentētai un pigmentētām bazālo šūnu karcinomām, pigmentētiem nēvusiem, displastiskam nēvusam un melanomai. Prezentēts pēcdoktorantūras projekts zinātniskajā seminārā, kā arī veikta tīklošanās ar Bulgārijas zinātniekiem.

6. ceturksnis (01.04.2019 - 30.06.2019)

  • No 3. - 5. aprīlim tika apmeklēts Ādas vēža advencētas ārstēšanas un tehnoloģijas kongress (The World Congress on Advanced Treatments and Technologies in Skin Cancer), kas notika Vīnē, Austrijā, lai noskaidrotu jaunākās tendences ādas vēža diagnostikā un ārstēšanā.
  • Aprīlī tika analizēti infrasarkanās autofluorescences dati (ierosme ar 785 nm 100 nW lāzeru). Dati tika iegūti Bulgārijā, Elektronikas institūtā no dažādiem ex- vivo ādas paraugiem (bazālo šūnu karcinomas, plakanšūnu karcinomas, melanomas, displastiskie nēvusi, nēvuss- dažādi ādas slāņi), kas tiek uzglabāti formaldehīdā. Pēc normēšanas visi spektri uzrādīja vienādu formu, tādēļ tika izvēlēts analizēt paraugu intensitātes. Tika iegūts, ka pigmentētajiem ādas veidojumiem ir zemāka autofluorescences intensitāte, nekā nepigmentētajiem, kas ir pretrunā ar literatūrā aprakstīto. Kā arī tika iegūts, ka nēvusa dažādi ādas slāņi- epiderma, derma un hipoderma ir ar stipri līdzīgām intensitātēm, kas norāda uz to, ka intensitātei ar melanīna koncentrāciju nav tiešas korelācijas. Savukārt, veicot mērījumus in vivo ādā, tika iegūts, ka pirksta virspusē, kur ir lielāka melanīna koncentrācija, ir lielāka autofluorescences intensitāte nekā pirkstgala apakšpusē, kas sakrīt ar literatūrā pieejamajiem rezultātiem, bet nesakrīt ar ex-vivo paraugu datiem. 25. aprīlī Bulgārijā iegūtie rezultāti prezentēti LU ASI seminārā.
  • Maijā tika veikta komunikācija ar Bulgārijas un Krievijas zinātniekiem, lai interpretētu iegūtos autofluorescences rezultātus. Tika secināts, ka šiem eksperimentiem būtu nepieciešams filtrs ar augstāku optisko blīvumu OD > 10. Tā kā lāzera līnija pilnībā netika bloķēta ar izvēlēto filtru, rezultātā datus ir grūti interpretēt.
  • Tika sagatavota un iesniegta publikācija: A. Sdobnov, A. Bykov, A. Popov, I. Lihacova, A. Lihachev, J. Spigulis, and I. Meglinski, “Combined multi-wavelength laser speckle contrast imaging and diffuse reflectance imaging for skin perfusion assessment.”
  • No 7. - 16. maijam atvaļinājums.
  • 17. maijā prezentēts pēcdoktorantūras projekts LU rīkotajā pasākumā “Zināšanu agora.”
  • No 20. maija. –  2. jūnijam atvaļinājums.
  • 29. maijā tika saņemta “REGIOSTARS” konkursa balva, kur projekts “Portatīva ierīce ādas vēža agrīnai bezkontakta diagnostikai,” kura pamatā ir pēcdoktorantūras projektā izstrādātās multi modālās metodes, ieguva pirmo vietu (https://regiostars.lv/portfolio-item/1-vieta-portativa-ierice-adas-veza-agrinai-bezkontakta-diagnostikai-projekta-pieteicejs-latvijas-universitate/?fbclid=IwAR24pWBzbyTFo48HtEgMNmHVefoptjgijgs9RSiocc-wi1b7rHbflBV8BGI ).
  • Tika sniegta intervija žurnālam IR. Publicēts populārzinātniskais raksts: Gunita Nagle “Kā izķert melanomu,” kurā pieminēta pēcdoktorantūras projektā izstrādātās metodes attīstība, aktualitāte un rezultāti.
  • Tika veikti papildus polarizācijas eksperimenti 10 nēvusu grupai. Tika iegūti multispektrālie attēli, izmantojot 4 dažādas polarizācijas metodes, kur lineāri polarizatori pretī gaismas avotam un uztvērējam novietoti 1) paralēli, 2) perpendikulāri un, kur izmantoti 3) vienādi vērsti un 4) pretēji vērsti cirkulārie polarizatori, kas novietoti pretī gaismas avotam un uztvērējam.
  • No 18. - 19. jūnijam apmeklēts Baltijas reģiona jauno zinātnieku tīklošanās pasākums (“Engaging in research policy discussions. An event for early career researchers from Baltic region”) Tallinas Zinātņu akadēmijā. Pasākumā uzstājos ar runu, kur iezīmēju galvenās nepilnības, kas saistītas ar projektu īstenošanu. Veikta tīklošanās ar jaunajiem zinātniekiem ne tikai no Baltijas reģiona, bet arī no citām Eiropas daļām. Informācija par pasākumu pieejama šeit: https://www.facebook.com/pg/teadusteakadeemia/photos/?tab=album&album_id=2380985112146714&__tn__=-UCH-R .
  • No 23. - 27. jūnijam dalība European Conferences on Biomedical Optics konferencē ar referātu: A. Sdobnov, A. Bykov, A. Popov, I. Lihacova, A. Lihachev, J. Spigulis, and I. Meglinski, “Combined multi-wavelength laser speckle contrast imaging and diffuse reflectance imaging for skin perfusion assessment.” Konferences tēze pieejama SPIE aplikācijā, kā arī būs pieejama šeit: spie.org/EBO/conferencedetails/novel-biophotonic-techniques-and-applications. Konferences laikā apmeklētas prezentācijas un pasākumi, kā arī veikta tīklošanās ar jaunajiem zinātniekiem biomedicīniskās optikas jomā.
  • Milestone 2.1. "Ieteikumi par NIR AF attēlošanu, izmantojot LED un RGB / CMOS sensorus" sagatavošana.

7. ceturksnis (01.07.2019 - 30.09.2019)

  • Tā kā Bulgārijas Zinātņu akadēmijā, Elektronikas institūtā iegūtie rezultāti bija neviennozīmīgi, tika izveidota NIR autofluorescences attēlošanas sistēma, lai noskaidrotu, vai ir iespējams iegūt NIR ierosinātu ādas AF. Tika veikti eksperimenti, izmantojot 808 nm lāzerdiodes gaismas avotu, RGB/CMOS kameru un 825 nm, OD ≥ 4 long pass filtru. Tā kā esošajam filtram OD pie 808 nm ir mazāks (OD808 = 4) nekā tas bija Bulgārijā veiktajos mērījumos ar 785 nm lāzeru (pie 785 nm konkrētajam filtram OD785 = 5), lāzera ierosmes starojumu nebija iespējams pietiekami nofiltrēt un ādas autofluorescences signālu nebija iespējams iegūt.  
  • No 01.08.2019. - 30.08.2019. ikgadējais atvaļinājums.
  • Tika izplānots tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātas ādas autofluorescences attēlošanas eksperimentālais stends. Eksperimentālajā stendā tiks izmantots Ramana long pass 785 nm filtrs ar OD ≥ 6, CMOS kamera. Dalība ar informatīvu plakātu par pēcdoktorantūras projekta darbību Zinātnieku naktī 27.09.2019. 

8. ceturksnis (01.10.2019 - 31.12.2019)

  • Oktobrī tika veikts eksperiments ar mērķi iegūt tuvā infrasarkanā ierosinātas ādas autofluorescences attēlus. Eksperimentā tika izmantots 808 nm lāzerdiode, Edmund Optics 825 nm longpass filtrs un CMOS kamera. Autofluorescence netika novērota, visticamāk dēļ tā, ka filtrs pilnībā nenobloķē (OD≥4) lāzerdiodes starojumu. Lai iegūtu ādas autofluorescenci, tika izmantota 760 nm LED diode, spektrometrs un nomainīts filtrs uz 785 nm Ramana longpass edge filtru ar lielāku OD (OD ≥ 6). Tā kā 760 nm diodei ir ļoti plata emisijas josla (diodes emisija bija novērojama arī pēc 785 nm), LED starojums varētu aizēnot vājo autofluorescenci. Lai saprastu labāk tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātu ādas autofluorescenci, uz laboratoriju tika uzaicināts eksperts Ivans Bratčenko (Ivan Bratchenko), kam ir izdevies iegūt ādas autofluorescences Ramana spektrus un kurš apgalvo, ka ādai ir novērojama tuvā infrasarkanā starojuma ierosināta autofluorescence. Tika sniegta intervija Latvijas Televīzijas raidījumam “Izziņas impulss” (21.11.2019. raidījuma 2. daļa: ltv.lsm.lv/lv/raksts/21.11.2019-izzinas-impulss.id173231/LU.
  • Novembrī, lai izvairītos no LED starojuma aiz 785 nm Ramana long pass filtra robežas, tika veikts eksperiments izmantojot 660 nm LED. Eksperimentā tika izmantots 785 nm Ramana longpass edge filtrs un spektrometrs, bet joprojām autofluorescence netika novērota. No 11. - 15. novembrim laboratorijā tika uzņemts doktorantūras students Deyan Ivanov no projekta partnera institūcijas Bulgārijā (Bulgārijas zinātņu akadēmijas, Elektronikas institūts, Sofija, Bulgārija), lai iegūtu tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātu autofluorescenci no ādas paraugiem formalīnā. Sadarbojoties ar pētnieku Mindaugas Tamošiūnas no Vytautas Magnus Universitātes (Viļņa, Lietuva), izmantojot Ramana spektroskopijas sistēmu (ar 785 nm lāzera ierosmi), tika nomērīti pigmentēti un nepigmentēti ādas veidojumi. Deyan Ivanov vizītes laikā tika veikti eksperimenti, kā arī tīklošanās pasākumi. No 18. - 23. novembrim laboratorijā tika uzņemts zinātnieks Ivan Bratchenko, kas ir eksperts par tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātas autofluorescences ādā mērījumiem, izmantojot Ramana spektroskopijas sistēmu (ar 785 nm lāzera ierosmi). Sadarbojoties ar lietuviešu zinātnieku Mindaugas Tamošiūnas, tika sagatavotas melanomas un labdabīgas šūnas, kuru spektri tika uzņemti izmantojot Ramana spektroskopijas sistēmu. Papildus tika uzņemti arī ādas un pigmentēta nēvusa Ramana spektri. Tika veikti zinātniskās tīklošanās pasākumi.
  • Decembrī tika sagatavots un iesniegts populārzinātniskais raksts I. Lihacova, A. Lihachev, D. Bliznuks “Portable device for early noninvasive diagnosis of skin cancer” Latvijas Zinātņu Akadēmijas gadagrāmatai 2020. Tika apstrādāti decembrī iegūto melanomas un nemelanomas šūnu dati. Pirmajā tuvinājumā būtiskākās atšķirības, starp melanomas un nemelanomas šūnu tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātās autofluorescences spektriem, kas varētu tikt izmantotas attēlošanā, tika novērotas spektra intervālā no 940- 960 nm.

9. ceturksnis (01.01.2020 - 31.03.2020)

  • Janvārī tika izanalizēti Raman spektri, kas tika iegūti no melanomas un nemelanomas šūnām. No rezultātiem secināts, ka nav viennozīmīgas korelācijas starp melanomu un nemelanomu 785 nm ierosinātas autofluorescences intensitātēm. Melanomu šūnu autofluorescences spektra forma atbilst I. Bratchenko et al. 2017. g. publicētajajiem rezultātiem, kas ļauj atšķirt melnomu šūnas no nemelanomu šūnām, izmantojot tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātu autofluorescences spektra formu intervālā no 800 - 900 nm. Lai atšķirtu melanomu šūnas no nemelanomu šūnām, nepieciešams iegūt tuvā infrasarkanā starojuma ierosinātas autofluorescences spektra formu, taču šī metode nav piemērota ātrai, vienkāršotai attēlošanas tehnikai. Iegūtie rezultāti tika prezentēti LU konferencē 2020. g. 14. februārī.
  • Februārī tika sagatavoti un iesniegti pieteikumi divām konferencēm: I.Lihacova, A. Lihachev, M.Lange, E.V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss, “Non- invasive multimodal imaging system for skin cancer detection,” “The 2nd World Congress on Advanced Treatments in Skin Cancer (Skin-Cancer2020)” kongresam Berlīnē, Vācijā 2. - 3. aprīlī. Covid-19 dēļ kongress tika atcelts uz nezināmu laiku, bet abstract tika pieņemts, tas tiks prezentēts, tiklīdz tas būs iespējams. I.Lihacova, A. Lihachev, M.Lange, E.V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss,” Optical multimodal non-invasive diagnostics of skin cancer,” "International Conference on Biomadical Photonics 2020," Monpeljē, Francijā 16.-18. aprīlī. Abstract tika pieņemts, taču Covid-19 dēļ konference tika atcelta un pārcelta uz nākamo gadu. Dalība 78. LU konferencē 2020. g. 14. februārī ar postera prezentāciju par projekta 2. gada rezultātiem, kā arī Zinātņu padomes izvērtējumam prezentēta projekta 2. gada atskaite.
  • Martā sagatavots sadarbības līgums starp LU ASI un Veneroloģijas, dermatoloģijas un onkoloģijas centru Ungārijā, Semmelveisā, kur līdz šim un turpmāk, tiklīdz tas būs iespējams, tiks veikti mērījumi ar multimodālo attēlu iegūšanas prototipu. Uzsākts darbs pie uzkrāto datu apkopošanas un kārtošanas, derīgo datu atlasīšanas un sagatavošanas automātiskai ielasīšanai un apstrādei, kā arī tiek veikts darbs pie attēlu apstrādes programmatūras izstrādes veselas ādas/ ādas veidojuma segmentācijai.

10. ceturksnis (01.04.2020- 30.06.2020)

  • Atvaļinājums no 1.04.2020. - 30.04.2020.
  • Automātiskam multispektālā p’ parametra aprēķinam un melanomas primārai diagnostikai tiek veidots ādas, marķiera un veidojuma segmentācijas algoritms, izmantojot mākslīgos neironu tīklus. Līdz šim brīdim ir izveidots marķiera atpazīšanas algoritms un tiek strādāts pie veselas ādas atpazīšanas.
  • Paralēli tam, izveidots datubāzes ielasīšanas algoritms, kas ielasa datus, kas iegūti atšķirīgos prototipa izstrādes un attēlu uzņemšanas laikos un atšķiras ar nosaukumu izveides un mērīšanas veikšanas struktūru. Uzsākts darbs pie p’ un autofluorescences karšu un vērtību aprēķina izveides, automātiska rezultāta izvades.
  • Iesniegtas divas tēzes konferencei Biophotonics Riga 2020, kas norisināsies 24. - 25. augustā, Rīgā, Latvijā: 1) I. Lihacova, A. Lihachev, M. Lange, E. V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss, “Optical multimodal non-invasive diagnostics of skin cancer.” 2) A. Lihachev, I. Lihacova, M. Lange, E. V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss,” Imaging of LED excited autofluorescence for skin lesions assessment.”
  • Nopublicēts populārzinātniskais raksts "Portable device for early diagnosis of skin cancer", Latvian Academy of Sciences Yearbook 2020, 56 lpp. Pieejams: http://www.lza.lv/images/stories/YearBook_2020.pdf
  • Metodikas klīniskai validācijai tiek izmantoti Latvijas onkoloģijas centrā, Rīgā uzkrātie multispektrālie dati. Kā arī ir izveidojusies sadarbība ar Dermatoloģijas, veneroloģijas un dermatoonkoloģijas fakultāti, Semmelveisas Universitātē, Budapeštā, Ungārijā, kur arī tiek veikti klīniskie mērījumi ar prototipu, kas izveidots sinerģijā ar ERAF projektu “Portatīva ierīce ādas vēža agrīnai bezkontakta diagnostikai,” un tiek uzkrāti multispektrālie dati. Uz šo brīdi datu uzkrāšana Latvijas onkoloģijas centrā nenotiek covid-19 izraisīto seku dēļ, bet Budapeštā mērījumi ir atsākušies.

11. ceturksnis (01.07.2020- 30.09.2020)

  • Jūlijā- augustā darbs pie automātiskas ādas veidojuma un marķiera segmentācijas. Neironu tīklu apmācīšanai tiek izmantotas ādas veidojumu maskas (labākās maskas ar precīzām robežām), kuras iegūtas ar Matlabā izstrādātu algoritmu. Rezultāti publicēti 3rd international conference Biophotonics Riga 2020 (24.08.2020.-25.08.2020., Rīga, Latvija) konferencē.
  • Dalība konferencē ar 2 referātiem:
  1. I. Lihacova, A. Lihachev, M. Lange, E. V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss, “Optical multimodal non-invasive diagnostics of skin cancer.”
  2. A. Lihachev, I. Lihacova, M. Lange, E. V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss,” Imaging of LED excited autofluorescence for skin lesions assessment.”
  • Sagatavoti un iesniegti divi raksti SPIE Proceedings konferenču materiāliem:
  1. J. Spigulis, I.Kuzmina, I. Lihacova, V. Lukinsone, B. Cugmas, A. Grabovskis, E. Kviesis-Kipge, and A.Lihachev, "Biophotonics research in Riga: recent projects and results."
  2. I. Lihacova, A. Lihachev, M. Lange, E. V. Plorina, E. Cibulska, D. Bliznuks, A. Derjabo, N. Kiss, "Challenges of automatic processing of large amount skin lesion multispectral data."
  • Atvaļinājums no 31.08.2020.- 20.09.2020.
  • Lai uzlabotu segmentāciju, tika izlemts pārtrenēt neironu tīklu, izmantojot uz reģiona balstīta konvolūcijas neironu tīkla (R-CNN jeb Region-Based Convolutional Neural Network) modeli. Tiek veikta ādas veidojumu attēlu anotācija un tīkla apmācība, lai iegūtu precīzākas ādas veidojuma un marķiera reģionu maskas. Metodikas klīniskai validācijai tiek izmantoti Latvijas onkoloģijas centrā, Rīgā un Dermatoloģijas, veneroloģijas un dermatoonkoloģijas fakultātē, Semmelveisas Universitātē, Budapeštā, Ungārijā, uzkrātie multispektrālie dati. Iespēju robežās, joprojām tiek uzkrāti multispektrālie dati gan Latvijā, gan Ungārijā.

12. ceturksnis (01.10.2020- 31.12.2020)

Atvaļinājums: 19.10.2020. - 01.11.2020. un 17.12.2020. - 30.12.2020.

12. novembrī PostDoc projekta "Jaunas un rentablas multi-modālas metodikas izstrāde un klīniska aprobācija ādas vēža agrīnai diagnostikai" gala atskaite LU ASI seminārā. Šajā ceturksnī tika sagatavotas derīgas multispektrālo attēlu datu kopas (>400) 17 atšķirīgām ādas veidojumu diagnozēm. Katrā kopā ietilpst savā starpā stabilizēti 3 difūzās refleksijas attēli zaļajā, sarkanajā un infrasarkanajā spektra joslā, autofluorescences attēls, marķiera maska un ādas veidojuma maska, kas tālāk var tikt izmantoti dažādu multispektrālu un multimodālu parametru ātram aprēķinam. Izveidoti box-whisker grafiki 17 atšķirīgām ādas veidojumu diagnozēm. Iegūti vidējo, vidējo maksimālo, vidējo minimālo, visbiežāk sastopamo vērtību sadalījumi veidojumā grafiki šādiem parametriem: G, R, IR, UV, G/G_skin, R/R_skin, IR/IR_skin, UV/UV_skin, p'=Lg[(G*R_skin*IR_skin)/(G_skin*R*IR)], E=Lg[(G*R_skin)/(G_skin*R)], M*=Lg[(R*IR_skin)/(R_skin*IR)], Lg[(G*R*IR)/(G_skin*R_skin*IR_skin)].

Sagatavotas un iesniegtas divas publikācijas: 1) Ilze Lihacova, Andrey Bondarenko, Yuriy Chizhov, Dilshat Uteshev, Dmitrijs Bliznuks, Marta Lange, Norbert Kiss, Alexey Lihachev, “Multi-class CNN for classification of multispectral and autofluorescence skin lesion clinical images” (submitted to MDPI journal Sensors). 2) Klára Farkas, Szabolcs Bozsányi, Dóra Plázár, András Bánvölgyi, Luca Fésűs1, Pálma Anker, Sára Zakariás, Ilze Lihacova, Alexey Lihachev, Marta Lange, Tamás Arányi, Norbert M Wikonkál, Márta Medvecz and Norbert Kiss, “Autofluorescence imaging of the skin is an objective non-invasive technique for diagnosing pseudoxanthoma elasticum”, MDPI, Diagnostics (under review, first round), submitted 30.12.2020. Sagatavots Deliverable D3.1. Sagatavots tehnoloģijas apraksts TR.

Metodikas klīniskai validācijai tika izmantoti Latvijas onkoloģijas centrā, Rīgā un Dermatoloģijas, veneroloģijas un dermatoonkoloģijas fakultātē, Semmelveisas Universitātē, Budapeštā, Ungārijā, uzkrātie multispektrālie dati.

Sagatavots Deliverable D4.1.