Academic CentreProjekta nosaukums: Metode iekaisuma apjoma un līmeņa novērtējumam ādā, izmantojot plaša apgabala hiperspektrālo attēlošanu un atstarotās gaismas konfokālo mikroskopiju.
Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/4/20/665
Projekta vadītājs (pēcdoktorants): pētniece, Dr. Inga Saknīte
Projekta sadarbības partneri: Dr. Eric Tkaczyk, Vanderbilt Dermatology Translational Research Clinic (VDTRC.org), Vanderbilta Universitātes Medicīnas Centrs, Nešvila, Tenesī, ASV.
Projekta īstenošanas termiņš: 1.07.2021. - 30.06.2023.
Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 89,203.92 EUR, LU daļa: 4,460.22 EUR
Projekta mērķis: Attīstīt metodi iekaisuma (eritēmas, apsārtuma) apjoma un līmeņa novērtējumam ādā, izmantojot neinvazīvu hiperspektrālo attēlošanu un atstarotās gaismas konfokālo mikroskopiju.
Projekta rezultāti: 2 publikācijas, 3 starptautisku zinātnisku konferenču tēzes, 1-4* mobilitātes komandējumi, 2-3* komunikācijas un sabiedrības iesaistes pasākumi, 3-6* zinātnisku semināru prezentācijas (*precīzs skaits atkarīgs no ceļošanas ierobežojumiem projekta izpildes laikā).
Kontaktinformācija: inga.saknite@lu.lv
I ceturksnis (01.07.2021. – 30.09.2021.)
Mobilitāte Vanderbilta Universitātes Medicīnas centrā (VUMC) Nešvilā, Tenesī štatā, ASV
- Ieguvu ētikas atļauju, lai veiktu klīniskus pētījumus VUMC.
- Izveidoju plānu trim klīniskajiem pētījumiem:
- Iekaisuma apgabala noteikšana, izmantojot plaša apgabala hiperspektrālās attēlošanas sistēmu;
- Mikroskopiska ādas audu morfoloģijas attēlošana iekaisuma līmeņa noteikšanai, izmantojot atstarotās gaismas konfokālo mikroskopu;
- Mikroskopiska leikocītu-endotēlijšūnu mijiedarbības attēlošana virsējos ādas asinsvados iekaisuma līmeņa noteikšanai, izmantojot atstarotās gaismas konfokālo mikroskopu.
- Nokomplektēju plaša apgabala hiperspektrālās attēlošanas sistēmu, izmantojot HinaLea 4200 hiperspektrālās attēlošanas kameru, gaismas diožu gredzenu EffiLux EFFI-Ring un statīvu.Testēju nokomplektēto sistēmu, veicot veselas ādas (bez iekaisuma) attēlošanu.
- Ieguvu klīniskos datus 5 pacientos ar ādas iekaisumu:
- Izmantojot hiperspektrālo attēlošanu;
- Izmantojot atstarotās gaismas konfokālo mikroskopiju.
- Prezentācija Vanderbilta Biofotonikas centra seminārā: “The reliability of annotations in 2D photos of 3D surfaces of the human body” (latviski: Anotāciju ticamība, izmantojot divdimensionālas fotogrāfijas trīsdimensionāla cilvēka ķermeņa attēlošanā).
II ceturksnis (01.10.2021. – 31.12.2021.)
Mobilitāte Vanderbilta Universitātes Medicīnas centrā (VUMC) Nešvilā, Tenesī štatā, ASV, līdz 2021. gada 23. novembrim
Ieguvu klīniskos datus 3 hroniska ādas saimnieks-pret-transplantātu slimības (graft-versus-host disease, GVHD) pacientos ar akūtu slimību (iekaisumu), izmantojot hiperspektrālo attēlošanu. Kopumā līdz šim iegūti 8 pacientu dati (no 15). Zemā apgaismojuma dēļ, hiperspektrālo attēlu masīvus bija iespējams iegūt vien nelielam ādas apgabalam: 3x4 mm2. Pilotpētījumam šie dati būs noderīgi, lai novērtētu metodes efektifitāti izšķirt apsārtumu no pigmentācijas.
Ieguvu klīniskos datus 10 GVHD pacientos ar akūtu slimību (iekaisumu), izmantojot atstarotās gaismas konfokālo mikroskopiju. Kopumā līdz šim iegūti 15 pacientu dati (no 30). Katram pacientam tika iegūti gan mikroskopiski 6x6 mm2 attēli četros dažādos ādas slāņos, gan arī 20 video dažādos 500x500 kvadrātmikronu reģionos 6x6 mm2 apgabalā apmēram 50 – 100 mikronus zem ādas virsmas. Kopējais video garums apmēram 10 minūtes.
Biofotonikas laboratorijā, Atomfizikas un spektroskopijas institūtā, Rīgā, Latvijā
Hiperspektrālo datu analīze:
Izveidoju hiperspektrālo datu analīzes plānu, kā arī izveidoju un testēju divus dažādus spektrālās analīzes algoritmus programmēšanas vidē Matlab: (a) izmantojot virsotņu komponenšu analīzes (vertex component analysis) metodi un (b) izmantojot ādas hromoforu kartēšanu un Bēra-Lamberta-Bugēra likumu. Abu algoritmu rezultāts ir izšķirti un kartēti trīs dažādi ādas apgabali: apsārtums (iekaisums), pigmentācija (paaugstināta vai pazemināta) un normāla āda. Kā standarts abu metošu rezultātu salīdzināšanai tiks izmantota apmācīta studenta (Shinwho Kwun, VUMC) anotācija, kas tiks uzskatīta par patiesu eritēmas un pigmentācijas sadalījumu katrā ādas attēlā. Salīdzinot algoritma kartēšanas rezultātu ar studenta manuālo anotāciju gan eritēmai, gan pigmentācijai, tiks iegūta algoritma precizitāti (accuracy). Tādējādi būs iespējams salīdzināt abus izveidotos algoritmus un izvēlēties algoritmu ar augstāko precizitāti klīnisko datu analīzei.
Atstarotās gaismas konfokālās mikroskopijas datu analīze:
Lai saprastu eritēmu (ādas iekaisumu) mikroskopiskā līmenī, tika izveidota metode mikroskopisko datu analīzei no ādas apsārtuma apgabaliem. Mikroskopiskie dati ir attēli 6x6 mm2 ādas apgabalam četros dažādos ādas slāņos: epidermas augšējais slānis, epidermas apakšējais slānis, epidermas-dermas robežslānis un augšējais dermas slānis. Balsotties uz histopatoloģijas iezīmēm, tika izveidots saraksts ar 18 dažādām mikroskopiskām ādas iekaisuma iezīmēm. Lai nebūtu jāanalizē katras iezīmes esamība vai neesamība visā 6x6 mm2 apgabalā katrā no 4 slāņiem, izveidoju metodi, kurā tiek izvēlēti divi 1.5x1.5 mm2 apgabali ar izteiktu dažādu morfoloģisku iezīmju esamību.
Uzaicināts referāts (mutiska prezentācija) IX starptautiskajā fizikas konferencē par godu F. Pianca 2021. gada 22.-23. decembrī Rīgā, Latvijā (virtuāli) ar nosaukumu “Biophotonics for patient care: building a translational research team at a medical center in the United States” (Biofotonika pacientu aprūpei: starpnozaru pētniecības grupas izveide medicīnas centrā Amerikas Savienotajās Valstīs). Abstrakts konferences mājaslapā: http://dragon.lv/F_Pianca/Abstracts/Inga_Saknite.pdf
Publicitāte
Projekta vadītājas I. Saknītes ziņojums par paveikto projektā 2021. gadā
Projekta vadītāja, LU Atomfizikas un spektroskopijas institūta Biofotonikas laboratorijas vadošā pētniece Dr. Inga Saknīte Saknīte aktīvi iepazīstina ieinteresētos ar savu projektu “Metode iekaisuma apjoma un līmeņa novērtējumam ādā, izmantojot plaša apgabala hiperspektrālo attēlošanu un atstarotās gaismas konfokālo mikroskopiju”. 2022. gada 3. jūnijā Dr. I.Saknīte uzstājās FOTONIKA-LV kolokvijā Šķūņu ielā 4, Rīgā. Prezentācijā ar nosaukumu “Biofotonikas tehnoloģijas ādas attēlošanai: pieredze Vanderbilta Universitātes Medicīnas centrā ASV” Dr. I. Saknīte stāstīja par saviem pēcdoktorantūras pētījumiem ādas attēlošanā. Izmantojot atstarotās gaismas konfokālo videomikroskopiju, Dr. I. Saknīte analizēja imūno šūnu kustību virsējos ādas asinsvados pacientos pēc cilmes šūnu transplanta.
2022. gada 17. jūnijā Latvijas Universitātes Atomfizikas un spektroskopijas institūta vadošā pētniece Dr. Inga Saknīte uzstājās Elektronikas un datorzinātņu institūta seminārā Dzērbenes ielā 14, Rīgā. Prezentācijas nosaukums: “Ādas slimību analīze ar mākslīgo intelektu: pieredze Vanderbilta Universitātes Medicīnas centrā ASV”.
Seminārā Dr. Saknīte dalījās pieredzē mākslīgā intelekta pielietojumos ādas slimību analīzei Dermatoloģijas departamentā, Vanderbilta Universitātes Medicīnas centrā, Nešvilā, Tenesī štatā, ASV. Dr. Saknīte stāstīja par dažādiem klīniskajiem izaicinājumiem, piemēram, apsārtuma robežu noteikšanā pacientos pēc cilmes šūnu transplanta. Viņa pastāstīja arī par ādas veidojumu segmentēšanu un skaitīšanu pacientiem ar pērtiķu bakām.
1. McNeil A, Parks K, Liu X, Saknite I, Chen F, Reasat T, Cronin A, Wheless L, Dawant BM, Tkaczyk ER. Artificial intelligence recognition of cutaneous chronic graft-versus-host disease by a deep learning neural network. British journal of haematology. 2022 Mar 24.
2. McNeil AJ, House DW, Mbala P, Tshiani O, Dodd L, Cowan E, Chen Z, Marks M, Saknite I, Tkaczyk E, Dawant B. Application of U-Net with Inceptionv4 Encoder for Localizing and Counting Monkeypox Lesions in Patient Photographs.
3. Liu X, Parks K, Saknite I, Reasat T, Cronin AD, Wheless LE, Dawant BM, Tkaczyk ER. Baseline Photos and Confident Annotation Improve Automated Detection of Cutaneous Graft-Versus-Host Disease. Clinical hematology international. 2021 Sep;3(3):108.