Dr.med. Māris BukovskisDr.med. Māris BukovskisLatvijas Universitātes Eksperimentālās un klīniskās medicīnas Latvijas Universitātes Eksperimentālās un klīniskās medicīnas

institūtsinstitūtsPulmonoloģijas un alergoloģijas centrsPulmonoloģijas un alergoloģijas centrs

Paula Stradiņa klīniskā universitātes slimnīcaPaula Stradiņa klīniskā universitātes slimnīca

ERAF. 2.1.1.1.0 aktivitāte „Atbalsts zinātnei un pētniecībai”ERAF. 2.1.1.1.0 aktivitāte „Atbalsts zinātnei un pētniecībai”„Plaušu vēža diagnostikas metodes un datorprogrammas „Plaušu vēža diagnostikas metodes un datorprogrammas

prototipa izstrāde, izmantojot izelpas gaisa analīzi ar prototipa izstrāde, izmantojot izelpas gaisa analīzi ar mākslīgo ožas sensoru”mākslīgo ožas sensoru”

Vienošanās Nr. 2010/0303/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/043Vienošanās Nr. 2010/0303/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/043

Avicenna 980 – 1037; Biblioteca Apostolica VaticanaAvicenna 980 – 1037; Biblioteca Apostolica Vaticana

The Mackinney Collection ofThe Mackinney Collection ofMedieval Medical IllustrationsMedieval Medical Illustrations

Gaistošie organiskie savienojumi izelpas gaisā: Gaistošie organiskie savienojumi izelpas gaisā: sākums ... sākums ...

• 1971.g. Pauling et al. ar gāzu hromatogrāfijas 1971.g. Pauling et al. ar gāzu hromatogrāfijas palīdzību pierāda, ka izelpas gaisā atrodas vairāki palīdzību pierāda, ka izelpas gaisā atrodas vairāki simti gaistošu organisku savienojumu [Proc Natl simti gaistošu organisku savienojumu [Proc Natl Acad Sci USA 1971]Acad Sci USA 1971]

• Gaistošo organisko savienojumi (Gaistošo organisko savienojumi (volatile organic volatile organic componentscomponents) mērāmi pikomolārā jeb 10) mērāmi pikomolārā jeb 10-12 -12 mol/L mol/L koncentrācijākoncentrācijā

Pauling L et al. Quantitative analysis of urine vapor and breath by gas-liquid partition Pauling L et al. Quantitative analysis of urine vapor and breath by gas-liquid partition chromatography. Proc Natl Acad Sci U S A 1971; 68:2374–2376chromatography. Proc Natl Acad Sci U S A 1971; 68:2374–2376

Gaistošie organiskie savienojumi izelpas gaisāGaistošie organiskie savienojumi izelpas gaisā

izobutānsizobutānsmetanolsmetanolsetanolsetanolsbenzēnsbenzēnsformaldehīdsformaldehīdsksilēnsksilēns

acetonsacetonspentānspentānsdimetilsulfīdsdimetilsulfīdsoglekļa disulfīdsoglekļa disulfīdshidrogensulfīdshidrogensulfīdsacetaldehīdsacetaldehīds

Moser et al. Respir Physiol Neurobiol 2005Moser et al. Respir Physiol Neurobiol 2005

izoprēnsizoprēnspropanolspropanolsizopropanolsizopropanolstoluēnstoluēnsfenolsfenolsu.c., u.c.u.c., u.c.

• Gāzu hromatogrāfija un masspektrometrijaGāzu hromatogrāfija un masspektrometrija

Gaistošie organiskie savienojumi izelpas gaisāGaistošie organiskie savienojumi izelpas gaisā

Plaušu vēzisPlaušu vēzis Vesels smēķētājsVesels smēķētājs

Izelpas gaisa gāzu hromatogrāfija un masspektrometrijas analīzes datiIzelpas gaisa gāzu hromatogrāfija un masspektrometrijas analīzes dati

611 680 841611 680 841

27 no 29 pacientiem jeb 93% izdodas diferencēt plaušu vēzi27 no 29 pacientiem jeb 93% izdodas diferencēt plaušu vēzi

Plaušu vēzis: mirstība un agrīnas diagnostikas Plaušu vēzis: mirstība un agrīnas diagnostikas nozīmenozīme

• 5 gadu dzīvildze pacientiem ar III stadijas plaušu 5 gadu dzīvildze pacientiem ar III stadijas plaušu vēzi 20%vēzi 20%

• 5 gadu dzīvildze pacientiem ar I stadijas plaušu 5 gadu dzīvildze pacientiem ar I stadijas plaušu vēzi 70%vēzi 70%

• Krēpu analīžu, fluorescentās bronhoskopijas un Krēpu analīžu, fluorescentās bronhoskopijas un spirāles DT izmantošanaspirāles DT izmantošana

Lam S et al. Can Fam Physician 2001Lam S et al. Can Fam Physician 2001Mulshine JL et al. Chest 1995Mulshine JL et al. Chest 1995

Henschke CI et al. Radiol Clin North Am 2000Henschke CI et al. Radiol Clin North Am 2000

Gaistošie organiskie savienojumi: plaušu vēzisGaistošie organiskie savienojumi: plaušu vēzis

Gaistošie organiskie savienojumi pacientiem ar plaušu vēziGaistošie organiskie savienojumi pacientiem ar plaušu vēzi Butāns * 3-metil-tridekāns 7-metil-tridekāns 4-metil-oktāns 3-metil-heptāns Heptāns 2-metil-heksāns Pentāns 5-metil-dekāns

* labākais individuālais diskriminējošais faktors* labākais individuālais diskriminējošais faktors

Philips M et al. Chest 2003 Philips M et al. Chest 2003

Izelpas gaisa savākšanaIzelpas gaisa savākšana

1. 5 min. pacients mierīgi ar aizspiestu degunu 1. 5 min. pacients mierīgi ar aizspiestu degunu elpo caur trijzaru vienvirziena vārstu sistēmu elpo caur trijzaru vienvirziena vārstu sistēmu (Hans Rudolph Inc., Shawnee, USA)(Hans Rudolph Inc., Shawnee, USA)

Viena ieelpa nenodrošina izelpas gaisa Viena ieelpa nenodrošina izelpas gaisa attīrīšanos no gaistošo organisko savienojumu attīrīšanos no gaistošo organisko savienojumu piesārņojumapiesārņojuma

Dragoniere et al. J Allergy Clin Immunol 2007Dragoniere et al. J Allergy Clin Immunol 2007

Izelpas gaisa savākšanaIzelpas gaisa savākšana

2. Pēc 5 min. pacients veic maksimāli dziļu ieelpu 2. Pēc 5 min. pacients veic maksimāli dziļu ieelpu un izelpo polietilēna tereftalāta maisāun izelpo polietilēna tereftalāta maisā

Vai izelpas ātrums ietekmē rezultātusVai izelpas ātrums ietekmē rezultātus?? Izelpas plūsmas ātrums 0.1 – 0.2 L/s and 0.3 – Izelpas plūsmas ātrums 0.1 – 0.2 L/s and 0.3 –

0.5 L/s neietekmē izelpas gaisa smaržu 0.5 L/s neietekmē izelpas gaisa smaržu nospiedumunospiedumu

Dragoniere et al. J Allergy Clin Immunol 2007Dragoniere et al. J Allergy Clin Immunol 2007

h

3. Tūlītēja izelpas gaisa analīze ar e-degunu 3. Tūlītēja izelpas gaisa analīze ar e-degunu Cyranose 320 (Smiths Detaction, USA) 5 – 10 Cyranose 320 (Smiths Detaction, USA) 5 – 10 min. laikāmin. laikā

Izelpas gaisa analīzeIzelpas gaisa analīze

Izelpas gaisa savākšana analīzei ar eNOSEIzelpas gaisa savākšana analīzei ar eNOSE

e- e- e- e- e- e-

Elektroniskā deguna darbības principsElektroniskā deguna darbības princips

• Sākotnēji eNOSE reģistrē bazālo pretestību

• Ja gaisa sastāvs nemainās sensoru tilpumssaglabājas un pretestība nemainās

S1 S2 S3 S4 S5 S6

S1

S2

S3

S4

S5

S6

Elektroniskā deguna darbības principsElektroniskā deguna darbības princips

Gaistošo organisko savienojumuoglekļa atomi izraisa polimēru sensoru tilpuma palielināšanos

Tas izraisa elektriskāspretestības pārmaiņas

e- e- e-

e- e-e-

Elektroniskā deguna darbības principsElektroniskā deguna darbības princips

S1

S2

S3

S4

S5

S6

e- e- e-

e- e-e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

Elektroniskā deguna darbības principsElektroniskā deguna darbības princips

S1

S2

S3

S4

S5

S6

LaiksLaiks ( (sekundessekundes))

Rel

atīv

ā el

ektri

skā

pret

estīb

aR

elat

īvā

elek

trisk

ā pr

etes

tība

Bazālā līkneBazālā līkne

Parauga atbildesParauga atbildes

reakcija uz 32reakcija uz 32

sensoriemsensoriem

Elektroniskā deguna darbības principsElektroniskā deguna darbības princips

Elektroniskais degunsElektroniskais deguns

Lewis, Acc Chem Res 2004;37:663-672Lewis, Acc Chem Res 2004;37:663-672Axel & Buck, Nobel prize 2004Axel & Buck, Nobel prize 2004

Zīdītāja degunsZīdītāja deguns

Elektroniskā deguna darbības principsElektroniskā deguna darbības princips

OžasOžasepitēlijs epitēlijs

OžasOžasepitēlijsepitēlijs

Ožas zonas CNSOžas zonas CNSSENSORSSENSORS PROCESORSPROCESORS

SMARŽAS SMARŽAS NOSPIEDUMSNOSPIEDUMS

Ožas paugursOžas paugurs

Mandeļveida Mandeļveida kodolskodols

Entorinālā garozaEntorinālā garoza

Priekšējais ožasPriekšējais ožaskodolskodols

Garoza Garoza

OŽAS SAJŪTAOŽAS SAJŪTAGAROZĀGAROZĀ

Smaržas “nospieduma” analīzeSmaržas “nospieduma” analīze

• Principiālā komponentanalīzePrincipiālā komponentanalīze• Kanoniskā diskriminantā analīzeKanoniskā diskriminantā analīze

Dfe

renc

ētā

elek

tris

kā p

rete

stīb

aD

fere

ncēt

ā el

ektr

iskā

pre

test

ība

( ( ΔΔR

/R)

R/R

)

Datu statistiskā analīze

• Optimālās detektoru kombinācijas atlase ar atpakaļejošā soļa metodi

 

Kolonna Koeficients Ticamībasapakšējā

robeža 95 %

Ticamībasaugšējā

robeža 95 %

SE Valdakoef

p

Intercepts 1 6.013 -4.434 16.460 5.330 1.273 0.259

6 MAX 2 -13718.612 -22115.803 -5321.420 4284.360 10.253 0.001

13 MAX 3 -48237.278 -91638.286 -4836.269 22143.779 4.745 0.029

23 MAX 4 246.578 85.194 407.961 82.340 8.968 0.003

2 INTEG 5 17.635 6.016 29.255 5.928 8.849 0.003

6 INTEG 6 118.525 38.537 198.514 40.811 8.435 0.004

24 INTEG 7 46.964 8.620 85.308 19.564 5.763 0.016

29 INTEG 8 -50.386 -87.951 -12.820 19.167 6.911 0.009

Datu statistiskā analīze

ee

INTINTINTINTMAXMAXMAX

INTINTINTINTMAXMAXMAX

y

1 )2939,502496,4665,118264,17236,246133,4823766,1371801,6(

)2939,502496,4665,118264,17236,246133,4823766,1371801,6(

Datu statistiskā analīze

• Plaušu vēža diagnozes varbūtība y tika aprēķināta pēc formulas

, kur e naturālā logaritma bāze 2,7183...

PAREDZĒTS  

PATIESAIS

  

 Paredzēts vēzis Paredzēta cita

diagnozePareizi %

 

Vēzis 22 3 88.00 Jutība

Citi 4 41 91.11 Specifiskums

  84.62 93.18    

  PPV NPV    

Plaušu vēža diagnozes varbūtības

Apstiprinātās un prognozētās diagnozes

DiagnozesDiagnozes paredzēšana ar paredzēšana ar Support Vector MachineSupport Vector Machine ķīmisko ķīmisko multisensoru iekārta uzrāda jutību 100% un specifiskumu 92,6%multisensoru iekārta uzrāda jutību 100% un specifiskumu 92,6%

Analīze ar eNOSE: plaušu vēža diagnostikaAnalīze ar eNOSE: plaušu vēža diagnostika

Daudzfaktoru logistiskās regresijas analīzeDaudzfaktoru logistiskās regresijas analīze

 Vēzis1 Citi1 Vēzis2 Citi2 Vēzis3 Citi3 Vēzis4 Citi4 Vēzis

5Citi5

Kopā 25 45 25 45 25 45 25 45 25 45

Pareizi 20 34 20 39 15 25 21 41 22 37

Nepareizi 5 11 5 6 10 20 4 4 3 8

Pareizi (%) 80.0 75.6 80.0 86.7 60.0 55.6 84.0 91.1 88.0 82.2

Nepareizi (%) 20.0 24.4 20.0 13.3 40.0 44.4 16.0 8.9 12.0 17.8

Diagnozes prognozēšana ar pieciem mākslīgo nieronu modeļiem

ROC līkne pieciem māklīgā neironu tīkla modeļiem

Datu statistiskā analīze

• Aprēķināts optimālais neironu tīkla modelis plaušu vēža diagnostikai

MLP 69:69-23-1:1

Datu statistiskā analīze

Analīze ar eNOSE: nākotnes perspektīvasAnalīze ar eNOSE: nākotnes perspektīvas

PLAUŠU VĒZISPLAUŠU VĒZISMTS PLAUŠĀSMTS PLAUŠĀS

ASTMA ASTMA (arī iekaisuma fenotipi?)(arī iekaisuma fenotipi?)

HOPSHOPS

PNEIMONIJA (etioloģijaPNEIMONIJA (etioloģijatajā skaitā arī tbc)tajā skaitā arī tbc)

NIERU FUNKCIJASNIERU FUNKCIJASMAZSPĒJAMAZSPĒJA

CUKURACUKURADIABĒTSDIABĒTS(glikēmijas(glikēmijaskontrole?)kontrole?)

KRŪTS VĒŽAKRŪTS VĒŽASKRĪNINGS?SKRĪNINGS?

NākotnesNākotnesperspektīvasperspektīvas

ŠIZOFRĒNIJA?ŠIZOFRĒNIJA?

eNoseeNose mobilajā mobilajā??

Applied Nanodetectors Ltd 2009Applied Nanodetectors Ltd 2009

PaldiesPaldiespar uzmanību!par uzmanību!