Image analysis for reliable and cost effective cancer detection Bildanalys för pålitlig och kostnadseffektiv cancerdetektion A crucial aspect for reliable automated analysis of cell samples for cancer detection is accurate and robust quantification of very subtle changes in the nuclear chromatin distribution through image analysis. This requires high resolution, perfect focus for each cell nucleus and robustness against staining variations. This is very hard and expensive to achieve with conventional optics.  Recently (2013) a new way of creating images in a light microscope was invented, Fourier ptychographic microscopy, FPM. This technique holds promise to address all three of the crucial problems in chromatin distribution quantification. However, the technique needs improvements in terms of computational efficiency and it needs to be adapted and optimized for the needs of cancer detection. We plan to do that within this project.    We have since 2008 had a collaboration between India and Uppsala University on developing a new cost effective system for cervical cancer screening. The FPM technique holds promise for increasing the performance of the developed system. We also propose to use the same technique for addressing two other common and increasing cancers: oral cancer and thyroid cancer. The Indian project partners have a strong background in cancer research, the Swedish  team combines long-standing expertise in the field of digital cytometry with expertise in robust and precise image analysis. Vi har sedan 2008 samarbetat med Indien inom utveckling av metoder för tidig upptäckt av cervixcancer genom bildanalys. Det har nu lett till att man där står beredd gå vidare med att ta fram en andra generation av screeningsystem som kan testas i fältstudier av större omfattning. Vårt gemensamt utvecklade system har hittills utvärderats på mer än 1000 fall med ett resultat som överstiger kravspecifikationen.    Förutom cervixcancer finns det flera andra cancerformer som ökar i omfattning i Indien och världen i övrigt. För flera av dessa skulle en noggrann analys av cellkärnornas kromatinstruktur sannolikt kunna lägga grund för känslig och tidig detektion av cancern, förhoppningsvis med större säkerhet och känslighet än vad som kan ske genom visuell bedömning. Vi vill inom detta projekt ta tillvara på vår kunskap och erfarenhet från cervixcancer och tillämpa våra metoder på andra cancerformer. Initialt så kommer vi att titta på cancer i munhålan och sköldkörtel-cancer.    Ett praktiskt problem när man skall automatisera analys av cellprover är att man måste titta på väldigt många bildfält för att vara säker på att man inte missat något väsentligt. Ett annat problem är att man måste ha perfekt fokus för att kunna analysera kromatinstrukturen och det kräver fokusering för varje cellkärna individuellt. Ett tredje problem är att det lätt blir stora variationer i infärgningen av proverna när de görs rutinmässigt, inte minst när man försöker hålla nere kostnaderna. Detta gör sammantaget att det är svårt att skapa ett kostnadseffektivt, snabbt och robust screeningsystem med konventionell mikroskopteknik.  Nu har en potentiell lösning dykt upp med Fourier ptychografisk mikroskopi, en helt ny teknik som ger hög upplösning med billig optik. Vi planerar att vidareutveckla och testa den tekniken; vi söker bl.a. VR medel för det. Tekniken har stor potential att lösa de svårigheter vi skisserat ovan. Fourier ptychografisk mikroskopi kan samtidigt avbilda stora provytor i flera fokalplan. Vi hoppas att tekniken skall möjliggöra en pålitligt diagnos från endast en eller ett par bilder. Utöver stora höguplösta bilder till låg kostnad så ger tekniken även fas-information. Vi tänker använda den informationen för att detektera täthetsvariationer som har diagnostisk betydelse. På så sätt gör vi systemet mindre beroende av infärgningen och man kan därför få en säkrare diagnos.    Vi vill samarbeta med Regional Cancer Center i Kerala för att utvärdera tekniken för flera av de större cancerproblemen i Indien. Om framgångsrikt så skulle projektet kunna lägga grunden för ett helt nytt sätt att tidigt diagnostisera cancer, vilket är viktigt för hela världen men i hög grad så i Indien och andra fattiga länder. Tillgänglig och effektiv cancerdiagnostik är viktigt för att skapa förutsättningar till högre livskvalitet.