IRMtools: Software-Werkzeuge für die Infrarot- und Raman-Mikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Mosig
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391069053

Die Infrarot- und Raman-Mikroskopie können als markerfreie Ansätze biologische und histopathologische Proben mit hoher räumlicher Auflösung und biochemisch detailreich charakterisieren. Die Interpretation von Infrarot- und Raman-mikroskopischer Bilddaten erfordert in großem Ausmass computergestützte Ansätze, die von der Vorverarbeitung der Pixel-Spektra bis hin zu Techniken der Bildverarbeitung und des maschinellen Lernens reichen. In der Literatur sind in den vergangenen Jahren dementsprechend zahlreiche Methoden entwickelt worden, die sich mit Ansätzen zur Analyse von Infrarot- und Raman-mikroskopischen Bilddaten beschäftigen.Dennoch gibt es zwei Software-bezogene Hürden beim Einsatz der Infrarot- und Raman-Mikroskopie. Erstens existiert keine Open Source Plattform, in der die in der Literatur vorgeschlagenen Ansätze systematisch bewertet, verglichen und in Datenanalyse-Workflows integriert werden können. Zweitens existiert keine Software mit graphischer Benutzerschnittstelle, um die Technologie auch Nutzer ohne spezifische informatische oder spektroskopische Expertise zugänglich zu machen. Diese Software-bezogenen Hürden erschweren den Zugang zu der Technologie, insbesondere in Anwendungen in der Histopathologie, wo in zahlreichen aktuellen klinischen Studien gezeigt werden konnte, dass diese markerfreien Mikroskopie-Ansätze präzisere Identifizierung von Krebs-Subtypen erlauben als die konventionelle Histopathologie.Das hier vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die beiden Software-Hürden zu beseitigen, und basiert auf einer substantiellen Vorarbeit an Software-Werkzeugen, die in den vergangenen sechs Jahren im Rahmen des PURE-Biomarker-Konsortiums in Bochum entwickelt wurden. Diese Software-Werkzeuge decken die gesamte Bandbreite an Funktionen ab, die notwendig ist, um Infrarot- und Raman-Mikroskopie in der Histopathologie und anderen Bereichen anzuwenden, und sind in der Praxis bewährt in mehreren klinischen Studien im Rahmen des PURE Konsortiums. Diese existierenden Software-Pakete bilden das Fundament, um die beiden Software-Hürden zu überwinden. Insbesondere werden wir diese Pakete in eine Open Source Software-Architektur integrieren, und diese um benutzerfreundliche graphische Benutzerschnittstellen ergänzen.Die vorgeschlagenen Entwicklungen sind eingebettet in ein institutionelles Netzwerk um das PURE-Konsortium, das internationale CLIRSPEC Netzwerk, sowie den Bochumer Proteomik-Hub des Deutschen De.NBI Bioinformatik-Netzwerks.

• DFG-Verfahren: Forschungsdaten und Software (Wiss. Literaturversorgung und Informationssysteme)
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Klaus Gerwert; Professor Dr.-Ing. Thomas Herrmann
• Kooperationspartner: Professor Dr. Peter Gardner