أثبتنا بأن الآفات الخبيثة مصطبغة مع زيادة النشاط الأيضي توليد كميات قابلة للقياس الحرارة وقياس رد فعل عابر الحرارية من الجلد إلى الإثارة التبريد يسمح تحديد كمي لسرطان الجلد وسرطانات الجلد الأخرى (مقابل غير التكاثري حمات) في وقت مبكر مرحلة من مراحل المرض.
مقالة منهجية
الكمية التصور والكشف عن سرطان الجلد باستخدام التصوير الحراري الديناميكي
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
في عام 2010، سيتم تشخيص ما يقرب من 68,720 حالة ميلانوما في الولايات المتحدة وحدها، مع حدوث حوالي 8,650 حالة وفاة 1. وحتى الآن، يظل الاستئصال الجراحي هو العلاج الفعال الوحيد للميلانوما، لذا فإن مفتاح إطالة مدة البقاء على قيد الحياة هو الكشف المبكر 2,3. وبالنظر إلى الأعداد الكبيرة من المرضى الذين يتم تشخيصهم كل عام والقيود المفروضة على الوصول السريع إلى الرعاية المتخصصة، فإن تطوير أدوات تشخيصية موضوعية in vivo للمساعدة في التشخيص يعد أمراً ضرورياً. ويجري استكشاف تقنيات جديدة للكشف عن سرطان الجلد في العديد من المختبرات، لاسيما أدوات التشخيص غير الباضعة. وإلى جانب الطرق الجراحية، يتم اختبار تقنيات مثل التصوير الفوتوغرافي الرقمي، والتنظير الجلدي، وأنظمة التصوير متعدد الأطياف (MelaFind)، والأنظمة المعتمدة على الليزر (المجهر الليزري المسحي البؤري، وتصوير تروية الليزر دوبلر، والتصوير المقطعي للتماسك البصري)، والموجات فوق الصوتية، والتصوير بالرنين المغناطيسي. وتوفر كل تقنية مزايا وعيوب فريدة، يمثل العديد منها مقايضة بين الفعالية والدقة مقابل سهولة الاستخدام واعتبارات التكلفة. وتتوفر تفاصيل حول هذه التقنيات ومقارنات بينها في الدراسات المنشورة 4.
لقد ثبت أن التصوير بالأشعة تحت الحمراء (IR) طريقة مفيدة لتشخيص علامات أمراض معينة عن طريق قياس درجة حرارة الجلد الموضعية. وهناك مجموعة كبيرة من الأدلة التي تظهر أن المرض أو الانحراف عن الوظائف الطبيعية يصاحبهما تغيرات في درجة حرارة الجسم، والتي تؤثر بدورها على درجة حرارة الجلد 5,6. ويمكن أن توفر البيانات الدقيقة حول درجة حرارة جسم الإنسان وجلده ثروة من المعلومات حول العمليات المسؤولة عن توليد الحرارة والتنظيم الحراري، لا سيما الانحراف عن الظروف الطبيعية، والذي غالباً ما يكون ناتجاً عن المرض. ومع ذلك، لم يتم الاعتراف بالتصوير بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في الطب بسبب الاستخدام المبكر لهذه التقنية 7,8 قبل عدة عقود، عندما كانت دقة قياس درجة الحرارة والدقة المكانية غير كافيتين، وكانت أدوات معالجة الصور المتطورة غير متوفرة. وقد تغير هذا الوضع بشكل كبير في أواخر التسعينيات والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين؛ حيث سمحت التطورات في أجهزة الأشعة تحت الحمراء، وتطبيق خوارزميات معالجة الصور الرقمية، والتصوير الديناميكي بالأشعة تحت الحمراء، الذي يمكن العلماء من تحليل السلوك الحراري للجلد مكانياً وزمنياً 9، بتحقيق طفرات نوعية في هذا المجال.
نستعرض في بحثنا مدى جدوى التصوير بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مقترناً بدراسات نظرية وتجريبية، كتقنية قياس بصرية غير بضعية وفي الجسم الحي (in vivo) وتكون فعالة من حيث التكلفة للكشف عن الأورام، مع التركيز على فحص والكشف المبكر عن الميلانوما 10-13. ونعرض في هذه الدراسة البيانات التي تم الحصول عليها من دراسة أجريت على مرضى تم اختيارهم للتصوير ممن لديهم آفات صبغية تشير سريرياً إلى ضرورة إجراء خزعة. وقد قارنا الفرق في الاستجابات الحرارية بين الأنسجة السليمة والخبيثة، وقارنا بياناتنا بنتائج الخزعات. وخلصنا إلى أن النشاط الأيضي المتزايد لآفة الميلانوما يمكن الكشف عنه عن طريق التصوير الديناميكي بالأشعة تحت الحمراء.
البروتوكول
1. الإعداد
- ويرد درجة حرارة الغرفة امتحان للرقابة الكاميرا مجهزة بالأشعة تحت الحمراء وجهاز الكمبيوتر لالتقاط صور الأشعة تحت الحمراء والتخزين فضلا عن اقتناء بطاقة البيانات المتصلة بجهاز كمبيوتر في Fig.1a.
- ويتم رصد درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة الجلد السطحية التي تعلق على المزدوجات الحرارية بطاقة الحصول على البيانات أثناء الدراسة المريض وقياس البيانات المخزنة على الكمبيوتر.
2. صورة اقتناء
- إذ لا يمكن أن يتم الكشف عن الآفة في صورة حرارية دون تأثير التبريد ، يتم استخدام علامة لاصقة مربع لتوطين آفة مصطبغة المصالح وضواحيها (الشكل 1B).
- علينا الحصول على صورة الضوء الساطع من آفة مصطبغة ، ونافذة لاصقة مع كاميرا رقمية (كانون PowerShot G11) (الشكل 1B).
- ويستخدم dermatoscope متصلة كاميرا رقمية (DermLite صورتي النظام) لالتقاط صورة الضوء المستقطب.
- علينا الحصول على صورة الدولة المستقرة تحت الحمراء مع midwave ميرلين (3-5 ميكرومتر) كاميرا الأشعة تحت الحمراء هو مبين في Fig.1a ، C.
- نحن نطبق تيار من الهواء البارد إلى منطقة جلد المريض تحتوي على الآفة وكذلك المنطقة المحيطة بقطر 50 ملم لمدة دقيقة واحدة.
- بعد دقيقة واحدة ، ونحن إزالة هذا الضغط للسماح للتبريد الجلد لفي درجة حرارة الغرفة في غضون دقائق 3-4 (الحرارية مرحلة الانتعاش) (الشكل 1C - D) إعادة الدافئة.
- خلال مرحلة الانتعاش الحرارية ، ويتم التقاط صور الأشعة تحت الحمراء من آفة مصطبغة كل 2 ثانية (الشكل 1C - D).
- يتم حفظ كل الصور الأشعة تحت الحمراء (بالإضافة إلى الضوء الأبيض والضوء المستقطب الصور) التي اتخذت خلال دراسة وتخزينها باستخدام برنامج LABVIEW.
3. معالجة الصور
- ويتم تحليل هذه الصور باستخدام الأشعة تحت الحمراء رمز مطلب مكرس من أجل الحصول على دقة توزيع الحرارة عابرة على سطح الجلد. لهذا الغرض ، ونحن نقدم العديد من الخطوات معايرة وتحليل صورة النظام المتعدد الوسائط.
- نبدأ بتطبيق خوارزمية الكشف المعالم لصورة الضوء الساطع لتوطين أركان علامة لاصقة. المقبل ، حددنا النقاط المقابلة في صورة الأشعة تحت الحمراء المرجعية.
- من أجل التعويض عن حركة الجسم / أطرافه غير الطوعي للمريض ، ونحن نستخدم هذه النقاط والمعالم في نموذج الحركة التربيعية لمواءمة تسلسل صورة الأشعة تحت الحمراء في مرحلة الانتعاش.
- نستخدم ماشي عشوائي ، وتجزئة الصور خوارزمية التفاعلية حيث يمكن للمستخدم دليل مكانيا للتجزئة عن طريق وضع نقاط البذور ، لخلق صورة قناع ترسيم الآفة.
- بمجرد أن نحدد شكل الآفة ، نحدد المنطقة المقابلة في كل من صور الأشعة تحت الحمراء مسجلة.
- نختار نقطة عشوائية داخل الآفة ، وبعيدا عن الآفة التي تمثل آفة والأنسجة السليمة ، على التوالي.
- قارنا استجابة عابرة الحراري للبشرة صحية واستجابة الآفة.
- نعد جدولا يبين كافة البيانات : الرقمية ، dermoscopy ، مرمزة صور الأشعة تحت الحمراء من الآفة والمنطقة المحيطة بها المسجلة في الظروف المحيطة وبعد 2 ثانية الإثارة التبريد ، واستجابة عابرة الحرارية الآفة والأنسجة السليمة.
4. ممثل النتائج :
الشكل 1. أ) نظام التصوير بالأشعة تحت الحمراء HRIS في غرفة التجارب السريرية ، ب) صورة فوتوغرافية لمنطقة الجسم أكبر السطح مع مجموعة من الآفات الصباغية والإطار قالب بطلبات للحصول على التصوير ، ج) والأشعة تحت الحمراء صورة مرجع في المنطقة عند درجة حرارة الغرفة ، د) تضخيم نفس المنطقة بعد التبريد وه) قسم من آفة الجلد والمناطق المحيطة بها
الشكل 2. قاعة الامتحان مع نظامنا التصوير الحراري.
الشكل 3. تبريد الآفة وأنسجة الجلد المحيطة بها تهب تيار من الهواء البارد من أنبوب الدوامة.
المناقشة
وتشير النتائج إلى أن الضغط من خلال تطبيق نظام التبريد علينا تعزيز الاختلافات في درجة الحرارة بين الآفة والأنسجة المحيطة صحية. أيضا ، وبسبب حركات صغيرة من المريض خلال التصوير الحراري ، كان لدينا لتطبيق الاقتراح تتبع لتراكب الصور بشكل صحيح لقياس الاختلافات في درجة الحرارة بين الدولة مرجعية وتوزيع درجات الحرارة خلال الانتعاش الحراري. دون أن تتبع الحركة فإننا لم تكن قادرة على كشف وقياس درجة الحرارة الفرق بين الآفة الخبيثة والأنسجة السليمة. واجهت هذه النتائج ، وضرورة تعقب الحركة دقيقة شرح للمحققين صعوبات في الماضي عندما كانت تحاول تشخيص سرطان الجلد باستخدام الأشعة تحت الحمراء والتصوير استنادا إلى معلومات الدولة المستقرة وحدها وبشكل واضح يثبت مزايا التصوير الحراري الديناميكي.
تجدر الإشارة إلى أن القرار المكانية للكاميرا الأشعة تحت الحمراء (عدد البكسل في الصفيف البؤري IR) أمر حاسم عندما آفات صغيرة المميزين. وكان كلا من القرار المكانية وحساسية في درجة الحرارة من كاميرات الأشعة تحت الحمراء في وقت مبكر محدودة ، وهو ما يمثل أيضا بالنسبة للصعوبات في الكشف عن سرطان الجلد في وقت مبكر في المرحلة الماضية. الاختلافات الرئيسية بين نهجنا وقبل محاولات التصوير الحراري -- التي كانت ناجحة نسبيا -- هي تسلسل المعايرة وخطوات معالجة الصور التي تسمح لنا لقياس درجة الحرارة بدقة الخلافات في هذا النظام بالإضافة إلى دينامية عملية التصوير التي تعتمد على التبريد النشطة.
الإفصاحات
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
شكر وتقدير
وقد تم تمويل هذا البحث من قبل المنحة الوطنية للعلوم رقم 0651981 ومؤسسة الكسندر ستيوارت ومارغريت الثقة على الرغم من أن مركز السرطان التابع لجامعة جونز هوبكنز. فإن الكتاب مثل الاعتراف بمساهمات الدكتور العاني رودا إلى العائد المحلي ودراسة المريض فضلا عن مساعدة ودعم الدكتور كانغ سيوون وزارته خلال دراسة المريض.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| اسم المعدات | شركة | فهرس العدد | |
| ميرلين MWIR الكاميرا | FLIR | -- | |
| كانون PowerShot G11 | شريعة | -- | |
| DermLite صورتي النظام | DermLite | -- | |
| دوامة انبوب | Exair | -- | |
| خزانات الهواء | Airgas | -- |
المراجع
- Skin cancer foundation website [Internet]. , Skin Cancer Foundation. Available from: http://www.skincancer.org/Skin-Cancer-Facts (2010).
- Elder, D. Tumor progression, early diagnosis and prognosis of melanoma. Acta Oncol. 38, 535-547 (1999).
- Wartman, D., Weinstock, M. Are we overemphasizing sun avoidance in protection from melanoma. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 17, 469-470 (2008).
- Pirtini Cetingul, M. Using high resolution infrared imaging to detect melanoma and dysplastic nevi [dissertation]. , Johns Hopkins University. (2010).
- Jones, B. F. A reappraisal of the use of infrared thermal image analysis in medicine. IEEE Trans. Med. Imaging. 17, 1019-1027 (1998).
- Anbar, M. Clinical thermal imaging today-shifting from phenomenological thermography to pathophysiologically based thermal imaging. IEEE Eng. Med. Biol. Mag. 17, 25-33 (1998).
- Anbar, M., Gratt, B. M., Hong, D. Thermology and facial telethermography. Part I: history and technical review. Dentomaxillofacial Radiology. 27, 61-67 (1998).
- Jones, B. F., Plassmann, P. Digital infrared thermal imaging of human skin. IEEE Eng. Med. Bio. 21, 41-48 (2002).
- Qi, H., Diakides, N. A. Infrared imaging in Medicine. , CRC Press. (2007).
- Pirtini Cetingul, M., Herman, C. Identification of skin lesions from the transient thermal response using infrared imaging technique. IEEE 5th Int. Symp. on Biomedical Imaging: From Nano to Macro 1-4. , 1219-1222 (2008).
- Cetingul, P. irtini, M,, Herman, C. Quantification of the thermal signature of a melanoma lesion. Int. Journal of Thermal Science. 50, 421-431 (2011).
- Pirtini Cetingul, M., Herman, C. A heat transfer model of skin tissue for the detection of lesions: sensitivity analysis. Physics in Medicine and Biology. 55, 5933-5951 (2010).
- Pirtini Cetingul, M., Herman, C. Quantitative evaluation of skin lesions using transient thermal imaging. Proc. Int. Heat Transfer Conf. , (2010).
إعادة الطباعة والأذونات
