利用动态热成像进行皮肤癌的定量可视化与检测

本方案旨在通过动态红外成像无创诊断黑色素瘤或其他类型的皮肤癌。首先，拍摄病灶及其周围健康组织的白光照片，随后采集同一皮肤区域的参考红外图像。接下来，对病灶及周围皮肤进行冷却。

然后移除冷却刺激，记录复温过程的红外视频，该过程称为热恢复。最后，对采集的白光图像和红外图像进行数据分析和图像处理，以测量热恢复过程中皮肤温度随时间的变化，比较病灶部位与远离病灶区域的皮肤温度，评估其热响应差异，作为代谢活性增强的指标，该现象可能与皮肤癌相关。最终可获得结果，通过动态热成像显示热量产生情况。

动态红外成像是一种无创、客观且定量的方法，能够在疾病早期检测黑色素瘤。该方法有助于回答本领域中的关键问题，例如，我所选取的可疑皮损是否具有代谢活性，并可结合血供增加情况来测量其代谢活性水平，从而与癌症分期相关联。

该方法在使用红外成像技术获取准确的表面温度数据时具有一定复杂性，同时需要补偿受试者在成像过程中的非自主运动。因此，我实验室的博士后麦格·米格尔·佩里尼（Dr. MCG Miguel Perini）和我将共同演示该操作流程：准备一间配备红外相机、用于红外图像采集与存储的计算机以及连接至计算机的数据采集卡的温控检查室。为监测室内环境温度和皮肤表面温度，在患者研究期间需将热电偶连接至数据采集卡，并将测量数据存储于计算机中。

由于热成像中的病灶检测需要冷却效应，因此使用方形粘性标记物，通过数码相机对目标色素性病灶及其周围区域进行定位。拍摄色素性病灶及粘性标记窗口的亮光图像。然后将皮肤镜连接至数码相机，并采集皮肤镜图像。

使用 LabVIEW 软件采集并保存所有红外图像。使用 Merlin Midway 红外相机采集病变区域的稳态红外图像。随后，对患者皮肤上的病灶区域以及周围直径 50 毫米范围内的区域施加冷空气流。

一分钟后，移除冷却刺激，使皮肤在室温下复温三到四分钟。在此热恢复阶段，每两秒采集一次色素性病变的红外图像，以获得皮肤表面准确的瞬态温度分布。使用为此目的定制的MATLAB程序分析红外图像，该程序包含多个校准步骤以及多模态图像分析系统。

首先，对亮光图像应用标志点检测算法，以定位粘性标记的角点。接着，在参考红外图像中识别对应的点，并利用这些点作为二次运动模型中的标志点，校正患者在恢复期间的非自主身体或肢体移动，从而实现红外图像序列的配准。然后，通过放置种子点，利用随机游走算法进行空间引导分割，生成勾画病变区域的掩膜图像。

确定病灶形状后，在每幅配准的红外图像中识别出相应的区域。在病灶内部及远离病灶的区域分别随机选取代表病灶组织和健康组织的点，随后比较这两个部位的瞬态热响应。

最后，制备一个表格，包含病变区域及周围组织在环境条件下以及冷却刺激后两秒时记录的所有数字偏振红外彩色编码图像，以及病变区域与相应健康组织的瞬态热响应数据。在一项针对具有色素性病变且临床指征需进行活检的患者开展的患者研究中，可通过动态红外成像检测到黑色素瘤病变区域升高的代谢活性。一旦从患者研究中收集到数据，即可通过运动校正获得精确的热响应曲线。

在红外图像或热恢复过程中，良性色素性病变与健康皮肤组织之间的温度没有差异。基于红外图像，热成像在恶性皮肤病变中显示出独特优势。在热恢复期间，仅在红外图像中黑色素瘤病变部位观察到明显的温度和颜色差异。

一旦完全优化并实现自动化，该技术若操作得当，可在两到三分钟内完成。这种成像过程无害，不涉及任何危险，因此在临床诊断中至关重要。

进行此操作时，重要的是要记住，受试者在此操作后应尽可能保持静止不动。还可采用其他方法，如活检，以回答有关癌症分期、浸润深度以及是否存在第二病灶等其他问题。