定量可视化和皮肤癌症使用动态热成像检测
2011年5月5日
我们证明，恶性色素性病变，代谢活性增加，产生热和皮肤冷却激励的瞬态热响应的测量量化允许在早期定量识别黑素瘤和其它皮肤癌（与非增殖细胞痣）疾病阶段。
该程序旨在使用动态红外成像无创诊断黑色素瘤或其他类型的皮肤癌。首先拍摄病变和周围健康组织的白光照片，然后拍摄皮肤同一区域的参考红外图像。接下来，冷却病变和周围的皮肤。
然后去除冷却应力并记录称为热回收的再加热过程的红外电影。最后，对捕获的白光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，比较病灶位置和远离病灶的皮肤温度，以评估热反应的差异，作为可能与皮肤癌相关的代谢活动增加的迹象。最终，可以获得通过动态热成像显示热量产生的结果。
动态红外成像是一种无创客观的定量方法，可以在疾病的早期阶段检测黑色素瘤。这种方法可以帮助回答该领域的关键问题，例如 I 选择男性信号病变是否具有代谢活性，并测量代谢活动水平以及血液供应增加。这可能与癌症分期有关。
这种方法需要使用红外成像技术获取准确的表面温度数据，并补偿成像过程中物体的不自主运动，这需要一些复杂性。因此，我实验室的博士后 Mcg Miguel Perini 博士和我现在将演示该程序，组织一个温控检查室，配备红外摄像头和用于红外图像采集和存储的 PC，以及连接到计算机的数据采集卡。为了监测室内和皮肤表面温度，在患者研究期间将热电偶连接到数据采集卡上，并将测量数据存储在计算机上。
由于热图像中的病变检测需要冷却效果，因此请使用方形胶粘剂标记物通过数码相机定位感兴趣的色素沉着病变及其周围环境。获取色素沉着病变和粘合窗口的亮光图像。然后将皮肤镜连接到数码相机并拍摄耳镜图像。
实验室视图软件使用实验室视图软件捕获并保存所有红外图像。使用 Merlin 中途红外热像仪捕获稳态红外图像。继续将冷空气流施加到包含病变的患者皮肤区域，以及直径为 50 毫米的周围区域。
一分钟后，去除冷却压力，让皮肤在室温下重新加热三到四分钟。在此热恢复阶段，每两秒捕获一次色素沉着病变的红外图像，以获得皮肤表面的准确瞬态温度分布。使用为此目的定制的 MATLAB 代码分析 IR 图像，包括几个校准步骤和一个多模态图像分析系统。
首先，将特征点检测算法应用于强光图像，以定位胶粘剂标记的角落。接下来，确定参考 IR 图像中的相应点，通过将这些点用作二次运动模型中的标志来补偿患者的不自主身体或肢体运动，以便在恢复阶段对齐 IR 图像序列。接下来，使用随机游走器通过放置种子点来创建描绘病变的蒙版图像，从而在空间上引导分割。
确定病变的形状后，确定每个注册的 IR 图像中的相应区域。选择病灶内部和远离病灶的随机点，分别代表病灶和健康组织。然后比较两个站点的瞬态热响应。
最后，准备一张表格，包括在环境条件下和冷却激发后 2 秒记录的病变和周围区域的所有数字耳镜彩色编码 IR 图像，以及病变和相应健康组织的瞬态热响应。在一项患者研究中，选择具有临床活检指征的色素性病变患者进行成像，动态红外成像可以检测到黑色素瘤病变代谢活动的增加。从患者的研究中收集到数据后，通过运动校正获得精确的热响应曲线。
良性色素沉着病灶与健康皮肤组织在红外图像中或热恢复过程中的温度没有差异。根据红外图像，热成像在恶性皮肤病变中证明了特别的优势。在热恢复过程中观察到显着的温度和颜色差异，仅在红外图像中黑色素瘤病变的位置。
一旦完全优化和自动化，如果执行得当，这项技术可以在两到三分钟内完成。这种成像程序是无害的。不涉及任何危害，这在临床诊断中是必不可少的。
在执行此程序时，重要的是要记住，对象需要按照此程序尽可能保持不动。可以进行活检等其他方法，以回答其他问题，例如癌症和第二个病灶的分期和穿透水平。
概述
本研究展示了一种使用动态红外成像进行黑色素瘤和其他皮肤癌症诊断的非侵入性方法。通过测量皮肤病变对冷却的热响应，研究人员可以根据其代谢活动来识别恶性病变。
关键研究组成部分
科学领域
- 肿瘤学
- 皮肤病学
- 医学成像
背景
- 黑色素瘤是一种需要早期检测的严重皮肤癌。
- 传统的诊断方法可能具有侵入性，并且可能无法提供即时结果。
- 动态红外成像为评估皮肤病变提供了一种非侵入性的替代方案。
- 通过热成像可以量化恶性病变中的代谢活动增加。
研究目的
- 开发使用热成像进行黑色素瘤早期检测的方法。
- 通过瞬时热响应评估皮肤病变的代谢活动。
- 提供可以在临床环境中使用的非侵入性诊断工具。
使用的方法
- 捕捉皮肤病变的白光和红外图像。
- 对病变进行冷却并记录热恢复过程。
- 使用定制的MATLAB代码分析温度变化。
- 比较病变与周围健康组织的热响应。
主要结果
- 动态红外成像可以检测到黑色素瘤病变中的代谢活动增加。
- 在恶性病变的热恢复期间观察到显著的温度差异。
- 该方法在区分良性和恶性色素沉着病变方面被证明是有效的。
- 结果表明，这种技术可以优化以用于快速临床使用。
结论
- 动态红外成像是早期黑色素瘤检测的一种有前景的工具。
- 该程序是非侵入性的，不会对患者造成危害。
- 进一步优化可以提高这种诊断方法的效率。
常见问题
Executive Industry Relevance
Dynamic thermal imaging enables quantitative, non-invasive detection of metabolic activity differences in skin lesions, supporting early-stage melanoma identification. This approach provides objective, reproducible data that can enhance predictive confidence in target validation for oncology diagnostics. Integrating such imaging modalities into discovery and translational workflows can accelerate risk-adjusted decision-making and portfolio triage in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables objective interrogation of metabolic activity in disease-relevant tissue.
- Supports functional target validation by distinguishing malignant from benign lesions based on thermal response.
- Provides quantitative data to inform predictive confidence and mechanistic de-risking in oncology biomarker research.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of validated imaging assays for downstream compound evaluation.
- Delivers standardized, reproducible thermal response measurements for assay development.
- Enables rapid, scalable screening of lesion metabolic profiles in preclinical models.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging outputs with disease-relevant metabolic biomarkers for translational continuity.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by providing non-invasive, quantitative endpoints.
- Reduces biological ambiguity in early-stage oncology research.
Pipeline & Workflow Integration
Dynamic thermal imaging fits within the discovery-to-preclinical continuum, bridging early target validation and translational biomarker assessment in oncology pipelines.
- Discovery Biology: Quantifies metabolic activity to clarify disease mechanisms and validate targets.
- Screening: Provides reproducible, quantitative thermal readouts for assay readiness.
- Analytics: Enables statistical comparison of lesion and healthy tissue responses for robust data interpretation.
- Translational Research: Connects imaging biomarkers to preclinical and clinical endpoints in melanoma research.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, non-invasive imaging capability for diverse oncology and metabolic disease programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in lesion characterization.
- Operational Value: Standardizes imaging protocols for reproducibility and scalability across studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing early, objective data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of oncology assets based on quantitative imaging biomarkers.
Implementation Considerations
- Requires expertise in infrared imaging and quantitative image analysis.
- Needs access to calibrated IR cameras, temperature-controlled environments, and analytical software.
- Demands cross-team standardization for data acquisition and analysis protocols.
- Adaptation may be needed for different lesion types or anatomical sites.
- Minimizing patient movement and ensuring accurate temperature measurement are critical for data quality.
