Name: Visualización y detección cuantitativa de cáncer de piel utilizando imágenes térmica dinámica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 8 s
Description: Aprende a detectar melanoma de forma no invasiva mediante imágenes térmicas dinámicas. Este método cuantitativo mide la recuperación térmica de lesiones cutáneas para identificar actividad metabólica aumentada asociada al cáncer de piel.

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Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation Grant No. 0651981 y el Alexander y Margaret Stewart confianza, aunque el Centro de Cáncer de la Universidad Johns Hopkins. Los autores desean agradecer la contribución de la Dra. Rhoda Alani a la IRB y el estudio del paciente, así como la ayuda y el apoyo del Dr. Sewon Kang y su departamento durante el estudio del paciente.

1. Configuración <ol><li> A temperatura ambiente controlado examen equipado con una cámara infrarroja y un PC para la adquisición de imágenes de infrarrojos y almacenamiento, así como una tarjeta de adquisición de datos conectada a un ordenador se muestran en la Fig.1a. </li><li> La temperatura ambiente y temperatura de superficie de la piel son supervisados ​​por los termopares conectados a una tarjeta de adquisición de datos durante el estudio del paciente y los datos de medición se almacenan en el ordenador. </li></ol> 2. Adquisición de imágenes <ol><li> Dado que la lesión no se puede detectar en la imagen térmica, sin el efecto de enfriamiento, un marcador adhesivo cuadrado se utiliza para localizar la lesión pigmentada de interés y su entorno (fig. 1b). </li><li> Adquirimos una imagen de luz brillante de la lesión pigmentada y la ventana de adhesivo con una cámara digital (Canon PowerShot G11) (Fig. 1B). </li><li> A dermatoscopio conectado a una cámara digital (DermLite Foto System) se utiliza para capturar la imagen de la luz polarizada. </li><li> Adquirimos una imagen de estado de infrarrojos constante con un midwave Merlín (3-5 micras) se muestra en la cámara de infrarrojos Fig.1a, c. </li><li> Nosotros aplicamos una corriente de aire frío en el área de la piel del paciente que contiene la lesión, así como una región de 50 mm de diámetro alrededor de la duración de un minuto. </li><li> Después de un minuto, la eliminación de esta tensión de enfriamiento para permitir que la piel vuelva a calentar a temperatura ambiente dentro de 3-4 minutos (fase de recuperación térmica) (Fig. 1c-d). </li><li> Durante la fase de recuperación térmica, las imágenes infrarrojas de la lesión pigmentada son capturados cada 2 segundos (Fig. 1c-d). </li><li> Todas las imágenes de infrarrojos (además de la luz blanca y luz polarizada imágenes) tomadas durante el estudio se guardan y se almacenan utilizando el software Labview. </li></ol> 3. Procesamiento de imágenes <ol><li> Las imágenes IR se analizaron mediante un código de Matlab dedicado con el fin de obtener información precisa distribución de temperatura transitoria en la superficie de la piel. Para ello, se introducen diversas medidas de calibración y un sistema de análisis de imagen multimodal. </li><li> Comenzamos con la aplicación de un algoritmo de detección sin precedentes para la imagen de luz brillante para la localización de las esquinas del marcador adhesivo. A continuación, hemos identificado los puntos correspondientes en la imagen de referencia IR. </li><li> Con el fin de compensar involuntarios del cuerpo / extremidades movimiento del paciente, se utilizan estos puntos como puntos de referencia en un modelo de movimiento de segundo grado para la alineación de la secuencia de imágenes de infrarrojos durante la fase de recuperación. </li><li> Usamos el andador al azar, un algoritmo de segmentación de imágenes interactivas donde el usuario puede orientar espacialmente la segmentación mediante la colocación de puntos de la semilla, para crear una imagen de la máscara de delinear la lesión. </li><li> Una vez que se determina la forma de la lesión, identificamos la zona correspondiente de cada una de las registradas las imágenes de infrarrojos. </li><li> Se selecciona al azar los puntos dentro de la lesión y lejos de la lesión en representación de la lesión y el tejido sano, respectivamente. </li><li> Comparamos la respuesta transitoria térmica de la piel sana y la respuesta de la lesión. </li><li> Se prepara una tabla que muestra todos los datos: digital, la dermatoscopia, con código de color las imágenes infrarrojas de la lesión y sus alrededores registraron en las condiciones ambientales y 2 segundos después de la excitación de refrigeración, y la respuesta transitoria termal de la lesión y el tejido sano. </li></ol> 4. Los resultados representativos: <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig1.jpg" alt="Figura 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 1"> Figura 1. a) El sistema de imágenes por infrarrojos HRIS en la sala de ensayo clínico, b) fotografía de la superficie corporal más grande, con un grupo de lesiones pigmentadas y el marco de plantilla aplicada para imágenes, c) la referencia de la imagen infrarroja de la región a temperatura ambiente, d) la misma zona después del enfriamiento y e) la sección ampliada de la lesión de melanoma y su entorno <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig2.jpg" alt="Figura 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 2"> Figura 2. Sala de examen con nuestro sistema de imágenes térmicas. <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig3.jpg" alt="Figura 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 3"> Figura 3. El enfriamiento de la lesión y el tejido de la piel circundante soplando una corriente de aire frío de un tubo de vórtice.

<ol><li>Skin cancer foundation website [Internet]. , Skin Cancer Foundation. Available from: 
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</ol>

Los resultados sugieren que, al aplicar la tensión de enfriamiento que mejora las diferencias de temperatura entre la lesión y el tejido sano circundante. Además, debido a pequeños movimientos del paciente durante la termografía, tuvimos que aplicar el seguimiento del movimiento de la superposición correctamente las imágenes para medir las diferencias de temperatura entre el estado de referencia y la distribución de la temperatura durante la recuperación térmica. Sin el control de movimiento que no han sido capaces de detectar y medir la diferencia de temperatura entre la lesión maligna y el tejido sano. Estos resultados y la necesidad de movimiento de un seguimiento preciso explicar las dificultades que enfrentan los investigadores en el pasado al tratar de diagnosticar el melanoma utilizando imágenes de IR sobre la base de información de estado estable y solo demuestran claramente las ventajas de la termografía dinámica. Cabe señalar que la resolución espacial de la cámara de infrarrojos (número de píxeles en la matriz de plano focal IR) es fundamental cuando las lesiones pequeñas exigentes. Tanto la resolución espacial y la sensibilidad a la temperatura de las cámaras infrarrojas temprano fue limitado, lo que también da cuenta de las dificultades en la detección de melanoma en estadio temprano en el pasado. Las principales diferencias entre nuestro enfoque y antes de los intentos de imagen térmica - que fueron un éxito moderado - son las secuencias de calibración y medidas de procesamiento de imágenes que nos permiten medir con precisión las diferencias de temperatura en este sistema, además del proceso de imágenes dinámicas que se basa en la refrigeración activa.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del equipo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> Merlin MWIR cámara </td><td> FLIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Canon PowerShot G11 </td><td> Canon </td><td> - </td></tr><tr><td> DermLite Foto Sistema </td><td> DermLite </td><td> - </td></tr><tr><td> Vortex tubo </td><td> Exair </td><td> - </td></tr><tr><td> Los tanques de aire </td><td> Airgas </td><td> - </td></tr></tbody></table>

visualización y detección cuantitativa de cáncer de piel utilizando imágenes térmica dinámica

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

En 2010, aproximadamente 68.720 melanomas se diagnostican en los EE.UU., con alrededor de 8.650 con resultado de muerte 1. Hasta la fecha, el único tratamiento eficaz para el melanoma sigue siendo la resección quirúrgica, por lo tanto, la clave para la supervivencia extendida es la detección precoz 2,3. Teniendo en cuenta el gran número de pacientes diagnosticados cada año y las limitaciones en el acceso a la atención especializada con rapidez, el desarrollo de objetivos en vivo los instrumentos de diagnóstico para ayudar en el diagnóstico es esencial. Nuevas técnicas para detectar el cáncer de piel, sobre todo herramientas no invasivas de diagnóstico, se están estudiando en muchos laboratorios. Junto con los métodos de las técnicas quirúrgicas, como la fotografía digital, la dermatoscopia, sistemas multiespectrales de imágenes (MelaFind), sistemas basados ​​en láser (la microscopía confocal de barrido láser, láser doppler imágenes de perfusión, tomografía de coherencia óptica), ultrasonido, resonancia magnética, se están probando . Cada técnica ofrece ventajas e inconvenientes, muchos de los cuales representan un compromiso entre la eficacia y la precisión frente a la facilidad de uso y el coste. Los detalles sobre estas técnicas y las comparaciones están disponibles en la literatura 4. Infrarrojos (IR) de imágenes ha demostrado ser un método útil para diagnosticar los síntomas de ciertas enfermedades mediante la medición de la temperatura local de la piel. Hay un gran cuerpo de evidencia que muestra que la enfermedad o la desviación de funcionamiento normal se acompaña de cambios de la temperatura del cuerpo, que a su vez afectan a la temperatura de la piel 5,6. Datos precisos sobre la temperatura del cuerpo humano y la piel pueden proporcionar una gran cantidad de información sobre los procesos responsables de la generación de calor y la termorregulación, en particular la desviación de las condiciones normales, a menudo causada por la enfermedad. Sin embargo, la imagen IR no ha sido ampliamente reconocida en la medicina debido a la utilización prematura de la tecnología de 7,8 hace varias décadas, cuando la exactitud de medición de temperatura y la resolución espacial fueron las herramientas de imagen inadecuada y sofisticado procesamiento no estaban disponibles. Esta situación cambió drásticamente a finales de los 1990s-2000s. Los avances en la instrumentación de infrarrojos, la aplicación de la tecnología digital y algoritmos de procesamiento dinámico de imágenes de infrarrojos, que permite a los científicos para analizar no sólo el espacio, sino también el comportamiento temporal térmica de la piel 9, los avances permitidos en el campo. En nuestra investigación, analizamos la viabilidad de la imagen IR, junto con estudios teóricos y experimentales, como un costo efectivo, no invasivo, en la técnica de medición óptica in vivo para la detección del tumor, con énfasis en el cribado y la detección precoz del melanoma 10-13 . En este estudio, se muestran los datos obtenidos en un estudio de pacientes en los que los pacientes que tienen una lesión pigmentada con una indicación clínica de la biopsia son seleccionados para la imagen. Se comparó la diferencia en las respuestas térmicas entre el tejido sano y malignos y comparamos nuestros datos con los resultados de la biopsia. Llegamos a la conclusión de que la actividad metabólica de la lesión de melanoma pueden ser detectados por imágenes por infrarrojos dinámica.

Hemos demostrado que las lesiones pigmentadas malignas con la actividad metabólica de generar cantidades cuantificables de calor y la medición de la respuesta transitoria térmica de la piel a una excitación de enfriamiento permite la identificación cuantitativa de melanoma y otros cánceres de piel (vs. no-proliferación nevus) a una edad temprana etapa de la enfermedad.

Visualización y detección cuantitativa de cáncer de piel utilizando imágenes térmica dinámica

En 2010, se diagnosticarán aproximadamente 68 720 melanomas solo en los EE. UU., y alrededor de 8 650 resultarán en muerte 1. Hasta la fecha, el único tratamiento eficaz...

Este procedimiento tiene como objetivo diagnosticar melanoma u otros tipos de cáncer de piel de forma no invasiva mediante imágenes infrarrojas dinámicas. Comience tomando una fotografía con luz blanca de la lesión y del tejido sano circundante, seguida de una imagen infrarroja de referencia de la misma región de la piel. A continuación, enfríe la lesión y la piel circundante.A continuación, elimine el estrés por enfriamiento y registre una película infrarroja del proceso de recalentamiento denominado recuperación térmica. Finalmente, realice el análisis de datos y el procesamiento de imágenes de las imágenes capturadas de luz blanca e infrarrojas para medir la temperatura de la piel en función del tiempo durante el proceso de recuperación térmica, compare la temperatura de la piel en la ubicación de la lesión y lejos de la lesión para evaluar las diferencias en la respuesta térmica como indicación de una actividad metabólica aumentada que podría estar relacionada con el cáncer de piel. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestren la generación de calor mediante imágenes térmicas dinámicas.La imagenología infrarroja dinámica es un método no invasivo, objetivo y cuantitativo que permite la detección del melanoma en una etapa temprana de la enfermedad. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo, como si las lesiones sospechosas de melanoma son metabólicamente activas y medir el nivel de actividad metabólica combinado con un aumento en el suministro sanguíneo. Esto puede relacionarse con la estadificación del cáncer.Este método implica cierta complejidad para obtener datos precisos de la temperatura superficial mediante técnicas de imagen infrarroja y compensar el movimiento involuntario del sujeto durante el proceso de adquisición de imágenes. Por lo tanto, el Dr. MCG Miguel Perini, un posdoctorado de mi laboratorio, y yo procederemos a demostrar el procedimiento: organice una sala de examen con temperatura controlada, equipada con una cámara infrarroja y una computadora para la adquisición y almacenamiento de imágenes infrarrojas, así como una tarjeta de adquisición de datos conectada a una computadora. Con el fin de monitorear las temperaturas de la sala y de la superficie de la piel, conecte termopares a una tarjeta de adquisición de datos durante el estudio del paciente y almacene los datos de medición en una computadora.Dado que la detección de lesiones en la imagen térmica requiere un efecto de enfriamiento, utilice un marcador adhesivo cuadrado para localizar la lesión pigmentada de interés y sus alrededores con la cámara digital. Adquiera una imagen con luz brillante de la lesión pigmentada y de la ventana adhesiva. A continuación, conecte un dermatoscopio a una cámara digital y capture imágenes de dermatoscopia.El software de vista de laboratorio captura y guarda todas las imágenes infrarrojas utilizando el software de vista de laboratorio. Capture una imagen infrarroja en estado estacionario con una cámara infrarroja Merlin Midway. Proceda a aplicar un flujo de aire frío a la zona de la piel del paciente que contiene la lesión, así como a una región circundante de 50 milímetros de diámetro.Después de un minuto, retire el estrés por enfriamiento para permitir que la piel se recaliente a temperatura ambiente durante tres o cuatro minutos. Durante esta fase de recuperación térmica, capture imágenes infrarrojas de la lesión pigmentada cada dos segundos con el fin de obtener distribuciones precisas de temperatura transitoria en la superficie de la piel. Analice las imágenes IR mediante un código de MATLAB personalizado para este propósito, que incluye varios pasos de calibración y un sistema de análisis de imágenes multimodal.Comience aplicando un algoritmo de detección de puntos característicos a la imagen de luz brillante para localizar las esquinas del marcador adhesivo. A continuación, identifique los puntos correspondientes en la imagen de referencia de infrarrojo (IR) y compense el movimiento involuntario del cuerpo o de la extremidad del paciente utilizando estos puntos como referencias en un modelo de movimiento cuadrático para alinear la secuencia de imágenes de IR durante la fase de recuperación. Luego, utilice el método de caminante aleatorio para guiar espacialmente la segmentación colocando puntos semilla y así crear una imagen de máscara que delimite la lesión.Una vez determinada la forma de la lesión, identifique la región correspondiente en cada una de las imágenes infrarrojas registradas. Seleccione puntos aleatorios dentro de la lesión y fuera de ella que representen la lesión y el tejido sano, respectivamente. Luego compare las respuestas térmicas transitorias de ambos sitios.Finalmente, prepare una tabla que incluya todas las imágenes infrarrojas codificadas por colores mediante oscopia digital de la lesión y la zona circundante registradas en condiciones ambientales y dos segundos después de la excitación mediante enfriamiento, así como las respuestas térmicas transitorias de la lesión y del tejido sano correspondiente. En un estudio con pacientes en el que se seleccionan pacientes que presentan una lesión pigmentada con indicación clínica de biopsia para su imagenología, la actividad metabólica aumentada de la lesión de melanoma puede detectarse mediante imagenología infrarroja dinámica. Una vez que se recopilan los datos del estudio del paciente, se obtiene una curva precisa de respuesta térmica con corrección del movimiento.No existe diferencia de temperatura entre la lesión pigmentada benigna y el tejido cutáneo sano en la imagen infrarroja ni durante la recuperación térmica. La imagen térmica muestra una ventaja particular en las lesiones cutáneas malignas basándose en las imágenes infrarrojas. Se observa una diferencia significativa de temperatura y color durante la recuperación térmica, únicamente en la ubicación de la lesión de melanoma en la imagen infrarroja.Una vez completamente optimizada y automatizada, esta técnica puede realizarse en dos o tres minutos si se lleva a cabo correctamente. Este procedimiento de imagen es inofensivo. No conlleva riesgos y esto es esencial en el diagnóstico clínico.Al realizar este procedimiento, es importante recordar que el sujeto debe permanecer lo más inmóvil posible tras su finalización. Se pueden realizar otros métodos, como la biopsia, para responder preguntas adicionales, como la estadificación y el nivel de penetración del cáncer, así como la presencia de una segunda lesión.

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