ויזואליזציה כמותי וזיהוי של סרטן העור באמצעות הדמיה תרמית Dynamic
5 במאי 2011
אנחנו הראו כי נגעים פיגמנט ממאיר עם פעילות מטבולית מוגברת לייצר כמויות מדידים של חום מדידת תגובת תרמית חולף של העור כדי עירור קירור מאפשר זיהוי כמותי של מלנומה סרטן העור השני (לעומת הלא שגשוג nevi) בשעה מוקדמת שלב של המחלה.
הליך זה נועד לאבחן מלנומה או סוגים אחרים של סרטן העור באופן לא פולשני באמצעות הדמיית אינפרא אדום דינמית. התחל בצילום אור לבן של הנגע והרקמה הבריאה שמסביב, ולאחר מכן תמונת אינפרא אדום התייחסות של אותו אזור בעור. לאחר מכן, מצננים, את הנגע והעור שמסביב.
לאחר מכן הסר את מתח הקירור והקלט סרט אינפרא אדום של תהליך החימום מחדש המכונה התאוששות תרמית. לבסוף, בצע את ניתוח הנתונים ועיבוד התמונה של תמונות האור הלבן והאינפרא אדום שנלכדו כדי למדוד את טמפרטורת העור כפונקציה של זמן במהלך תהליך ההתאוששות התרמית, להשוות את טמפרטורת העור במיקום הנגע והרחק מהנגע כדי להעריך את ההבדלים בתגובה התרמית כאינדיקציה לפעילות מטבולית מוגברת שעשויה להיות קשורה לסרטן העור. בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות יצירת חום באמצעות הדמיה תרמית דינמית.
הדמיה אינפרא אדום דינמית היא שיטה אובייקטיבית וכמותית לא פולשנית המאפשרת גילוי מלנומה בשלב מוקדם של המחלה. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום, כגון האם אני בוחר נגעי אות אדם פעיל מטבולית ולמדוד את רמת הפעילות המטבולית בשילוב עם אספקת דם מוגברת. זה יכול להיות קשור לשלב סרטן.
שיטה זו כרוכה במורכבות מסוימת של רכישת נתוני טמפרטורת פני השטח מדויקים באמצעות טכניקות הדמיה אינפרא אדום ופיצוי על תנועה לא רצונית של הנבדק במהלך תהליך ההדמיה. אז ד"ר מיגל פריני, פוסט-דוקטורנט מהמעבדה שלי ואני, נדגים כעת את ההליך, לארגן חדר בדיקות מבוקר טמפרטורה המצויד במצלמת אינפרא אדום ומחשב לקליטה ואחסון של תמונות אינפרא אדום, כמו גם כרטיס איסוף נתונים המחובר למחשב. על מנת לנטר את טמפרטורות החדר ופני העור, חבר צמדים תרמיים לכרטיס איסוף נתונים במהלך מחקר המטופל ואחסן נתוני מדידה במחשב.
מכיוון שזיהוי נגע בתמונה התרמית דורש אפקט קירור, השתמש בטוש דבק מרובע כדי למקם את הנגע הפיגמנטי המעניין וסביבתו באמצעות המצלמה הדיגיטלית. רכוש תמונת אור בהירה של הנגע הפיגמנטי והחלון הדביק. לאחר מכן חבר דרמטוסקופ למצלמה דיגיטלית וצלם תמונות אוסקופיה.
תוכנת תצוגת המעבדה לוכדת ושומרת את כל תמונות האינפרא אדום באמצעות תוכנת תצוגת המעבדה. צלם תמונת אינפרא אדום במצב יציב עם מצלמת אינפרא אדום אמצע הדרך של Merlin. המשך למרוח זרם אוויר קר על אזור עור המטופל המכיל את הנגע, כמו גם קוטר של 50 מילימטר מהאזור שמסביב.
לאחר דקה אחת, הסירו את עומס הקירור כדי לאפשר לעור להתחמם מחדש בטמפרטורת החדר למשך שלוש עד ארבע דקות. במהלך שלב התאוששות תרמית זה, צלם תמונות אינפרא אדום של הנגע הפיגמנטי כל שתי שניות על מנת לקבל התפלגויות טמפרטורה חולפות מדויקות על פני העור. נתח את תמונות ה-IR באמצעות קוד MATLAB המותאם למטרה זו, כולל מספר שלבי כיול ומערכת ניתוח תמונה רב-מודאלית.
התחל בהחלת אלגוריתם זיהוי ציוני דרך על תמונת האור הבהיר לצורך מיקום פינות סמן הדבק. לאחר מכן, זהה את הנקודות המתאימות בתמונת ה-IR הייחוס, פצה על תנועת גוף או גפיים לא רצונית של המטופל על ידי שימוש בנקודות אלה כציוני דרך במודל תנועה ריבועית ליישור רצף תמונת ה-IR בשלב ההחלמה. לאחר מכן, השתמש בהליכון האקראי כדי להנחות את הפילוח מרחבית על ידי הצבת נקודות זרע ליצירת תמונת מסיכה התוחמת את הנגע.
לאחר קביעת צורת הנגע, זהה את האזור המתאים בכל אחת מתמונות ה-IR הרשומות. בחר נקודות אקראיות בתוך הנגע והרחק מהנגע המייצג את הנגע ואת הרקמה הבריאה בהתאמה. לאחר מכן השווה את התגובות התרמיות החולפות של שני האתרים.
לבסוף, הכינו טבלה הכוללת את כל תמונות ה-IR המקודדות בצבע אוסקופיה דיגיטלית של הנגע והסביבה שתועדו בתנאי הסביבה ושתי שניות לאחר עירור הקירור, כמו גם את התגובות התרמיות החולפות של הנגע והרקמה הבריאה המתאימה. במחקר מטופלים בו נבחרים להדמיה חולים בעלי נגע פיגמנטי עם אינדיקציה קלינית לביופסיה, ניתן לזהות את הפעילות המטבולית המוגברת של נגע המלנומה על ידי הדמיית אינפרא אדום דינמית. לאחר איסוף נתונים מהמחקר של המטופל, מתקבלת עקומת תגובה תרמית מדויקת עם תיקון תנועה.
אין הבדל בטמפרטורה בין הנגע הפיגמנטי השפיר לרקמת העור הבריאה בתמונת האינפרא אדום או במהלך התאוששות תרמית. הדמיה תרמית מוכיחה יתרון מיוחד בנגעי עור ממאירים על סמך תמונות האינפרא אדום. הבדל טמפרטורה וצבע משמעותי נצפה במהלך ההתאוששות התרמית, רק במיקום נגע המלנומה בתמונת האינפרא אדום.
לאחר אופטימיזציה מלאה ואוטומטית, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שתיים-שלוש דקות אם היא מבוצעת כראוי. הליך הדמיה זה אינו מזיק. אין סכנות מעורבות, וזה חיוני באבחון קליני.
בזמן השתתפות בהליך זה, חשוב לזכור שהנבדק צריך להישאר ללא תנועה ככל האפשר לאחר הליך זה. ניתן לבצע שיטות אחרות כמו ביופסיה על מנת לענות על שאלות נוספות כמו השלב ורמת החדירה של הסרטן והנגע השני.
סקירה
מחקר זה מדגים שיטה לא פולשנית לאבחון מלנומה וסרטן עור אחר באמצעות הדמיה אינפרא-אדווה דינמית. על ידי מדידת התגובה התרמית של נגעי עור לקירור, חוקרים יכולים לזהות נגעים ממאירים על סמך הפעילות המטבולית שלהם.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- אונקולוגיה
- דרמטולוגיה
- הדמיה רפואית
רקע
- מלנומה היא צורה חמורה של סרטן העור הדורשת גילוי מוקדם.
- שיטות אבחון מסורתיות יכולות להיות פולשניות ועשויות שלא לספק תוצאות מיידיות.
- הדמיה אינפרא-אדווה דינמית מציעה חלופה לא פולשנית להערכת נגעי עור.
- ניתן לכמת את הפעילות המטבולית המוגברת בנגעים ממאירים באמצעות הדמיה תרמית.
מטרת המחקר
- לפתח שיטה לאבחון מוקדם של מלנומה באמצעות הדמיה תרמית.
- להעריך את הפעילות המטבולית של נגעי עור באמצעות תגובות תרמיות זמניות.
- לספק כלי אבחון לא פולשני שניתן להשתמש בו בסביבות קליניות.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- לכידת תמונות אור לבן ואינפרא-אדום של נגעי עור.
- יישום קירור על הנגע והקלטת תהליך ההתאוששות התרמית.
- ניתוח שינויי טמפרטורה באמצעות קוד MATLAB מותאם אישית.
- השוואת תגובות תרמיות של נגעים לעומת רקמות בריאות סובבות.
תוצאות עיקריות
- הדמיה אינפרא-אדווה דינמית יכולה לזהות פעילות מטבולית מוגברת בנגעי מלנומה.
- הבדלי טמפרטורה משמעותיים נצפו במהלך ההתאוששות התרמית בנגעים ממאירים.
- השיטה הוכחה כיעילה בהבחנה בין נגעים פיגמנטיים שפירים לממאירים.
- התוצאות מצביעות על כך שניתן לייעל את הטכניקה לשימוש קליני מהיר.
מסקנות
- הדמיה אינפרא-אדווה דינמית היא כלי מבטיח לאבחון מוקדם של מלנומה.
- הנוהל אינו פולשני ואינו מציב סיכונים לחולים.
- אופטימיזציה נוספת עשויה לשפר את היעילות של שיטת האבחון הזו.
שאלות נפוצות
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.
