Visualizzazione quantitativa e diagnosi del tumore della pelle utilizzando Dynamic Thermal Imaging
5 maggio 2011
Abbiamo dimostrato che le lesioni maligne pigmentato con una maggiore attività metabolica di generare quantificabili quantità di calore e la misura della risposta transitoria termica della pelle ad una eccitazione di raffreddamento consente l'identificazione quantitativa dei melanomi e tumori della pelle (vs non-proliferativa nevi) in una fase precoce stadio della malattia.
Questa procedura mira a diagnosticare il melanoma o altri tipi di cancro della pelle in modo non invasivo utilizzando l'imaging dinamico a infrarossi. Inizia scattando una fotografia a luce bianca della lesione e del tessuto sano circostante, seguita da un'immagine a infrarossi di riferimento della stessa regione della pelle. Successivamente, raffreddare, la lesione e la pelle circostante.
Quindi rimuovere lo stress di raffreddamento e registrare un filmato a infrarossi del processo di riscaldamento chiamato recupero termico. Infine, eseguire l'analisi dei dati e l'elaborazione delle immagini a luce bianca e infrarossi catturate per misurare la temperatura della pelle in funzione del tempo durante il processo di recupero termico, confrontare la temperatura della pelle nella posizione della lesione e lontano dalla lesione per valutare le differenze nella risposta termica come indicazione di un aumento dell'attività metabolica che può essere correlata al cancro della pelle. In definitiva, è possibile ottenere risultati che mostrano la generazione di calore attraverso l'imaging termico dinamico.
L'imaging dinamico a infrarossi è un metodo oggettivo e quantitativo non invasivo che consente di rilevare il melanoma in una fase precoce della malattia. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sul campo, come ad esempio se le lesioni del segnale dell'uomo sono metabolicamente attive e misurare il livello di attività metabolica combinato con un aumento dell'afflusso di sangue. Questo può essere collegato alla stadiazione del cancro.
Questo metodo comporta una certa complessità nell'acquisizione di dati accurati sulla temperatura superficiale utilizzando tecniche di imaging a infrarossi e compensando il movimento involontario del soggetto durante il processo di imaging. Quindi il Dr.Mcg Miguel Perini, un postdoc del mio laboratorio ed io dimostreremo ora la procedura, organizzeremo una sala d'esame a temperatura controllata dotata di una telecamera a infrarossi e di un PC per l'acquisizione e l'archiviazione delle immagini a infrarossi, nonché di una scheda di acquisizione dati collegata a un computer. Per monitorare le temperature della superficie ambiente e della pelle, collegare le termocoppie a una scheda di acquisizione dati durante lo studio del paziente e memorizzare i dati di misurazione su un computer.
Poiché il rilevamento della lesione nell'immagine termica richiede un effetto di raffreddamento, utilizzare un pennarello adesivo quadrato per localizzare la lesione pigmentata di interesse e l'ambiente circostante con la fotocamera digitale. Acquisire un'immagine in luce intensa della lesione pigmentata e della finestra adesiva. Quindi collega un dermatoscopio a una fotocamera digitale e acquisisci le immagini dell'oscopia.
Il software lab view acquisisce e salva tutte le immagini a infrarossi utilizzando il software lab view. Cattura un'immagine a infrarossi in stato stazionario con una telecamera a infrarossi a metà strada Merlin. Procedere all'applicazione di un flusso di aria fredda sull'area della pelle del paziente contenente la lesione, nonché su un diametro di 50 millimetri della regione circostante.
Dopo un minuto, rimuovere lo stress da raffreddamento per consentire alla pelle di riscaldarsi a temperatura ambiente per tre o quattro minuti. Durante questa fase di recupero termico, acquisire immagini a infrarossi della lesione pigmentata ogni due secondi al fine di ottenere distribuzioni accurate della temperatura transitoria sulla superficie della pelle. Analizza le immagini IR utilizzando un codice MATLAB personalizzato per questo scopo, che include diverse fasi di calibrazione e un sistema di analisi delle immagini multimodale.
Inizia applicando un algoritmo di rilevamento dei punti di riferimento all'immagine a luce intensa per localizzare gli angoli del marcatore adesivo. Successivamente, identificare i punti corrispondenti nell'immagine IR di riferimento, compensare il movimento involontario del corpo o dell'arto del paziente utilizzando questi punti come punti di riferimento in un modello di movimento quadratico per allineare la sequenza di immagini IR durante la fase di recupero. Successivamente, utilizzare il deambulatore casuale per guidare spazialmente la segmentazione posizionando i punti di partenza per creare un'immagine maschera che delinea la lesione.
Una volta determinata la forma della lesione, identificare la regione corrispondente in ciascuna delle immagini IR registrate. Selezionare punti casuali all'interno della lesione e lontano dalla lesione che rappresentano rispettivamente la lesione e il tessuto sano. Quindi confronta le risposte termiche transitorie di entrambi i siti.
Infine, preparare una tabella che includa tutte le immagini IR codificate a colori dell'oscopia digitale della lesione e dell'area circostante registrate in condizioni ambientali e due secondi dopo l'eccitazione di raffreddamento, nonché le risposte termiche transitorie della lesione e del corrispondente tessuto sano. In uno studio su pazienti in cui vengono selezionati per l'imaging pazienti che possiedono una lesione pigmentata con indicazione clinica per la biopsia, l'aumento dell'attività metabolica della lesione del melanoma può essere rilevato mediante imaging dinamico a infrarossi. Una volta raccolti i dati dallo studio del paziente, si ottiene una curva di risposta termica precisa con correzione del movimento.
Non vi è alcuna differenza di temperatura tra la lesione pigmentata benigna e il tessuto cutaneo sano nell'immagine a infrarossi o durante il recupero termico. La termografia si dimostra particolarmente vantaggiosa nelle lesioni cutanee maligne sulla base delle immagini a infrarossi. Durante il recupero termico si osserva una significativa differenza di temperatura e colore, solo nella posizione della lesione del melanoma nell'immagine a infrarossi.
Una volta completamente ottimizzata e automatizzata, questa tecnica può essere eseguita in due, tre minuti se eseguita correttamente. Questa procedura di imaging è innocua. Non ci sono rischi e questo è essenziale nella diagnostica clinica.
Durante la partecipazione a questa procedura, è importante ricordare che il soggetto deve rimanere il più immobile possibile dopo questa procedura. Altri metodi, come la biopsia, possono essere eseguiti per rispondere a ulteriori domande, come la stadiazione e il livello di penetrazione del cancro e la seconda lesione.
Panoramica
Questo studio dimostra un metodo non invasivo per diagnosticare il melanoma e altri tumori della pelle utilizzando l'imaging a infrarossi dinamico. Misurando la risposta termica delle lesioni cutanee al raffreddamento, i ricercatori possono identificare le lesioni maligne in base alla loro attività metabolica.
Componenti principali dello studio
Area di scienza
- Oncologia
- Dermatologia
- Imaging medico
Sfondo
- Il melanoma è una forma grave di cancro della pelle che richiede una diagnosi precoce.
- I metodi diagnostici tradizionali possono essere invasivi e potrebbero non fornire risultati immediati.
- L'imaging a infrarossi dinamico offre un'alternativa non invasiva per valutare le lesioni cutanee.
- L'aumentata attività metabolica nelle lesioni maligne può essere quantificata attraverso l'imaging termico.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un metodo per la diagnosi precoce del melanoma utilizzando l'imaging termico.
- Valutare l'attività metabolica delle lesioni cutanee attraverso risposte termiche transitorie.
- Fornire uno strumento diagnostico non invasivo che possa essere utilizzato in ambienti clinici.
Metodi utilizzati
- Catturare immagini in bianco e nero e a infrarossi delle lesioni cutanee.
- Applicare raffreddamento alla lesione e registrare il processo di recupero termico.
- Analizzare i cambiamenti di temperatura utilizzando codice MATLAB personalizzato.
- Confrontare le risposte termiche delle lesioni con il tessuto sano circostante.
Principali risultati
- L'imaging a infrarossi dinamico può rilevare un'aumentata attività metabolica nelle lesioni di melanoma.
- Sono state osservate differenze significative di temperatura durante il recupero termico nelle lesioni maligne.
- Il metodo si è dimostrato efficace nel distinguere tra lesioni pigmentate benigne e maligne.
- I risultati indicano che questa tecnica può essere ottimizzata per un uso clinico rapido.
Conclusioni
- L'imaging a infrarossi dinamico è uno strumento promettente per la diagnosi precoce del melanoma.
- La procedura è non invasiva e non presenta pericoli per i pazienti.
- Un'ulteriore ottimizzazione potrebbe migliorare l'efficienza di questo metodo diagnostico.
Domande frequenti
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.
