Name: 양적 시각화 및 동적 써멀 이미징을 사용하여 피부암의 감지 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 8 s
Description: 학습하세요 동적 적외선 이미징을 활용한 피부암 비침습적 진단 방법을. 병변을 냉각 후 재가열 과정에서 열 회복 양상을 분석하여 악성 병변의 대사 활성을 정량적으로 검출하는 기술입니다.

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이 연구는 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 부여 번호 0651981과 알렉산더와 마가렛 스튜어트 신뢰 존스 홉킨스 대학 불구하고 암 센터 투자했다. 저자는 IRB와 환자의 연구뿐만 아니라 도움 박사 세원 강과 환자의 연구 기간 동안 자신의 부서를 지원하는 박사 로다 알라니의 기여를 인정하고 싶습니다.

1. 설정 <ol><li> 적외선 이미지 수집 및 저장뿐만 아니라 컴퓨터에 연결된 데이터 수집 카드 적외선 카메라와 PC를 갖춘 온도 제어 시험 실 Fig.1a에 표시됩니다. </li><li> 상온 및 피부 표면 온도가 환자의 연구 및 측정 데이터 동안 데이터 수집 카드에 연결된 열전쌍으로 모니터링하는 것은 컴퓨터에 저장됩니다. </li></ol> 2. 이미지 수집 <ol><li> 병변이 냉각 효과없이 이미지에서 열 감지되지 않을 수 있기 때문에 사각형 접착제 표시는 관심과 그 주변의 색소 병변을 (그림의 1B) 집중하는 데 사용됩니다. </li><li> 우리는 디지털 카메라 (캐논 파워샷 G11) (그림의 1B)와 색소 병변과 접착 윈도우의 밝은 빛을 이미지를 획득. </li><li> 디지털 카메라 (DermLite Foto 시스템)에 연결 dermatoscope는 편광 이미지를 캡처하는 데 사용됩니다. </li><li> 우리는 멀린 midwave (3-5 μm의) Fig.1a, C. 표시 적외선 카메라와 함께 안정된 상태 적외선 이미지를 획득 </li><li> 우리는 1 분 동안 병변뿐만 아니라 50mm 직경 주변 지역을 포함하는 환자의 피부의 영역에 차가운 공기의 흐름을 적용합니다. </li><li> 일분 후, 우리는 피부를 3-4 분 이내에 실내 온도 (열 복구 단계) (그림 1C - D)에 다시 따뜻한 수 있도록하려면이 냉각 스트레스를 제거합니다. </li><li> 열 복구 단계 동안, 색소 병변의 적외선 이미지는 매 2 초 (그림 1C - D)를 캡처합니다. </li><li> 연구 기간 동안 찍은 모든 IR 이미지 (흰색 빛이 편광 이미지 이외에) 저장되고 Labview 소프트웨어를 사용하여 저장됩니다. </li></ol> 3. 이미지 처리 <ol><li> IR 이미지는 피부 표면에 정확하게 과도 온도 배포판을 얻기 위해서는 전용 Matlab 코드를 사용하여 분석하고 있습니다. 이러한 목적을 위해, 우리는 몇 가지 보정 단계와 multimodal 영상 분석 시스템을 소개합니다. </li><li> 우리는 접착제 마커의 구석을 번역에 대한 밝은 빛을 이미지로 획기적인 탐지 알고리즘을 적용 시작. 다음, 우리는 참조 IR 이미지의 해당 지점을 확인. </li><li> 환자의 불수의 본문 / 사지 움직임 보상하기 위해, 우리는 복구 단계에서 IR 이미지 시퀀스를 정렬을위한 이차 모션 모델의 랜드마크로서이 포인트를 사용합니다. </li><li> 우리는 무작위 워커, 사용자가 공간 병변을 delineating 마스크 이미지를 만들 수, 씨앗 포인트를 배치하여 세그먼트 가이드 수있는 대화형 이미지 분할 알고리즘을 사용합니다. </li><li> 일단 우리가 병변의 모양을 결정, 우리는 등록된 IR 이미지 각 해당 지역을 식별합니다. </li><li> 우리는 각각 병변과 건강한 조직을 대표하는 병변 떨어져 병변 내부의 임의의 지점을 선택합니다. </li><li> 우리는 건강한 피부와 병변의 반응의 과도 열 응답을 비교합니다. </li><li> 디지털, dermoscopy, 색상 코드 냉각 여기 이후 주변 조건과 2 초 기록 병변과 주변 지역의 IR 이미지 및 병변과 건강한 조직의 과도 열 응답 : 우리는 모든 데이터를 보여주는 테이블을 준비합니다. </li></ol> 4. 대표 결과 : <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 1"> 그림 1. 주위 온도 영역의 색소 병변의 클러스터 및 이미징, C 신청한 템플릿 프레임과 함께 더 큰 신체 표면적의) 임상 시험 실에서 적외선 이미징 시스템 HRIS, B)가 사진)을 참조 적외선 이미지, D) 냉각 및 전자 후에도 같은 지역)이 흑색증의 병변과 주변 부분을 확대 <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig2.jpg" alt="그림 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 2"> 그림 2. 우리 열 이미징 시스템과 시험 실. <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig3.jpg" alt="그림 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 3"> 그림 3. 소용돌이 관에서 차가운 공기의 흐름을 막아서 병변과 주위 피부 조직을 냉각.

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

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

결과는 냉각 스트레스를 적용하여 우리는 병변 주변 건강한 조직 사이의 온도 차이를 개선하는 것이 좋습니다. 또한, 때문에 열 이미징하는 동안 환자의 작은 움직임을 우리는 제대로 참조 상태 및 열 복구하는 동안 온도 분포 사이의 온도 차이를 측정하는 이미지를 오버레이 추적 모션을 적용했다. 모션 추적없이 우리는 악성 병변과 건강한 조직 사이의 온도 차이를 감지하고 측정할 수 없었을 거에요. 정상 상태 정보 혼자 명확하게 동적 열 영상의 장점을 증명을 기반으로 IR 이미징을 사용하여 흑색증를 진단하려고 할 때 이러한 결과와 어려움의 수사 설명 추적 정확한 운동의 필요성은 과거에 직면했다. 이것은 IR 카메라 (IR 초점 평면 배열에있는 픽셀의 수)의 공간적 해상도 안목 작은 병변 때 중요합니다 있다고 지적한다. 공간 해상도와 초기 적외선 카메라의 온도 감도 모두는 과거에 초기 단계의 흑색증를 감지에 어려움을 계정에있는, 제한했다. 우리의 접근 방법과 사전에 열 이미징 시도 사이의 주요 차이점 - 그건 적당히 성공은 - 교정의 시퀀스 우리가 정확하게 활성 냉각에 의존 동적 이미징 프로세스뿐만 아니라이 시스템의 온도 차이를 측정하도록 영상 처리 단계입니다.

<table border="1"><tbody><tr><td> 장비의 명칭 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td></tr><tr><td> 멀린 MWIR 카메라 </td><td> FLIR </td><td> - </td></tr><tr><td> 캐논 파워샷 G11 </td><td> 규범 </td><td> - </td></tr><tr><td> DermLite Foto 시스템 </td><td> DermLite </td><td> - </td></tr><tr><td> 소용돌이 관 </td><td> Exair </td><td> - </td></tr><tr><td> 에어 탱크 </td><td> Airgas </td><td> - </td></tr></tbody></table>

양적 시각화 및 동적 써멀 이미징을 사용하여 피부암의 감지

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

2010 년 약 68,720 melanomas는 8650 주위에 죽음이 하나의 결과로, 미국 혼자 진단한다. 날짜하려면, 흑색증 수있는 유일한 효과적인 치료 그러므로, 확장 생존의 열쇠가 2,3 조기 발견이며, 수술 절단 남아있다. 환자의 큰 숫자를 고려하면 신속하게 전문적인 치료에 접근 매년과 한계를 진단, 진단을 돕기 위해 생체내 진단 악기의 목적의 개발이 필수적입니다. 피부암, 특히 비침습 진단 도구를 감지하는 새로운 기술은 수많은 실험실에서 살펴되고있다. 디지털 사진, dermoscopy, multispectral 이미징 시스템 (MelaFind), 레이저 기반의 시스템 (공촛점 스캐닝 레이저 현미경, 레이저 도플러 재관류 이미징, 광학 일관성의 tomography), 초음파, 자기 공명 영상으로 수술 방법, 기법, 함께하는 것은 테스트하고 있습니다 . 각 기술은 효율성과 정확성 대 사용의 용이성 및 비용 고려 사항 사이의 타협을 제기하는 많은 독특한 장점과 단점을 제공합니다. 이러한 기술과 비교에 대한 자세한 내용은 문학 4에서 사용할 수 있습니다. 적외선 (IR​​) 이미징은 현지 피부 온도를 측정하여 특정 질병의 징후를 진단하는 유용한 방법으로 표시되었다. 질병이나 일반적인 기능의 편차가 신체의 온도 변화에 의해 수반되는 보여주는 증거의 많은 시체가있다, 이것은 다시 피부 5,6의 온도에 영향을 미칩니다. 인체와 피부의 온도에 대한 정확한 데이터는 종종 질병으로 인한 정상적인 조건에서 특정 편차의 열 생성 및 thermoregulation, 책임이있는 프로세스에 대한 풍부한 정보를 제공할 수 있습니다. 그러나, IR 영상이 널리 7,8 십년 전에 기술의 조기 사용으로 인해 의학에서 인정되지 않은, 온도 측정 정확도 및 공간적 해상도가있을 때 부적 절한하고 정교한 이미지 처리 도구를 사용할 수 있었다. 이러한 상황은 1990 년대 후반 - 2​​000 년대에 극적으로 바뀌었습니다. IR 기기, 디지털 영상 처리 알고리즘과 과학자의 공간뿐만 아니라 분석할 수 동적 IR 이미징의 구현뿐만 아니라, 피부 9 시간적 열 행동 진보, 분야에서 획기적인 허용. 우리의 연구에서, 우리는 이론 및 실험 연구와 함께 IR 영상의 가능성을, 탐험 비용 종양 검출에 대한 생체내 광학 측정 기술, 심사 강조하고 흑색증 10-13의 조기 발견으로, 비침습 효과 . 본 연구에서는, 우리는 생검을위한 임상 표시가있는 색소 병변을 가진 환자가 화상을 위해 선택되는 환자 연구에서 얻은 데이터를 표시합니다. 우리는 건강하고 악성 조직 및 생검 결과와 비교의 데이터 간의 온도 응답의 차이를 비교했다. 우리는 흑색증의 병변의 증가 신진 대사 활동이 동적 적외선 이미징에 의해 감지 수 있습니다 결론을 내렸다.

우리는 증가 신진 대사 활동이 가열 및 냉각 여기에 피부의 과도 열 응답의 측정 같지는 양을 생성과 그 악성 색소 병변을 증명하는 것은 초기에 흑색증 및 기타 피부 암 (대 비 proliferative nevi)의 양적 확인하실 수 있습니다 질병의 단계.

2010년 미국에서만 약 68,720건의 흑색종이 진단될 것으로 예상되며, 그중 약 8,650명이 사망에 이를 것으로 보입니다 1. 현재까지 유일한 효과적인 치료법은...

본 절차의 목적은 동적 적외선 이미징을 사용하여 흑색종 또는 기타 유형의 피부암을 비침습적으로 진단하는 것입니다. 먼저 병변과 주변 건강한 조직의 백색광 사진을 촬영한 후, 동일한 피부 영역의 참조 적외선 이미지를 촬영합니다. 그다음, 병변과 주변 피부를 냉각합니다.그런 다음 냉각 스트레스를 제거하고, 열 회복(thermal recovery)이라고 하는 재가열 과정의 적외선 영상을 기록합니다. 마지막으로, 획득한 백색광 및 적외선 영상의 데이터 분석과 이미지 처리를 수행하여 열 회복 과정 중 시간에 따른 피부 온도를 측정하고, 병변 부위와 병변에서 멀리 떨어진 부위의 피부 온도를 비교하여 피부암과 관련될 수 있는 대사 활동 증가의 지표로서 열 반응의 차이를 평가합니다. 궁극적으로, 동적 열 영상을 통해 열 발생을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다.동적 적외선 영상법은 질병의 초기 단계에서 흑색종을 검출할 수 있게 해주는 비침습적이고 객관적이며 정량적인 방법입니다. 이 방법은 피크맨 신호 병변이 대사적으로 활성 상태인지 여부와 혈류 공급 증가와 결합된 대사 활성 수준을 측정하는 등 해당 분야의 핵심적인 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이는 암 병기 결정과 연계될 수 있습니다.이 방법은 적외선 이미징 기술을 사용하여 정확한 표면 온도 데이터를 획득하고, 이미징 과정 중 피험자의 비자발적 움직임을 보정해야 하는 복잡성이 수반됩니다. 따라서 제 연구실의 박사후 연구원인 Dr. Mcg Miguel Perini와 제가 지금부터 그 절차를 시연하겠습니다. 적외선 카메라와 적외선 이미지 획득 및 저장을 위한 PC, 그리고 컴퓨터에 연결된 데이터 수집 카드가 갖춰진 온도 조절 검사실을 준비하십시오. 환자 연구 중에 실내 및 피부 표면 온도를 모니터링하기 위해 열전대를 데이터 수집 카드에 연결하고 측정 데이터를 컴퓨터에 저장하십시오.열화상 이미지에서 병변을 검출하려면 냉각 효과가 필요하므로, 사각형 접착 마커를 사용하여 디지털 카메라로 관심 있는 색소 병변과 그 주변 부위를 국소화하십시오. 색소 병변과 접착 윈도우의 밝은 광원 이미지를 획득하십시오. 그런 다음 더마토스코프를 디지털 카메라에 연결하여 더마토스코피 이미지를 촬영하십시오.LabVIEW 소프트웨어를 사용하여 모든 적외선 영상을 캡처하고 저장합니다. Merlin 중파 적외선 카메라로 정상 상태의 적외선 영상을 캡처하십시오. 병변이 있는 환자의 피부 부위와 그 주변 50 millimeter 직경 영역에 냉풍을 분사합니다.1분 후, 냉각 스트레스를 제거하여 피부가 상온에서 3~4분 동안 다시 가열되도록 합니다. 이 열 회복 단계 동안, 피부 표면의 정확한 과도 온도 분포를 얻기 위해 2초마다 색소성 병변의 적외선 이미지를 캡처합니다. 여러 보정 단계와 다중 모드 이미지 분석 시스템이 포함되어 본 목적에 맞게 맞춤 제작된 MATLAB 코드를 사용하여 IR 이미지를 분석합니다.먼저 밝은 광원 이미지에 랜드마크 검출 알고리즘을 적용하여 접착 마커의 모서리 위치를 파악합니다. 다음으로, 참조 IR 이미지에서 이에 대응하는 점들을 식별하고, 회복 단계 동안 IR 이미지 시퀀스를 정렬하기 위한 이차 운동 모델(quadratic motion model)의 랜드마크로 이 점들을 사용하여 환자의 불수의적인 신체 또는 사지 움직임을 보정합니다. 이어서, 시드 포인트(seed points)를 배치하여 병변을 묘사하는 마스크 이미지를 생성함으로써 랜덤 워커(random walker)가 세그멘테이션을 공간적으로 안내하도록 합니다.병변의 모양이 결정되면, 등록된 각 IR 이미지에서 해당 영역을 식별합니다. 병변 내부와 병변 외부에서 무작위 지점을 선택하여 각각 병변과 건강한 조직을 대표하도록 합니다. 그런 다음 두 지점의 과도 열 응답을 비교합니다.마지막으로, 주변 환경 조건과 냉각 여기 2초 후에 기록된 병변 및 주변 영역의 모든 디지털 검경 색상 코드화 IR 이미지와 병변 및 해당 정상 조직의 과도 열 응답을 포함하는 표를 작성하십시오. 생검이 필요한 임상 징후가 있는 색소성 병변 환자를 대상으로 한 환자 연구에서, 흑색종 병변의 증가된 대사 활동은 동적 적외선 이미징을 통해 검출될 수 있습니다. 환자 연구로부터 데이터를 수집하면, 움직임 보정을 통해 정밀한 열 응답 곡선을 얻을 수 있습니다.적외선 이미지나 열 회복 과정에서 양성 색소성 병변과 건강한 피부 조직 사이의 온도 차이는 나타나지 않습니다. 적외선 이미지를 통해 볼 때, 열 이미징은 악성 피부 병변에서 특히 유리한 점이 있음이 입증됩니다. 적외선 이미지 내 흑색종 병변 부위에서만 열 회복 동안 유의미한 온도 및 색상 차이가 관찰됩니다.완전히 최적화되고 자동화되면, 이 기술을 적절하게 수행했을 때 2~3분 내에 완료할 수 있습니다. 이 영상 촬영 절차는 무해합니다. 수반되는 위험 요소가 없으며, 이는 임상 진단에서 필수적입니다.본 절차를 수행하는 동안, 피험자가 시술 후 최대한 움직이지 않고 유지해야 한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 암의 병기 및 침범 깊이, 그리고 제2 병변과 같은 추가적인 의문점을 해결하기 위해 생검과 같은 다른 방법들을 병행하여 실시할 수 있습니다.

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