Kwantitatieve Visualisatie en detectie van huidkanker Met behulp van Dynamic Thermal Imaging
5 mei 2011
We dat kwaadaardige pigmentvlekken aangetoond met een verhoogde metabole activiteit genereren meetbare hoeveelheden warmte en de meting van de voorbijgaande thermische reactie van de huid een koel-excitatie maakt kwantitatieve identificatie van melanoom en andere huidkankers (versus niet-proliferatieve naevi) in een vroeg stadium van de ziekte.
Deze procedure beoogt melanoom of andere soorten huidkanker niet-invasief te diagnosticeren met behulp van dynamische infraroodbeeldvorming. Begin met het maken van een witte lichtfoto van de laesie en het omliggende gezonde weefsel, gevolgd door een referentie-infraroodbeeld van hetzelfde huidgebied. Koel vervolgens de laesie en omliggende huid af.
Verwijder vervolgens de koelstress en neem een infraroodfilm op van het opwarmproces, ook wel thermisch herstel genoemd. Voer ten slotte de data-analyse en beeldverwerking uit van de opgenomen witte licht- en infraroodbeelden om de temperatuur van de huid als functie van de tijd tijdens het thermische herstelproces te meten, vergelijk de huidtemperatuur op de locatie van de laesie en ver weg van de laesie om verschillen in de thermische respons te evalueren als indicatie van verhoogde metabolische activiteit die mogelijk verband houdt met huidkanker. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die warmtegeneratie via dynamische thermische beeldvorming laten zien.
Dynamische infraroodbeeldvorming is een niet-invasieve objectieve en kwantitatieve methode die detectie van melanoom in een vroeg stadium van de ziekte mogelijk maakt. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied, zoals of ik pick man signaallaesies metabolisch actief zijn en het niveau van metabolische activiteit meten in combinatie met verhoogde bloedtoevoer. Dit kan worden gekoppeld aan kankerstadiëring.
Deze methode vereist enige complexiteit bij het verkrijgen van nauwkeurige oppervlaktetemperatuurgegevens met behulp van infraroodbeeldvormingstechnieken en het compenseren van onvrijwillige beweging van het onderwerp tijdens het beeldvormingsproces. Dus Dr.McG Miguel Perini, een postdoc uit mijn lab en ikzelf zullen nu de procedure demonstreren. Organiseer een temperatuurgeregeld onderzoekskamer uitgerust met een infraroodcamera en een pc voor infraroodbeeldacquisitie en -opslag, evenals een data-acquisitiekaart aangesloten op een computer. Om de kamer- en huidoppervlaktetemperaturen te controleren, bevestigt u thermokoppels aan een data-acquisitiekaart tijdens het patiëntonderzoek en slaat u meetgegevens op een computer op.
Omdat laesiedetectie in het thermische beeld een koeleffect vereist, gebruikt u een vierkante zelfklevende marker om de geïnteresseerde gepigmenteerde laesie en de omgeving ervan te lokaliseren met de digitale camera. Maak een helderlichtbeeld van de gepigmenteerde laesie en het zelfklevende venster. Verbind vervolgens een dermatoscoop met een digitale camera en neem oskopie-beelden op.
De lab view-software neemt alle infraroodbeelden op en slaat ze op met behulp van de lab view-software. Maak een stabiele infraroodopname met een Merlin midway infraroodcamera. Breng vervolgens een stroom koude lucht aan op het huidgebied van de patiënt dat de laesie bevat, evenals een diameter van 50 millimeter van de omliggende regio.
Verwijder na één minuut de koelstress om de huid drie tot vier minuten op kamertemperatuur te laten opwarmen. Tijdens deze thermische herstelfase worden infraroodbeelden van de gepigmenteerde laesie om de twee seconden vastgelegd om nauwkeurige transitoire temperatuurverdelingen op het huidoppervlak te verkrijgen. Analyseer de IR-beelden met behulp van een MATLAB-code die voor dit doel is aangepast, inclusief verschillende kalibratiestappen en een multimodaal beeldanalysesysteem.
Begin met het toepassen van een landmarkdetectiealgoritme op het helderlichtbeeld voor het lokaliseren van de hoeken van de zelfklevende marker. Identificeer vervolgens de overeenkomstige punten in het referentie-IR-beeld, compenseer voor onvrijwillige beweging van het lichaam of ledematen van de patiënt door deze punten als oriëntatiepunten te gebruiken in een kwadratisch bewegingsmodel voor het uitlijnen van de IR-beeldsequentie tijdens de herstelfase. Gebruik vervolgens de willekeurige wandelaar om de segmentatie ruimtelijk te leiden door zaadpunten te plaatsen om een maskerbeeld te maken dat de laesie afbaken.
Zodra de vorm van de laesie is bepaald, identificeer het overeenkomstige gebied in elk van de geregistreerde IR-beelden. Selecteer willekeurige punten binnen de laesie en weg van de laesie die respectievelijk de laesie en het gezonde weefsel vertegenwoordigen. Vergelijk vervolgens de transitoire thermische reacties van beide locaties.
Bereid ten slotte een tabel voor met alle digitale oskopie kleurgecodeerde IR-beelden van de laesie en het omliggende gebied, opgenomen onder omgevingscondities en twee seconden na de koelstimulatie, evenals de transitoire thermische reacties van de laesie en het bijbehorende gezonde weefsel. In een patiëntstudie waarbij patiënten met een gepigmenteerde laesie met een klinische indicatie voor biopsie worden geselecteerd voor beeldvorming, kan de verhoogde metabolische activiteit van de melanoomlaesie worden gedetecteerd door dynamische infraroodbeeldvorming. Zodra gegevens zijn verzameld uit het patiëntonderzoek, wordt een nauwkeurige thermische responscurve verkregen met bewegingscorrectie.
Er is geen temperatuurverschil tussen de goedaardige gepigmenteerde laesie en het gezonde huidweefsel in het infraroodbeeld of tijdens thermisch herstel. Thermische beeldvorming bewijst een bepaald voordeel bij kwaadaardige huidlesies op basis van de infraroodbeelden. Er wordt een significant temperatuur- en kleurverschil waargenomen tijdens het thermisch herstel, alleen op de locatie van de melanoomlaesie in het infraroodbeeld.
Zodra volledig geoptimaliseerd en geautomatiseerd, kan deze techniek in twee, drie minuten worden uitgevoerd als deze correct wordt uitgevoerd. Deze beeldvormingsprocedure is onschadelijk. Er zijn geen gevaren bij betrokken, en dit is essentieel in klinische diagnostiek.
Tijdens het bijwonen van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat het onderwerp zo stil mogelijk moet blijven na deze procedure. Andere methoden zoals biopsie kunnen worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden zoals de stadia en het penetratievermogen van de kanker en de tweede laesie.
Overzicht
Deze studie demonstreert een niet-invasieve methode voor het diagnosticeren van melanoom en andere huidkankers met behulp van dynamische infrarood beeldvorming. Door de thermische respons van huidlaesies op koeling te meten, kunnen onderzoekers kwaadaardige laesies identificeren op basis van hun metabolische activiteit.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Oncologie
- Dermatologie
- Medische beeldvorming
Achtergrond
- Melanoom is een ernstige vorm van huidkanker die vroege detectie vereist.
- Traditionele diagnostische methoden kunnen invasief zijn en bieden mogelijk geen onmiddellijke resultaten.
- Dynamische infrarood beeldvorming biedt een niet-invasieve alternatief voor het beoordelen van huidlaesies.
- Verhoogde metabolische activiteit in kwaadaardige laesies kan worden gekwantificeerd door middel van thermische beeldvorming.
Doel van het onderzoek
- Om een methode te ontwikkelen voor vroege detectie van melanoom met behulp van thermische beeldvorming.
- Om de metabolische activiteit van huidlaesies te evalueren via transitoire thermische responsen.
- Om een niet-invasief diagnostisch hulpmiddel te bieden dat in klinische omgevingen kan worden gebruikt.
Gebruikte methoden
- Witte licht- en infraroodbeelden van huidlaesies vastleggen.
- Koeling toepassen op de laesie en het thermische herstelproces registreren.
- Temperatuurveranderingen analyseren met behulp van aangepaste MATLAB-code.
- Thermische responsen van laesies vergelijken met omliggend gezond weefsel.
Belangrijkste resultaten
- Dynamische infrarood beeldvorming kan verhoogde metabolische activiteit in melanoomlaesies detecteren.
- Er werden significante temperatuurverschillen waargenomen tijdens thermisch herstel in kwaadaardige laesies.
- De methode bleek effectief in het onderscheiden tussen goedaardige en kwaadaardige gepigmenteerde laesies.
- Resultaten wijzen erop dat deze techniek geoptimaliseerd kan worden voor snel klinisch gebruik.
Conclusies
- Dynamische infrarood beeldvorming is een veelbelovende tool voor vroege melanoomdetectie.
- De procedure is niet-invasief en vormt geen gevaren voor patiënten.
- Verdere optimalisatie zou de efficiëntie van deze diagnostische methode kunnen verbeteren.
Veelgestelde vragen
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.
