Name: Ilościowa wizualizacja i wykrywanie raka skóry za pomocą dynamicznego obrazowania termicznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 8 s
Description: Poznaj nieinwazyjną metodę dynamicznego obrazowania termicznego do wczesnego wykrywania czerniaka. Technika wykorzystuje różnice w odpowiedzi termicznej między zmianami nowotworowymi a zdrową skórą.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Badanie to zostało sfinansowane z grantu National Science Foundation nr 0651981 oraz funduszu Alexander and Margaret Stewart Trust za pośrednictwem Centrum Nowotworów Uniwersytetu Johna Hopkinsa. Autorzy pragną podziękować dr Rhodzie Alani za wkład w prace z IRB oraz badanie pacjentów, a także dr. Sewona Kanga i jego oddział za pomoc i wsparcie podczas badania pacjentów.

1. Przygotowanie
<ol>
	<li>Na rys. 1a przedstawiono pomieszczenie badawcze z kontrolą temperatury, wyposażone w kamerę podczerwieni oraz komputer do akwizycji i przechowywania obrazów podczerwieni, a także kartę akwizycji danych podłączoną do komputera.</li>
 <li>Temperatura w pomieszczeniu oraz temperatura powierzchni skóry są monitorowane za pomocą termopar podłączonych do karty akwizycji danych podczas badania pacjenta, a dane pomiarowe są zapisywane na komputerze.</li>
</ol>
2. Akwizycja obrazów
<ol>
	<li>Ponieważ zmiana nie jest wykrywalna na obrazie termicznym bez efektu chłodzenia, do lokalizacji badanego barwnikowego znamienia oraz jego okolic stosuje się kwadratowy marker samoprzylepny (Ryc. 1b).</li>
 <li>Za pomocą aparatu cyfrowego (Canon PowerShot G1) wykonujemy obraz w świetle białym barwnikowego znamienia oraz okna samoprzylepnego (Ryc. 1b).</li>
 <li>Do wykonania obrazu w świetle spolaryzowanym wykorzystuje się dermatoskop połączony z aparatem cyfrowym (DermLite Foto System).</li>
 <li>Za pomocą kamery podczerwieni średniej fali (3-5 μm) Merlin, przedstawionej na Ryc. 1a, c, wykonujemy obraz podczerwony w stanie stacjonarnym.</li>
 <li>Przez jedną minutę kierujemy strumień zimnego powietrza na obszar skóry pacjenta obejmujący zmianę oraz otaczający region o średnicy 50 mm.</li>
 <li>Po jednej minucie przerywamy chłodzenie, aby skóra mogła ponownie ogrzać się do temperatury pokojowej w ciągu 3-4 minut (faza regeneracji termicznej) (Ryc. 1c-d).</li>
 <li>W fazie regeneracji termicznej obrazy podczerwone barwnikowego znamienia są rejestrowane co 2 sekundy (Ryc. 1c-d).</li>
 <li>Wszystkie obrazy IR (dodatkowo do obrazów w świetle białym i spolaryzowanym) wykonane podczas badania są zapisywane i archiwizowane przy użyciu oprogramowania Labview.</li>
</ol>
3. Przetwarzanie obrazu
<ol>
	<li>Obrazy IR są analizowane przy użyciu dedykowanego kodu Matlab w celu uzyskania dokładnych przejściowych rozkładów temperatury na powierzchni skóry. W tym celu wprowadzamy kilka etapów kalibracji oraz multimodalny system analizy obrazu.</li>
 <li>Zaczynamy od zastosowania algorytmu detekcji punktów charakterystycznych do obrazu w świetle jasnym w celu zlokalizowania narożników znacznika adhezyjnego. Następnie identyfikujemy odpowiadające im punkty na referencyjnym obrazie IR.</li>
 <li>Aby skompensować mimowolne ruchy ciała/kończyn pacjenta, wykorzystujemy te punkty jako punkty charakterystyczne w kwadratowym modelu ruchu do wyrównania sekwencji obrazów IR podczas fazy regeneracji.</li>
 <li>Używamy algorytmu random walker, interaktywnego algorytmu segmentacji obrazu, w którym użytkownik może przestrzennie kierować segmentacją poprzez rozmieszczanie punktów startowych, aby stworzyć obraz maski wyznaczający obszar zmiany chorobowej.</li>
 <li>Po określeniu kształtu zmiany chorobowej identyfikujemy odpowiadający jej obszar na każdym z zarejestrowanych obrazów IR.</li>
 <li>Wybieramy losowe punkty wewnątrz zmiany oraz poza nią, reprezentujące odpowiednio zmianę chorobową i zdrową tkankę.</li>
 <li>Porównujemy przejściową odpowiedź termiczną zdrowej skóry z odpowiedzią zmiany chorobowej.</li>
 <li>Przygotowujemy tabelę zawierającą wszystkie dane: cyfrowe obrazy w dermoskopii oraz obrazy IR z kodowaniem kolorów zmiany chorobowej i obszaru otaczającego, zarejestrowane w warunkach otoczenia oraz 2 sekundy po pobudzeniu chłodzącym, a także przejściową odpowiedź termiczną zmiany chorobowej i zdrowej tkanki.</li> 
</ol>
4. Reprezentatywne wyniki:
<img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig1.jpg" alt="Układ do spektroskopii skóry; obrazy termiczne analizy zmian chorobowych; dane z fazy regeneracji i stanu ustalonego; diagnostyka medyczna." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1a) system obrazowania w podczerwieni HRIS w pomieszczeniu do badań klinicznych, b) zdjęcie większego obszaru powierzchni ciała z grupą zmian pigmentowych i nałożoną ramką szablonu do obrazowania, c) referencyjny obraz w podczerwieni badanego obszaru w temperaturze otoczenia, d) ten sam obszar po schłodzeniu oraz e) powiększony fragment zmiany czerniakowej i okolicznych tkanek
<img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig2.jpg" alt="Układ spektroskopowy z analizą komputerową, pomiar optyczny, schemat." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Gabinet badawczy z naszym systemem obrazowania termowizyjnego.
<img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig3.jpg" alt="Układ do zabiegu kriogenicznego na ramieniu, obejmujący butlę z gazem oraz urządzenie chłodzące do celów badań medycznych." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rycina 3. Schładzanie zmiany oraz otaczającej tkanki skóry poprzez nadmuch strumienia zimnego powietrza z rury wirowej.

<ol><li>Skin cancer foundation website [Internet]. , Skin Cancer Foundation. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.skincancer.org/Skin-Cancer-Facts">http://www.skincancer.org/Skin-Cancer-Facts</a> (2010).</li>
<li>Elder, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+progression%2C+early+diagnosis+and+prognosis+of+melanoma%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Oncol%22%5BJournal%5D)">Tumor progression, early diagnosis and prognosis of melanoma.</a> Acta Oncol. 38, 535-547 (1999).</li>
<li>Wartman, D., Weinstock, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Are+we+overemphasizing+sun+avoidance+in+protection+from+melanoma%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Epidemiol+Biomarkers+Prev%22%5BJournal%5D)">Are we overemphasizing sun avoidance in protection from melanoma.</a> Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 17, 469-470 (2008).</li>
<li>Pirtini Cetingul, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Using+high+resolution+infrared+imaging+to+detect+melanoma+and+dysplastic+nevi+%5B%5D%22">Using high resolution infrared imaging to detect melanoma and dysplastic nevi [dissertation]</a>. , Johns Hopkins University. (2010).</li>
<li>Jones, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reappraisal+of+the+use+of+infrared+thermal+image+analysis+in+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imaging%22%5BJournal%5D)">A reappraisal of the use of infrared thermal image analysis in medicine.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 17, 1019-1027 (1998).</li>
<li>Anbar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+thermal+imaging+today-shifting+from+phenomenological+thermography+to+pathophysiologically+based+thermal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Eng.+Med.+Biol.+Mag%22%5BJournal%5D)">Clinical thermal imaging today-shifting from phenomenological thermography to pathophysiologically based thermal imaging.</a> IEEE Eng. Med. Biol. Mag. 17, 25-33 (1998).</li>
<li>Anbar, M., Gratt, B. M., Hong, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermology+and+facial+telethermography.+Part+I%3A+history+and+technical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Dentomaxillofacial+Radiology%22%5BJournal%5D)">Thermology and facial telethermography. Part I: history and technical review.</a> Dentomaxillofacial Radiology. 27, 61-67 (1998).</li>
<li>Jones, B. F., Plassmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+infrared+thermal+imaging+of+human+skin%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Eng.+Med.+Bio%22%5BJournal%5D)">Digital infrared thermal imaging of human skin.</a> IEEE Eng. Med. Bio. 21, 41-48 (2002).</li>
<li>Qi, H., Diakides, N. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aQi%2C+H+%22Infrared+imaging+in+Medicine%22">Infrared imaging in Medicine</a>. , CRC Press. (2007).</li>
<li>Pirtini Cetingul, M., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+skin+lesions+from+the+transient+thermal+response+using+infrared+imaging+technique%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+5th+Int.+Symp.+on+Biomedical+Imaging%3A+From+Nano+to+Macro+1-4%22%5BJournal%5D)">Identification of skin lesions from the transient thermal response using infrared imaging technique.</a> IEEE 5th Int. Symp. on Biomedical Imaging: From Nano to Macro 1-4. , 1219-1222 (2008).</li>
<li>Cetingul, P. irtini, M,, Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+the+thermal+signature+of+a+melanoma+lesion%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+Journal+of+Thermal+Science%22%5BJournal%5D)">Quantification of the thermal signature of a melanoma lesion.</a> Int. Journal of Thermal Science. 50, 421-431 (2011).</li>
<li>Pirtini Cetingul, M., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+heat+transfer+model+of+skin+tissue+for+the+detection+of+lesions%3A+sensitivity+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">A heat transfer model of skin tissue for the detection of lesions: sensitivity analysis.</a> Physics in Medicine and Biology. 55, 5933-5951 (2010).</li>
<li>Pirtini Cetingul, M., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+skin+lesions+using+transient+thermal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Int.+Heat+Transfer+Conf%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of skin lesions using transient thermal imaging.</a> Proc. Int. Heat Transfer Conf. , (2010).</li>
</ol>

Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.

Wyniki sugerują, że poprzez zastosowanie stresu chłodniczego zwiększyliśmy różnice temperatur pomiędzy zmianą chorobową a otaczającą ją zdrową tkanką. Ponadto, ze względu na niewielkie ruchy pacjenta podczas obrazowania termowizyjnego, konieczne było zastosowanie śledzenia ruchu w celu prawidłowego nałożenia obrazów, co pozwoliło na pomiar różnic temperatur pomiędzy stanem referencyjnym a rozkładem temperatury podczas regeneracji termicznej. Bez śledzenia ruchu nie byłoby możliwe wykrycie i zmierzenie różnicy temperatur między złośliwą zmianą chorobową a zdrową tkanką. Wyniki te oraz potrzeba precyzyjnego śledzenia ruchu wyjaśniają trudności, z jakimi badacze mierzyli się w przeszłości podczas prób diagnozowania czerniaka za pomocą obrazowania IR opartego wyłącznie na informacjach o stanie ustalonym, i wyraźnie dowodzą zalet dynamicznego obrazowania termowizyjnego.
Należy zauważyć, że rozdzielczość przestrzenna kamery IR (liczba pikseli w matrycy płaszczyzny ogniskowej IR) ma kluczowe znaczenie dla rozpoznawania małych zmian chorobowych. Zarówno rozdzielczość przestrzenna, jak i czułość temperaturowa wczesnych kamer podczerwonych były ograniczone, co tłumaczy trudności w wykrywaniu czerniaka we wczesnym stadium w przeszłości. Kluczowe różnice między naszym podejściem a wcześniejszymi, umiarkowanie udanymi próbami obrazowania termicznego, polegają na sekwencjach kalibracji i etapach przetwarzania obrazu, które pozwalają na dokładny pomiar różnic temperatur w tym systemie, a także na dynamicznym procesie obrazowania opartym na aktywnym chłodzeniu.

<table><tbody><tr><td>Kamera MWIR Merlin </td><td>FLIR Systems Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Canon PowerShot G11 </td><td>Canon, inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>System DermLite Foto </td><td>DermLite</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rura Vortex </td><td>Exair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zbiorniki powietrza</td><td>Airgas</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ilościowa wizualizacja i detekcja raka skóry z wykorzystaniem dynamicznej obrazowania termowizyjnego

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

W 2010 roku w samych Stanach Zjednoczonych zostanie zdiagnozowanych około 68 720 przypadków czerniaka, z czego około 8 650 zakończy się śmiercią 1. Do dziś jedyną skuteczną metodą leczenia czerniaka pozostaje wycięcie chirurgiczne, dlatego kluczem do wydłużenia przeżycia jest wczesne wykrycie 2,3. Biorąc pod uwagę dużą liczbę pacjentów diagnozowanych każdego roku oraz ograniczenia w szybkim dostępie do specjalistycznej opieki, niezbędne jest opracowanie obiektywnych instrumentów diagnostycznych in vivo wspomagających diagnozę. W wielu laboratoriach bada się nowe techniki wykrywania raka skóry, w szczególności nieinwazyjne narzędzia diagnostyczne. Oprócz metod chirurgicznych testowane są techniki takie jak fotografia cyfrowa, dermoskopia, systemy obrazowania wielospektralnego (MelaFind), systemy oparte na laserach (konfokalna laserowa mikroskopia skaningowa, obrazowanie perfuzji metodą lasernego Dopplera, optyczna koherentna tomografia), ultradźwięki oraz obrazowanie rezonansem magnetycznym. Każda z tych technik oferuje unikalne zalety i wady, z których wiele stanowi kompromis między skutecznością i dokładnością a łatwością użycia i kosztami. Szczegóły dotyczące tych technik oraz porównania są dostępne w literaturze 4.
Wykazano, że obrazowanie w podczerwieni (IR) jest użyteczną metodą diagnostykowania objawów niektórych chorób poprzez pomiar miejscowej temperatury skóry. Istnieje wiele dowodów wskazujących na to, że choroby lub odchylenia od prawidłowego funkcjonowania organizmu wiążą się ze zmianami temperatury ciała, które z kolei wpływają na temperaturę skóry 5,6. Precyzyjne dane dotyczące temperatury ludzkiego ciała i skóry mogą dostarczyć wielu informacji o procesach odpowiedzialnych za generowanie ciepła i termoregulację, w szczególności o odchyleniach od stanu prawidłowego, często spowodowanych chorobą. Obrazowanie IR nie zyskało jednak szerokiego uznania w medycynie z powodu przedwczesnego zastosowania tej technologii 7,8 kilka dekad temu, kiedy dokładność pomiaru temperatury oraz rozdzielczość przestrzenna były niewystarczające, a zaawansowane narzędzia przetwarzania obrazu były niedostępne. Sytuacja ta zmieniła się drastycznie pod koniec lat 90. i w latach 2000. Postępy w instrumentacji IR, wdrożenie algorytmów cyfrowego przetwarzania obrazu oraz dynamiczne obrazowanie IR, które pozwala naukowcom analizować nie tylko przestrzenne, ale także czasowe zachowanie termiczne skóry 9, doprowadziły do przełomów w tej dziedzinie.
W naszych badaniach analizujemy możliwość zastosowania obrazowania w podczerwieni (IR), w połączeniu z badaniami teoretycznymi i eksperymentalnymi, jako kosztowo efektywnej, nieinwazyjnej techniki optycznych pomiarów in vivo do wykrywania nowotworów, ze szczególnym uwzględnieniem przesiewowego i wczesnego wykrywania czerniaka 10-13. W niniejszej pracy przedstawiamy dane uzyskane w badaniu z udziałem pacjentów, do których wybrano osoby z pigmentową zmianą skórną ze wskazaniem klinicznym do biopsji w celu wykonania obrazowania. Porównaliśmy różnice w odpowiedzi termicznej między tkanką zdrową a złośliwą, a następnie zestawiliśmy nasze dane z wynikami biopsji. Stwierdzono, że zwiększona aktywność metaboliczna zmiany czerniakowej może zostać wykryta za pomocą dynamicznego obrazowania w podczerwieni.

Wykazaliśmy, że złośliwe zmiany barwnikowe o zwiększonej aktywności metabolicznej generują mierzalne ilości ciepła, a pomiar przejściowej odpowiedzi termicznej skóry na pobudzenie chłodzące pozwala na ilościową identyfikację czerniaka oraz innych nowotworów skóry (w przeciwieństwie do zniewów nieproliferacyjnych) we wczesnym stadium choroby.

Ilościowa wizualizacja i detekcja raka skóry z wykorzystaniem dynamicznej obrazowania termowizyjnego

W 2010 roku w samych Stanach Zjednoczonych zdiagnozowano około 68 720 przypadków czerniaka, z czego około 8 650 zakończyło się zgonem 1. Do tej pory jedynym skutecznym leczeniem...

Celem niniejszej procedury jest nieinwazyjna diagnostyka czerniaka lub innych typów raka skóry z wykorzystaniem dynamicznego obrazowania w podczerwieni. Należy rozpocząć od wykonania zdjęcia zmiany oraz otaczającej ją zdrowej tkanki w świetle białym, a następnie wykonać referencyjny obraz w podczerwieni tego samego obszaru skóry. Następnie należy schłodzić zmianę oraz otaczający ją obszar skóry.Następnie usuń stres chłodniczy i zarejestruj film w podczerwieni z procesu ponownego ogrzewania, nazywanego regeneracją termiczną. Na koniec przeprowadź analizę danych i przetwarzanie obrazów uchwyconych w świetle białym i podczerwieni, aby zmierzyć temperaturę skóry w funkcji czasu podczas procesu regeneracji termicznej; porównaj temperaturę skóry w miejscu zmiany chorobowej oraz w miejscu oddalonym od niej, aby ocenić różnice w odpowiedzi termicznej jako wskaźnik zwiększonej aktywności metabolicznej, która może być powiązana z rakiem skóry. W końcowej fazie można uzyskać wyniki wykazujące generowanie ciepła za pomocą dynamicznej obrazowania termicznego.Dynamiczne obrazowanie w podczerwieni jest nieinwazyjną, obiektywną i ilościową metodą, która umożliwia wykrycie czerniaka we wczesnym stadium choroby. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w tej dziedzinie, takie jak to, czy zmiany sygnału w obrębie zmiany są metabolicznie aktywne, oraz pozwolić na pomiar poziomu aktywności metabolicznej w połączeniu ze zwiększonym ukrwieniem. Może to być powiązane z określaniem stopnia zaawansowania nowotworu.Metoda ta wiąże się z pewnymi trudnościami w uzyskaniu dokładnych danych o temperaturze powierzchni przy użyciu technik obrazowania w podczerwieni oraz kompensacją mimowolnych ruchów badanego podczas procesu obrazowania. Dlatego dr Mcg Miguel Perini, postdoc z mojego laboratorium, oraz ja zademonstrujemy teraz procedurę: przygotuj pomieszczenie do badań z kontrolowaną temperaturą, wyposażone w kamerę podczerwieni oraz komputer PC do akwizycji i przechowywania obrazów w podczerwieni, a także kartę akwizycji danych podłączoną do komputera. W celu monitorowania temperatury w pomieszczeniu oraz temperatury powierzchni skóry, podczas badania pacjenta podłącz termopary do karty akwizycji danych i zapisz dane pomiarowe na komputerze.Ponieważ wykrywanie zmian w obrazowaniu termicznym wymaga efektu chłodzenia, należy użyć kwadratowego znacznika adhezyjnego, aby zlokalizować badaną zmianę pigmentową oraz jej otoczenie za pomocą aparatu cyfrowego. Należy wykonać zdjęcie zmiany pigmentowej i okna adhezyjnego przy silnym oświetleniu. Następnie należy podłączyć dermatoskop do aparatu cyfrowego i wykonać obrazy dermatoskopowe.Oprogramowanie LabVIEW rejestruje i zapisuje wszystkie obrazy podczerwone. Należy zarejestrować obraz podczerwony w stanie ustalonym, używając kamery średniej podczerwieni Merlin. Następnie należy skierować strumień zimnego powietrza na obszar skóry pacjenta z chorobą oraz na otaczający go obszar o średnicy 50 mm.Po jednej minucie usuń stres chłodniczy, aby skóra mogła ogrzać się do temperatury pokojowej przez trzy do czterech minut. Podczas tej fazy regeneracji termicznej rejestruj obrazy podczerwone zmiany pigmentowej co dwie sekundy, aby uzyskać dokładny rozkład temperatury przejściowej na powierzchni skóry. Przeanalizuj obrazy IR przy użyciu kodu MATLAB dostosowanego do tego celu, obejmującego kilka etapów kalibracji oraz multimodalny system analizy obrazu.Zacznij od zastosowania algorytmu detekcji punktów charakterystycznych do obrazu w jasnym świetle w celu zlokalizowania narożników markera adhezyjnego. Następnie zidentyfikuj odpowiadające im punkty na referencyjnym obrazie IR i skompensuj mimowolne ruchy ciała lub kończyn pacjenta, wykorzystując te punkty jako punkty odniesienia w kwadratowym modelu ruchu do wyrównania sekwencji obrazów IR podczas fazy rekonwalescji. Następnie użyj algorytmu random walker do przestrzennego sterowania segmentacją poprzez umieszczenie punktów nasiennych w celu utworzenia obrazu maski wyznaczającego obszar zmiany.Po ustaleniu kształtu zmiany należy zidentyfikować odpowiadający jej obszar na każdym z zarejestrowanych obrazów IR. Należy wybrać losowe punkty w obrębie zmiany oraz poza nią, reprezentujące odpowiednio tkankę zmienioną i zdrową. Następnie należy porównać przejściowe odpowiedzi termiczne obu obszarów.Na koniec należy przygotować tabelę zawierającą wszystkie kolorowe obrazy IR z cyfrowej oscopii zmiany oraz obszaru wokół niej, zarejestrowane w warunkach otoczenia oraz dwie sekundy po wzbudzeniu chłodzeniem, a także przejściowe odpowiedzi termiczne zmiany i odpowiadającej jej zdrowej tkanki. W badaniu z udziałem pacjentów, w którym do obrazowania wybrano osoby z pigmentową zmianą chorobową ze wskazaniem klinicznym do biopsji, zwiększoną aktywność metaboliczną zmiany czerniaka można wykryć za pomocą dynamicznego obrazowania w podczerwieni. Po zebraniu danych z badania pacjenta, dzięki korekcji ruchu uzyskuje się precyzyjną krzywą odpowiedzi termicznej.Na obrazie w podczerwieni oraz podczas regeneracji termicznej nie stwierdzono różnic w temperaturze pomiędzy łagodną zmianą barwnikową a zdrową tkanką skóry. Obrazowanie termiczne wykazuje szczególną użyteczność w przypadku złośliwych zmian skórnych na podstawie obrazów w podczerwieni. Znacząca różnica w temperaturze i kolorze podczas regeneracji termicznej jest obserwowana wyłącznie w miejscu występowania zmiany znamięczkowej (melanoma) na obrazie w podczerwieni.Po pełnej optymalizacji i automatyzacji technika ta, przy prawidłowym wykonaniu, może zostać przeprowadzona w dwie lub trzy minuty. Ta procedura obrazowania jest bezpieczna. Nie wiążą się z nią żadne zagrożenia, co jest kluczowe w diagnostyce klinicznej.Podczas przeprowadzania tej procedury należy pamiętać, że pacjent musi pozostać w możliwie największym bezruchu po jej zakończeniu. W celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania, takie jak stopień zaawansowania i poziom penetracji nowotworu oraz obecność drugiej zmiany, można zastosować inne metody, np. biopsję.

quantitative-visualization-detection-skin-cancer-using-dynamic

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Ilościowa wizualizacja i wykrywanie raka skóry za pomocą dynamicznego obrazowania termicznego

Opracowano dwumodalny system obrazowania do bezkontaktowej oceny utlenowania tkanek skóry oraz funkcji naczyniowej.

Obrazowanie dwutrybowe utlenowania tkanki skórnej i funkcji naczyniowej

W niniejszym raporcie opisujemy trójwymiarowy model rekonstrukcji skóry, który naśladuje architekturę i skład ludzkiej skóry. Wykorzystując model rekonstrukcji skóry, badano fizjologię melanocytów, progresję czerniaka oraz losy dermalnych komórek macierzystych. Model ten jest również przydatny jako narzędzie przedkliniczne do oceny leków.

Trójwymiarowy model rekonstrukcji ludzkiej skóry: narzędzie do badania normalnej skóry i progresji czerniaka

Przedstawiono kompleksowy przegląd technik wykorzystywanych w tworzeniu mysiego modelu raka jamy ustnej oraz ilościowego monitorowania inwazji nowotworowej w obrębie języka za pomocą mikroskopii wielofotonowej komórek znakowanych. System ten może służyć jako użyteczna platforma do oceny molekularnej oraz skuteczności leków w przypadku związków przeciwinwazyjnych.

Obrazowanie wielofotonowe inwazji komórek nowotworowych w ortotopowym modelu mysim dla raka płaskonabłonkowego jamy ustnej

Ten artykuł przedstawia metody wytwarzania i charakteryzowania konformalnego, podobnego do skóry systemu elektronicznego oraz protokoły do wykorzystania w zastosowaniach klinicznych, szczególnie w leczeniu ran skórnych.

Wytwarzanie i charakterystyka konforemnego, przypominającego skórę elektronicznego systemu do ilościowego leczenia ran skórnych

Mechanizmy rządzące ruchliwością śródmiąższową komórek T efektorowych CD4 w miejscach zapalenia są stosunkowo nieznane. Przedstawiamy nieinwazyjne podejście do wizualizacji i manipulacji limfocytami T CD4 przygotowanymi in vitro w zapalnej skórze właściwej ucha, co pozwala na badanie dynamicznego zachowania tych komórek in situ.

Obrazowanie migracji śródmiąższowej komórek T CD4 w stanie zapalnym skóry właściwej

Ta metoda ma na celu zlokalizowanie pionowych defektów podpowierzchniowych. W tym przypadku łączymy laser z przestrzennym modulatorem światła i uruchamiamy jego wejście wideo, aby deterministycznie podgrzać powierzchnię próbki za pomocą dwóch modulowanych linii antyfazowych, uzyskując jednocześnie obrazy termiczne o wysokiej rozdzielczości. Pozycja defektu jest uzyskiwana z oceny minimów zakłóceń fal termicznych.

Lokalizacja defektów podpowierzchniowych poprzez ogrzewanie strukturalne za pomocą laserowej termografii fototermicznej

Tutaj opisujemy protokoły pozyskiwania obrazów dobrej jakości za pomocą nowatorskich, nieinwazyjnych urządzeń do obrazowania refleksyjnej mikroskopii konfokalnej (RCM) oraz połączonej RCM i optycznej koherentnej tomografii (OCT). Zapoznajemy również klinicystów z ich zastosowaniami klinicznymi, aby mogli zintegrować te techniki z regularnymi przepływami pracy klinicznej w celu poprawy opieki nad pacjentem.

Połączenie refleksyjnej mikroskopii konfokalnej z optyczną tomografią koherentną w nieinwazyjnej diagnostyce nowotworów skóry za pomocą akwizycji obrazu

Protokół przedstawia nowe narzędzie do uproszczenia obrazowania przyżyciowego za pomocą odwróconej mikroskopii konfokalnej.

Uproszczone podejście do obrazowania przyżyciowego do długoterminowego monitorowania dynamiki tkanki nabłonkowej pod odwróconym mikroskopem konfokalnym

Połączenie iteracyjnego wybielania-rozszerzającego multipleksję (IBEX) oraz komercyjnego testu znakowania nukleotydów (Click-iT EdU) umożliwia wykrywanie i kategoryzację dzielących się typów komórek w wysoce dynamicznych procesach w stałych zamarzniętych przekrojach tkanek myszy. Ponadto nowatorski otwarty pipeline przetwarzania obrazów zapewnia wysokoprzepustowe pozyskiwanie i analizę obrazów.

Wysokoprzepustowy workflow obrazowania i analizy do oceny fenotypów komórek skóry i stanów proliferacji w próbkach tkanek

Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania fantomów tkanki nowotworowej, które replikują właściwości optyczne dla plazmonicznej terapii fototermicznej. Szczegółowo opisano w nim przygotowanie fantomowe, oceny fototermiczne i walidację opracowanego modelu numerycznego opartego na pomiarach temperatury fototermicznej w celu oceny parametrów terapeutycznych, oferując etyczną, opłacalną alternatywę dla badań in vivo do wstępnych testów.

Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury

Poznaj nieinwazyjną metodę dynamicznego obrazowania termicznego do wczesnego wykrywania czerniaka. Technika wykorzystuje różnice w odpowiedzi termicznej między zmianami nowotworowymi a zdrową skórą.

Ilościowa wizualizacja i detekcja raka skóry z wykorzystaniem dynamicznej obrazowania termowizyjnego

Przeglądaj więcej filmów