Name: Visualization quantitativos e Detecção de Câncer de Pele Usando imagens térmicas dinâmico (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 8 s
Description: Aprenda a usar imagens térmicas dinâmicas para detectar melanoma de forma não invasiva. Este método quantitativo analisa a recuperação térmica da pele, revelando atividade metabólica aumentada em lesões malignas em poucos minutos.

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Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation Grant No. 0651981 e Alexander Stewart e Margaret confiança que o Centro de Câncer da Universidade Johns Hopkins. Os autores gostariam de agradecer as contribuições do Dr. Rhoda Alani ao IRB e ao estudo do paciente, bem como a ajuda eo apoio do Dr. Sewon Kang e seu departamento durante o estudo paciente.

1. Instalação <ol><li> A temperatura ambiente controlada exame equipado com uma câmera infravermelha e um computador para aquisição de imagem de infravermelhos e armazenamento, bem como um cartão de aquisição de dados conectado a um computador são mostrados na Fig.1a. </li><li> A temperatura ambiente e temperatura da superfície da pele são monitoradas por termopares ligados a uma placa de aquisição de dados durante o estudo paciente e dados de medição são armazenados no computador. </li></ol> 2. Aquisição de imagem <ol><li> Uma vez que a lesão não pode ser detectado na imagem térmica, sem o efeito de resfriamento, um marcador adesivo quadrado é usado para localizar a lesão pigmentada de interesse e seu entorno (Figura 1b). </li><li> Nós adquirimos uma imagem de luz brilhante da lesão pigmentada ea janela adesivo com uma câmera digital (Canon PowerShot G11) (Figura 1b). </li><li> A dermatoscópio ligado a uma câmera digital (Foto DermLite System) é usado para capturar a imagem de luz polarizada. </li><li> Nós adquirimos uma imagem de estado estacionário de infravermelho com um midwave Merlin (3-5 mm) câmera infravermelha mostrado na Fig.1a, c. </li><li> Nós aplicamos uma corrente de ar frio para a área da pele do paciente contendo a lesão, bem como uma região de 50 mm de diâmetro ao redor para a duração de um minuto. </li><li> Após um minuto, nós removemos esse estresse de resfriamento para permitir que a pele para re-aquecer em temperatura ambiente dentro de 3-4 minutos (fase de recuperação térmica) (Fig. 1c-d). </li><li> Durante a fase de recuperação térmica, imagens infravermelhas da lesão pigmentada são capturadas a cada 2 segundos (Fig. 1c-d). </li><li> Todas as imagens IR (além da luz branca e luz polarizada imagens) tomado durante o estudo são gravadas e armazenadas utilizando o software Labview. </li></ol> 3. Processamento de Imagem <ol><li> As imagens IR são analisados ​​usando um código Matlab dedicada, a fim de obter resultados precisos distribuições de temperatura transiente na superfície da pele. Para este fim, apresentamos vários passos de calibração e um sistema de análise multimodal da imagem. </li><li> Começamos com a aplicação de um algoritmo de detecção de marco para a imagem de luz brilhante para localizar os cantos do marcador adesivo. Em seguida, identificamos os pontos correspondentes na imagem IR de referência. </li><li> , A fim de compensar o movimento do corpo / membros involuntários do paciente, nós usamos esses pontos como pontos de referência em um modelo quadrático de movimento para alinhar a seqüência de imagens IR durante a fase de recuperação. </li><li> Usamos o caminhante aleatório, um algoritmo de segmentação interativa de imagens onde o usuário pode espacialmente orientar a segmentação, colocando pontos de semente, para criar uma imagem de máscara delinear a lesão. </li><li> Uma vez que determinam a forma da lesão, identificamos a região correspondente em cada uma das imagens registradas IR. </li><li> Nós selecionamos pontos aleatórios no interior da lesão e longe da lesão que representa a lesão eo tecido saudável, respectivamente. </li><li> Nós comparamos a resposta transiente térmico da pele saudável e da resposta da lesão. </li><li> Preparamos uma tabela mostrando todos os dados: digital, dermatoscopia, codificados por cores imagens IR da lesão e área circunvizinha gravado em condições ambientais e 2 segundos após a excitação de arrefecimento, ea resposta transiente térmico da lesão e os tecidos saudáveis. </li></ol> 4. Resultados representativos: <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig1.jpg" alt="Figura 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 1"> Figura 1. a) A fotografia do HRIS imagem infravermelha do sistema na sala de ensaio clínico, b) da maior área de superfície corporal com um cluster de lesões pigmentadas e armação modelo aplicado para imagens, c) imagem de referência da região de infravermelho à temperatura ambiente, d) mesma área após o resfriamento e e) seção ampliada da lesão melanoma e arredores <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig2.jpg" alt="Figura 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 2"> Figura 2. Sala de exames com o nosso sistema de imagem térmica. <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig3.jpg" alt="Figura 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 3"> Figura 3. Cooling da lesão e do tecido circunvizinho da pele soprando uma corrente de ar frio a partir de um tubo de vórtice.

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

Não há conflitos de interesse declarados.

Os resultados sugerem que o estresse através da aplicação de refrigeração que melhor as diferenças de temperatura entre a lesão eo tecido saudável circundante. Além disso, por causa de pequenos movimentos da paciente durante a geração de imagens térmicas, tivemos de aplicar movimento de monitoramento corretamente sobreposição de imagens para medir diferenças de temperatura entre o estado de referência e a distribuição de temperatura durante a recuperação térmica. Sem o acompanhamento do movimento, não teríamos sido capazes de detectar e medir a diferença de temperatura entre a lesão maligna e os tecidos saudáveis. Estes resultados ea necessidade de movimento precisa de acompanhamento explicam os investigadores dificuldades enfrentadas no passado, quando a tentativa de diagnosticar melanoma utilizando IR de imagem com base em informações de estado estacionário só e provam claramente as vantagens da termografia dinâmica. Note-se que a resolução espacial da câmera IR (número de pixels na matriz plano focal IR) é crítico quando discernir pequenas lesões. Tanto a resolução espacial ea sensibilidade da temperatura de início das câmeras de infravermelho foi limitado, o que também contribui para as dificuldades na detecção de melanoma estágio inicial no passado. As principais diferenças entre nossa abordagem e as tentativas anteriores de imagem térmica - que foram moderadamente bem sucedida - são as seqüências de calibração e as etapas de processamento de imagem, que nos permitem medir com precisão as diferenças de temperatura nesse sistema, além do processo de imagem dinâmica que se baseia em arrefecimento activo.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do equipamento </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> Merlin MWIR câmera </td><td> FLIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Canon PowerShot G11 </td><td> Cânone </td><td> - </td></tr><tr><td> DermLite Foto Sistema </td><td> DermLite </td><td> - </td></tr><tr><td> Tubo de vórtice </td><td> EXAIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Tanque de ar </td><td> Airgas </td><td> - </td></tr></tbody></table>

visualization quantitativos e detecção de câncer de pele usando imagens térmicas dinâmico

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

Em 2010 cerca de 68.720 melanomas serão diagnosticados somente nos EUA, com cerca de 8.650 resultando em morte 1. Até o momento, o único tratamento eficaz para o melanoma continua a excisão cirúrgica, portanto, a chave para a sobrevivência prolongada é a detecção precoce 2,3. Considerando o grande número de pacientes diagnosticados a cada ano e as limitações no acesso a cuidados especializados de forma rápida, objetiva o desenvolvimento de instrumentos de diagnóstico in vivo para auxiliar o diagnóstico é essencial. Novas técnicas para detectar o câncer de pele, especialmente não-invasivo ferramentas de diagnóstico, estão sendo exploradas em numerosos laboratórios. Junto com o cirúrgico métodos, técnicas como a fotografia digital, dermatoscopia, sistemas de imagens multiespectrais (MelaFind), sistemas de laser (microscopia confocal a laser de varredura a laser de imagens de perfusão doppler, tomografia de coerência óptica), ultra-som, ressonância magnética, estão sendo testados . Cada técnica oferece vantagens e desvantagens, muitos dos quais representam um compromisso entre eficácia e precisão versus facilidade de uso e considerações de custo. Detalhes sobre estas técnicas e as comparações estão disponíveis na literatura 4. Infrared imaging (IR) mostrou-se um método útil para diagnosticar os sinais de determinadas doenças através da medição da temperatura da pele local. Há um grande corpo de evidências mostrando que a doença ou desvio do seu funcionamento normal são acompanhadas por mudanças da temperatura do corpo, que por sua vez afeta a temperatura da pele 5,6. Dados precisos sobre a temperatura do corpo humano e da pele pode fornecer uma riqueza de informações sobre os processos responsáveis ​​pela geração de calor e termorregulação, em particular o desvio das condições normais, muitas vezes causada por doença. No entanto, IR de imagem não tem sido amplamente reconhecida na medicina devido ao uso precoce da tecnologia 7,8 várias décadas atrás, quando a precisão de medição de temperatura e resolução espacial foram ferramentas de processamento de imagem inadequada e sofisticado não estavam disponíveis. Esta situação mudou drasticamente no final dos anos 1990s-2000s. Avanços na instrumentação IR, a implementação de algoritmos de processamento digital de imagem e de imagem IR dinâmica, que permite aos cientistas analisar não só o espaço, mas também o comportamento temporal térmica da pele 9, permitiu avanços no campo. Em nossa pesquisa, explorar a viabilidade de IR de imagem, combinada com estudos teóricos e experimentais, como um custo eficaz, não invasivo, de técnica de medição óptico para detecção in vivo de tumores, com ênfase sobre o rastreamento e detecção precoce do melanoma 13/10 . Neste estudo, mostramos os dados obtidos em um estudo clínico em que pacientes que possuem uma lesão pigmentada com uma indicação clínica para biópsia são selecionados para a imagem latente. Nós comparamos a diferença nas respostas térmica entre tecidos saudáveis ​​e malignas e compararam os dados com os resultados da biópsia. Concluímos que o aumento da atividade metabólica da lesão melanoma pode ser detectado por imagem infravermelha dinâmico.

Nós demonstramos que as lesões malignas pigmentadas com uma maior atividade metabólica gerar quantidades de calor e quantificáveis ​​a medição da resposta transiente térmico da pele para uma excitação de refrigeração permite a identificação quantitativa de melanoma e outros cânceres de pele (vs. não-proliferativa nevos), numa fase inicial estágio da doença.

Visualization quantitativos e Detecção de Câncer de Pele Usando imagens térmicas dinâmico

Em 2010, aproximadamente 68.720 melanomas serão diagnosticados apenas nos EUA, com cerca de 8.650 resultando em óbito 1. Até o momento, o único tratamento eficaz...

Este procedimento tem como objetivo diagnosticar melanoma ou outros tipos de câncer de pele de forma não invasiva utilizando imagem infravermelha dinâmica. Comece tirando uma fotografia em luz branca da lesão e do tecido saudável ao redor, seguida por uma imagem infravermelha de referência da mesma região da pele. Em seguida, resfrie a lesão e a pele ao redor.Em seguida, remova o estresse térmico e grave um vídeo infravermelho do processo de reaquecimento denominado recuperação térmica. Por fim, realize a análise de dados e o processamento de imagens das imagens capturadas em luz branca e infravermelha para medir a temperatura da pele em função do tempo durante o processo de recuperação térmica, compare a temperatura da pele na localização da lesão e em locais distantes da lesão para avaliar as diferenças na resposta térmica como um indicativo de atividade metabólica aumentada que possa estar relacionada ao câncer de pele. Em última instância, podem ser obtidos resultados que mostrem a geração de calor por meio de imagem térmica dinâmica.A imagem dinâmica no infravermelho é um método não invasivo, objetivo e quantitativo que permite a detecção de melanoma em estágio inicial da doença. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área, como se lesões suspeitas de melanoma são metabolicamente ativas e medir o nível de atividade metabólica combinado com aumento no suprimento sanguíneo. Isso pode ser associado à classificação do câncer. Este método envolve alguma complexidade na obtenção de dados precisos de temperatura superficial utilizando técnicas de imagem infravermelha e na compensação de movimentos involuntários do sujeito durante o processo de aquisição de imagens. Assim, o pós-doutorando Dr. McG Miguel Perini, do meu laboratório, e eu demonstraremos agora o procedimento: organize uma sala de exame com temperatura controlada, equipada com uma câmera infravermelha e um computador para aquisição e armazenamento de imagens infravermelhas, bem como uma placa de aquisição de dados conectada a um computador. Para monitorar as temperaturas da sala e da superfície da pele, conecte termopares à placa de aquisição de dados durante o estudo com o paciente e armazene os dados das medições em um computador.Como a detecção de lesões na imagem térmica requer um efeito de resfriamento, utilize um marcador adesivo quadrado para localizar a lesão pigmentada de interesse e suas imediações com a câmera digital. Adquira uma imagem com luz clara da lesão pigmentada e da janela adesiva. Em seguida, conecte um dermatoscópio a uma câmera digital e capture imagens dermatoscópicas.O software de visualização do laboratório captura e salva todas as imagens no infravermelho usando o software de visualização do laboratório. Capture uma imagem no infravermelho em estado estacionário com uma câmera infravermelha Merlin Midway. Prossiga aplicando um fluxo de ar frio na área da pele do paciente que contém a lesão, bem como em uma região circundante com diâmetro de 50 milímetros.Após um minuto, remova o estresse de resfriamento para permitir que a pele se reaqueça à temperatura ambiente por três a quatro minutos. Durante esta fase de recuperação térmica, capture imagens infravermelhas da lesão pigmentada a cada dois segundos, a fim de obter distribuições precisas de temperatura transitória na superfície da pele. Analise as imagens de IR usando um código MATLAB personalizado para esse propósito, incluindo várias etapas de calibração e um sistema de análise de imagens multimodal.Inicie aplicando um algoritmo de detecção de pontos de referência à imagem de luz brilhante para localizar os cantos do marcador adesivo. Em seguida, identifique os pontos correspondentes na imagem de referência de infravermelho e compense os movimentos involuntários do corpo ou dos membros do paciente utilizando esses pontos como referências em um modelo de movimento quadrático para alinhar a sequência de imagens de infravermelho durante a fase de recuperação. A seguir, utilize o random walker para orientar espacialmente a segmentação, posicionando pontos de semente para criar uma imagem de máscara que delimite a lesão.Uma vez determinada a forma da lesão, identifique a região correspondente em cada uma das imagens de IR registradas. Selecione pontos aleatórios dentro da lesão e fora da lesão, representando respectivamente a lesão e o tecido saudável. Em seguida, compare as respostas térmicas transientes de ambos os locais.Por fim, prepare uma tabela incluindo todas as imagens infravermelhas coloridas por código digital da lesão e da área circundante registradas em condições ambientes e dois segundos após a excitação por resfriamento, bem como as respostas térmicas transitórias da lesão e do tecido saudável correspondente. Em um estudo com pacientes nos quais são selecionados indivíduos com lesão pigmentada que apresentam indicação clínica de biópsia para realização de imagem, a atividade metabólica aumentada da lesão de melanoma pode ser detectada por meio de imagem infravermelha dinâmica. Após a coleta dos dados do estudo do paciente, obtém-se uma curva precisa de resposta térmica com correção de movimento.Não há diferença de temperatura entre a lesão pigmentada benigna e o tecido cutâneo saudável na imagem infravermelha nem durante a recuperação térmica. A termografia demonstra uma vantagem particular nas lesões cutâneas malignas com base nas imagens infravermelhas. Uma diferença significativa de temperatura e cor é observada durante a recuperação térmica, apenas na localização da lesão de melanoma na imagem infravermelha.Uma vez totalmente otimizada e automatizada, esta técnica pode ser realizada em dois ou três minutos, se for executada corretamente. Este procedimento de imagem é inofensivo. Não há riscos envolvidos, e isso é essencial para diagnósticos clínicos.Durante este procedimento, é importante lembrar que o paciente precisa permanecer o mais imóvel possível após a realização. Outros métodos, como biópsia, podem ser realizados para responder perguntas adicionais, como o estadiamento e o nível de penetração do câncer e lesão secundária.

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