Количественная визуализация и обнаружение рака кожи с использованием динамических Тепловизор

Данная процедура предназначена для неинвазивной диагностики меланомы или других типов рака кожи с использованием динамической инфракрасной визуализации. Начните с получения фотографии новообразования и окружающих здоровых тканей в белом свете, после чего сделайте контрольный инфракрасный снимок того же участка кожи. Затем охладите новообразование и окружающую кожу.

Затем прекратите охлаждающий стресс и запишите инфракрасное видео процесса повторного нагрева, называемого термическим восстановлением. В завершение проведите анализ данных и обработку полученных изображений в белом и инфракрасном свете, чтобы измерить температуру кожи в зависимости от времени в процессе термического восстановления; сравните температуру кожи в области поражения и вдали от нее для оценки различий в термическом ответе как показателя повышенной метаболической активности, которая может быть связана с раком кожи. В итоге можно получить результаты, демонстрирующие тепловыделение с помощью динамической тепловизионной съемки.

Динамическая инфракрасная визуализация представляет собой неинвазивный объективный и количественный метод, позволяющий выявлять меланому на ранней стадии заболевания. Этот метод помогает ответить на ключевые вопросы в данной области, например, является ли выявленный очаг поражения метаболически активным, а также позволяет измерить уровень метаболической активности в сочетании с усиленным кровоснабжением. Эти данные могут быть связаны со стадированием рака.

Данный метод сопряжен с определенными сложностями при получении точных данных о температуре поверхности с помощью методов инфракрасного imaging и необходимости компенсации непроизвольных движений объекта в процессе съемки. Поэтому д-р Мигель Перини, постдок из моей лаборатории, и я продемонстрируем процедуру: подготовьте экзаменационный кабинет с регулируемой температурой, оснащенный инфракрасной камерой и ПК для получения и хранения инфракрасных изображений, а также картой сбора данных, подключенной к компьютеру. Для мониторинга температуры в помещении и на поверхности кожи во время исследования пациента подключите термопары к карте сбора данных и сохраните результаты измерений на компьютере.

Поскольку для обнаружения очага поражения на тепловом изображении требуется эффект охлаждения, используйте квадратный адгезивный маркер для локализации интересующего пигментного образования и окружающих его тканей с помощью цифровой камеры. Получите изображение пигментного образования и адгезивного окна при ярком освещении. Затем подключите дерматоскоп к цифровой камере и сделайте изображения при дерматоскопии.

Программное обеспечение LabVIEW захватывает и сохраняет все инфракрасные изображения. С помощью средневолновой инфракрасной камеры Merlin зафиксируйте инфракрасное изображение в стационарном состоянии. Направьте поток холодного воздуха на участок кожи пациента с поражением, а также на окружающую область диаметром 50 миллиметров.

Спустя одну минуту прекратите охлаждающее воздействие, чтобы кожа могла прогреться до комнатной температуры в течение трех-четырех минут. В течение этой фазы термического восстановления делайте инфракрасные снимки пигментированного образования каждые две секунды для получения точных данных о переходном распределении температуры на поверхности кожи. Проанализируйте ИК-изображения с помощью специализированного кода MATLAB, включающего несколько этапов калибровки и систему мультимодального анализа изображений.

Начните с применения алгоритма детектирования ориентиров к изображению при ярком освещении для локализации углов адгезивного маркера. Затем определите соответствующие точки на контрольном ИК-изображении и скомпенсируйте непроизвольные движения тела или конечностей пациента, используя эти точки в качестве ориентиров в квадратичной модели движения для выравнивания последовательности ИК-изображений на этапе восстановления. Далее используйте алгоритм «случайного блуждания» (random walker) для пространственного управления сегментацией, расставляя начальные точки (seed points) для создания маски, очерчивающей область поражения.

После определения формы очага поражения идентифицируйте соответствующую область на каждом из зарегистрированных ИК-изображений. Выберите случайные точки внутри очага и за его пределами, представляющие пораженную и здоровую ткани соответственно. Затем сравните переходные тепловые отклики обоих участков.

Наконец, подготовьте таблицу, включающую все цветокодированные ИК-изображения очага поражения и прилегающей области, полученные методом цифровой оскопии при нормальных условиях и через две секунды после охлаждающего возбуждения, а также данные о переходных тепловых откликах очага поражения и соответствующей здоровой ткани. В исследовании с участием пациентов, у которых имеются пигментированные образования с клиническими показаниями к биопсии, повышенная метаболическая активность меланомы может быть обнаружена с помощью динамической инфракрасной визуализации. После сбора данных в ходе исследования пациента с помощью коррекции движения строится точная кривая теплового отклика.

На инфракрасном изображении и в процессе термического восстановления не наблюдается разницы в температуре между доброкачественным пигментным образованием и здоровой кожной тканью. Инфракрасные изображения демонстрируют явное преимущество термографии при выявлении злокачественных новообразований кожи. Значительная разница в температуре и цвете в процессе термического восстановления наблюдается только в области меланомы на инфракрасном изображении.

После полной оптимизации и автоматизации этот метод может быть выполнен за две-три минуты при условии правильного проведения процедуры. Данный метод визуализации безвреден. Он не связан с какими-либо рисками, что имеет принципиальное значение для клинической диагностики.

При проведении данной процедуры важно помнить, что после её завершения субъект должен оставаться максимально неподвижным. Для получения дополнительных сведений, таких как стадия и уровень проникновения рака, а также наличие вторичного очага поражения, могут быть применены другие методы, например биопсия.