定量可视化和皮肤癌症使用动态热成像检测

Summary

我们证明，恶性色素性病变，代谢活性增加，产生热和皮肤冷却激励的瞬态热响应的测量量化允许在早期定量识别黑素瘤和其它皮肤癌（与非增殖细胞痣）疾病阶段。

Abstract

将在2010年约68720黑色素瘤诊断，仅在美国，大约有8,650造成^死亡 1 。迄今为止，黑色素瘤的唯一有效的治疗方法仍然是手术切除，因此，延长生存的关键是^早期发现2,3。考虑到患者的大量诊断每年的局限性，在快速访问专门照顾，在体内诊断仪器，以帮助诊断的客观发展是至关重要的。在许多实验室正在探索新的技术来检测皮肤癌，尤其非侵入性的诊断工具，。随着手术方法，如数码摄影，皮肤镜，多光谱成像系统（MelaFind），激光为基础的系统（共聚焦激光扫描显微镜，激光多普勒血流灌注显像，光学相干断层扫描），超声波，磁共振成像技术，正在测试。每种技术提供了独特的优势和劣势，其中许多构成的有效性和准确性与易用性和成本的考虑之间的妥协。详细了解这些技术和比较文学^4。

红外（IR）成像被证明是一个有用的方法来诊断某些疾病的征兆，通过测量局部皮肤温度。有证据显示伴随着体温的变化，疾病或偏离正常运作的一个庞大的身躯，再次^影响皮肤的温度5,6。关于人类身体和皮肤的温度准确的数据可以提供丰富的进程产生的热量和体温调节，正常情况下，特别是偏差往往由疾病引起的，负责任的信息。然而，红外成像并没有被广泛过早使用不成熟的技术^，7,8几十年前，由于中医药的认可，当温度的测量精度和空间分辨率的不足和先进的图像处理工具，不可用。在20世纪90年代末21世纪初，这种状况发生了巨大变化。红外仪器仪表，数字图像处理算法和动态红外成像，这使科学家能够分析不仅空间的实施， ^而且皮肤9颞热行为，允许在该领域的突破进展。

在我们的研究中，我们的红外成像的可行性，与理论和实验研究相结合，探索一个成本有效，非侵入体内的肿瘤检测的光学测量技术，强调的筛选和早期^发现黑色素瘤10-13 。在这项研究中，我们将展示在病人的研究中，拥有一个一个色素性病变活检的临床适应症的患者进行成像选定中获得的数据。我们比较良性和恶性组织活检结果相比，我们的数据之间的热反应的差异。我们的结论是，黑色素瘤病灶的代谢活性增加可以通过动态红外热成像检测。

Protocol

1。安装

1. 红外摄像机和红外图像采集和存储，以及数据采集卡连接到电脑上的PC配备一个温度控制的考场是在图1a所示。
2. 在室温和皮肤表面的温度是在病人的研究和测量数据，以数据采集卡热电偶监测都存储在计算机上。

2。图像采集

1. 由于病变不能在没有冷却效果的热图像检测，一个正方形的粘合剂标记是用于本地化的利益和它的周围的色素病变（图1b）。
2. 我们用数码相机（佳能PowerShot G11）（图1b）获得明亮的光线的色素性病变和胶粘剂的窗口形象。
3. 一个dermatoscope连接到一台数码相机（DermLite照片系统）是用来捕获的偏振光图像。
4. 我们收购一个稳定的状态与梅林中波（3-5微米）红外摄像机在图1a，C.所示的红外图像
5. 我们申请的冷空气流一分钟的时间，其中包含的病变，以及一个50毫米直径的周边地区的病人的皮肤面积。
6. 一分钟后，我们会删除该冷却应力，让皮肤重新温暖在室温3-4分钟内（热恢复阶段）（图1C - D）。
7. 在热的复苏阶段，色素性病变的红外图像捕捉每2秒（图1C - D）。
8. 在研究过程中所采取的所有红外图像（除了白光和偏振光图像）保存和使用LabVIEW软件进行存储。

3。图像处理中的

1. 使用专用的Matlab代码，以获得准确的瞬态温度分布在皮肤表面的红外图像分析。为此，我们介绍几种校准步骤和多式联运的图像分析系统。
2. 我们开始本地化胶粘剂标记的角落，一个具有里程碑意义的检测算法与应用明亮的光图像。下一步，我们确定了参考红外图像的对应点。
3. 为了弥补身体不由自主/病人肢体的运动，我们利用这些点，在复苏阶段的调整红外图像序列的二次运动模型的地标。
4. 我们使用随机的沃克，一个交互式图像分割算法，用户可以在空间上引导放置种子点分割，创建一个遮罩图像划定病变。
5. 一旦我们确定病灶的形状，我们确定相应的区域，在每个已注册的红外图像。
6. 我们选择的病灶内随机点，并远离病变的病灶和健康的组织，分别代表。
7. 我们比较健康的皮肤和病变的反应的瞬态热响应。
8. 我们准备一个表格，显示所有的数据：数字，皮肤镜，彩色编码的红外图像的病变和周围地区的环境条件和冷却后激发的2秒的记录，和病变和健康组织的瞬态热响应。

4。代表性的成果：

图1。参考一）红外成像系统的人力资源信息系统在临床试验室，B）较大的身体表面的色素性病变的集群和模板框架应用于成像，C区的照片）的红外图像的地区，在环境温度，D）在同一地区，冷却后和电子）放大黑色素瘤的病变和周围的部分

图2，考试与我们的热成像系统的空间。

图3。冷却吹冷空气流从涡管病变和周围的皮肤组织。

Discussion

结果表明，应用冷却强调，我们加强病灶周围的健康组织之间的温度差异。另外，由于病人的小运动，在热成像，我们申请的议案追踪正确叠加图像测量参考态和热回收期间的温度分布之间的温度差异。没有运动跟踪，我们不会已经能够检测和测量的恶性病变和健康组织之间的温差。这些结果和准确的解释的困难，调查跟踪的议案需要面对在过去，当试图诊断恶性黑色素瘤，采用红外成像基于稳态信息，并明确证明动态热成像的优势。

应该指出的是，红外摄像机（红外焦平面阵列的像素数量）的空间分辨率是关键时，挑剔的小病变。空间分辨率和早期的红外摄像机的温度敏感性是有限的，在侦查初期黑色素瘤在过去的困难，这也为帐户。我们的做法和之前热成像尝试之间的主要区别是，适度地成功 - - 校准序列和图像处理的步骤，使我们能够准确地测量温度的差异，在这个系统中，除了动态成像过程中，依靠主动冷却。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Merlin MWIR camera	FLIR Systems Inc.
Canon PowerShot G11	Canon, inc.
DermLite Foto System	DermLite
Vortex tube	Exair
Air tanks	Airgas