ויזואליזציה כמותי וזיהוי של סרטן העור באמצעות הדמיה תרמית Dynamic

Summary

אנחנו הראו כי נגעים פיגמנט ממאיר עם פעילות מטבולית מוגברת לייצר כמויות מדידים של חום מדידת תגובת תרמית חולף של העור כדי עירור קירור מאפשר זיהוי כמותי של מלנומה סרטן העור השני (לעומת הלא שגשוג nevi) בשעה מוקדמת שלב של המחלה.

Abstract

בשנת 2010 כ 68,720 מלנומה יאובחנו בארה"ב בלבד, עם כ 8650 שגרם למותם ^1. נכון להיום, הטיפול יעיל רק עבור מלנומה נשאר כריתה כירורגית, ולכן המפתח להישרדות המורחבת לגילוי מוקדם ^2,3. בהתחשב במספר גדול של חולים שאובחנו כל שנה את המגבלות בגישה לטיפול מיוחד במהירות, את הפיתוח של כלי אבחון אובייקטיבי vivo לסייע באבחון היא חיונית. טכניקות חדשות לגילוי סרטן העור, במיוחד לא פולשנית כלי אבחון, הן נבדקות במעבדות רבות. יחד עם שיטות כירורגיות, טכניקות כגון צילום dermoscopy דיגיטליים, מערכות הדמיה multispectral (MelaFind), מערכות מבוססות לייזר (סריקה מיקרוסקופית confocal לייזר, לייזר דופלר הדמיה זלוף, טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית), אולטרא סאונד, דימות תהודה מגנטית, נבדקות . טכניקה כל מציע יתרונות וחסרונות ייחודיים, רבים מהם מהווים פשרה בין יעילות ודיוק לעומת קלות השימוש שיקולי עלות. פרטים על טכניקות אלה והשוואות זמינים ⁴ ספרות.

אינפרא אדום (IR) הדמיה הוצגה להיות שיטה יעילה כדי לאבחן את הסימנים של מחלות מסוימות על ידי מדידת טמפרטורת העור המקומי. יש גוף גדול של ראיות המראים ששיעור מחלות או סטייה לתפקוד תקין מלווים שינויים בטמפרטורה של הגוף, אשר שוב להשפיע על הטמפרטורה של העור ^5,6. נתונים מדויקים על הטמפרטורה של הגוף, העור האנושי והוא יכול לספק שפע של מידע על תהליכי אחראי דור חום thermoregulation, בסטיית בפרט בתנאים נורמליים, לעיתים קרובות נגרמת על ידי המחלה. עם זאת, IR דימות לא הוכרה באופן נרחב ברפואה עקב השימוש מוקדמת של הטכנולוגיה ^7,8 לפני כמה עשורים, כאשר מדידת טמפרטורה דיוק ברזולוציה מרחבית היו מספיק מתוחכמים לעיבוד תמונה כלים לא היו זמינים. מצב זה השתנה באופן דרמטי בסוף 1990-2000s. ההתקדמות מכשור IR, מימוש אלגוריתמים לעיבוד תמונה דיגיטלי ודינמי דימות אינפרא אדום, המאפשרת למדענים לנתח לא רק במרחב, אלא גם את התנהגות תרמית הזמני של העור ^9, פריצות דרך מורשים בתחום.

במחקר שלנו, אנו חוקרים את הכדאיות של IR דימות, בשילוב עם מחקרים תיאורטיים וניסויים, כמו העלות האפקטיבית, לא פולשנית, בטכניקה vivo מדידה אופטיות לגילוי הגידול, עם דגש על הקרנת וגילוי מוקדם של מלנומה ^10-13 . במחקר זה, אנו מציגים נתונים המתקבלים במחקר החולה שבו חולים שיש להם פגיעה פיגמנט עם ציון קליני עבור ביופסיה נבחרים הדמיה. השווינו את ההבדל בתגובות תרמית בין רקמה בריאה וממאירים ונתונים בהשוואה שלנו עם תוצאות הביופסיה. אנו למסקנה כי פעילות מטבולית מוגברת של הנגע מלנומה ניתן לאתרם באמצעות אינפרא אדום דימות דינמי.

Protocol

1. ההתקנה

1. בחינה מבוקרת בטמפרטורת החדר מצויד במצלמת אינפרא אדום ומחשב לרכישת התמונה אינפרא אדום אחסון וכן רכישת כרטיס נתונים מחוברת למחשב מוצגים Fig.1a.
2. בטמפרטורת החדר משטח טמפרטורת העור מנוטרים על ידי צמדים תרמיים המצורף לכרטיס רכישת נתונים במהלך המחקר המטופל נתוני המדידה מאוחסנים במחשב.

2. תמונה רכישה

1. מאז נגע לא ניתן להבחין בתמונה תרמית ללא אפקט קירור, סמן דבק הכיכר משמשת למקם את הנגע פיגמנט עניין וסביבתה (איור 1b).
2. אנו לרכוש תמונת האור הבהיר של הנגע פיגמנט וחלון דבק עם מצלמה דיגיטלית (Canon PowerShot G11) (איור 1b).
3. Dermatoscope מחוברת מצלמה דיגיטלית (DermLite Foto System) משמש כדי ללכוד את התמונה אור מקוטב.
4. אנו לרכוש תמונת מצב יציב אינפרא אדום עם midwave מרלין (3-5 מיקרומטר) מצלמת אינפרא אדום שמוצג Fig.1a, כ
5. אנו מיישמים זרם של אוויר קר לאזור העור של המטופל המכילה את הנגע, כמו גם האזור בקוטר 50 מ"מ מסביב למשך דקה אחת.
6. לאחר דקה אחת, אנו להסיר את הלחץ כדי לאפשר קירור העור מחדש חמים בטמפרטורת החדר תוך 3-4 דקות (שלב ההתאוששות תרמית) (איור 1 ג, ד).
7. במהלך שלב ההתאוששות תרמית, תמונות אינפרא אדום של הנגע פיגמנט נלכדים כל 2 שניות (איור 1 ג, ד).
8. כל התמונות IR (בנוסף האור הלבן ותמונות אור מקוטב) שצולמו במהלך המחקר נשמרים ומאוחסנים באמצעות תוכנת LabVIEW.

3. עיבוד תמונה

1. התמונות IR מנותחות באמצעות קוד ייעודי Matlab כדי להשיג טמפרטורה מדויק הפצות חולף על פני העור. לשם כך, אנו מציגים מספר צעדים כיול מערכת multimodal ניתוח התמונה.
2. אנחנו מתחילים עם החלת אלגוריתם זיהוי ציון לדימוי אור בהיר על localizing בפינות סמן דבק. לאחר מכן זיהינו את הנקודות המתאימות בתמונה התייחסות IR.
3. כדי לפצות על תנועת גוף / איבר רצוני של המטופל, אנו משתמשים אלו נקודות כציוני דרך במודל תנועה ריבועית ליישור את התמונה ברצף IR במהלך שלב ההחלמה.
4. אנו משתמשים בהליכון אקראי, תמונה אינטראקטיבית פילוח אלגוריתם שבו המשתמש יכול מרחבית המדריך פילוח על ידי הצבת נקודות זרע, כדי ליצור תמונת מסכה המגדירה את הנגע.
5. ברגע שאנחנו קובעים את צורתו של הנגע, אנו מזהים את האזור המתאים בכל אחד מן הדימויים רשום IR.
6. אנו בוחרים נקודות אקראי בתוך הנגע, הרחק הנגע המייצג את הנגע לבין רקמה בריאה, בהתאמה.
7. אנו משווים את תגובת תרמית חולף של עור בריא את התגובה של הנגע.
8. אנחנו מכינים טבלה המציגה את כל הנתונים: דיגיטלית, dermoscopy, בצבעים תמונות IR של הנגע והסביבה נרשם תנאי הסביבה ו 2 שניות לאחר עירור הקירור, ואת תגובת תרמית חולף של הנגע לבין רקמה בריאה.

4. נציג תוצאות:

באיור 1. א) מערכת אינפרא אדום הדמיה HRIS בחדר ניסוי קליני, ב) תצלום של שטח גדול יותר משטח הגוף עם מקבץ של נגעים פיגמנט ואת מסגרת התבנית בקשה הדמיה, ג) התייחסות תמונה אינפרא אדום של אזור בטמפרטורת הסביבה, ד) אותו אזור לאחר קירור ה) מוגדל קטע הנגע מלנומה וסביבתה

איור 2. בחדר הבחינה עם מערכת הדמיה תרמית שלנו.

איור 3. קירור הנגע ואת רקמת העור שמסביב ידי פיצוץ זרם של אוויר קר מהצינור מערבולת.

Discussion

מהתוצאות עולה כי על ידי יישום מתח קירור משופרת אנו ההבדלים בטמפרטורה בין הנגע לבין הרקמה הבריאה שמסביב. כמו כן, בגלל תנועות קטנות של המטופל במהלך הדמיה תרמית, היינו צריכים להחיל ההצעה מעקב כראוי כיסוי תמונות למדוד הבדלים בטמפרטורה בין המדינה לבין התייחסות התפלגות הטמפרטורה במהלך ההתאוששות התרמית. ללא מעקב אחר תנועה אנחנו לא היה מסוגל לזהות ולמדוד את הפרש הטמפרטורה בין הנגע הממאיר רקמה בריאה. תוצאות אלו ועל הצורך בתנועה מדויקת מעקב מסבירים החוקרים הקשיים בעבר כאשר מנסים לאבחן מלנומה באמצעות הדמיה IR על סמך מידע מצב יציב לבד מוכיחים את היתרונות של הדמיה תרמית דינמי.

יצוין, כי ברזולוציה מרחבית של המצלמה IR (מספר הפיקסלים במערך מטוס IR המוקד) היא קריטית כאשר נגעים קטנים הבחנה. הן ברזולוציה מרחבית ואת רגישות לטמפרטורה של מצלמות אינפרא אדום כבר היה מוגבל, אשר גם חשבונות עבור הקשיים באיתור מלנומה בשלב מוקדם בעבר. ההבדלים העיקריים בין הגישה שלנו, לפני ניסיונות הדמיה תרמית - כי היו מוצלחים בינוני - הם רצפים של כיול ועיבוד תמונה צעדים המאפשרים לנו למדוד במדויק את הבדלי הטמפרטורה במערכת זו, בנוסף לתהליך הדמיה דינמית מסתמכת על קירור אקטיבי.

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