Quantitative Visualisierung und Erkennung von Hautkrebs mit Dynamic Thermal Imaging
Summary
Wir haben gezeigt, dass maligne pigmentierte Läsionen mit erhöhter Stoffwechselaktivität erzeugen quantifizierbare Mengen an Wärme und die Messung der transienten thermischen Reaktion der Haut zu einer Abkühlung Anregung ermöglicht quantitative Identifizierung von Melanomen und anderen Hauttumoren (vs. nicht-proliferative Nävi) in einem frühen Stadium der Erkrankung.
Abstract
Im Jahr 2010 etwa 68.720 Melanome werden allein in den USA diagnostiziert werden, mit rund 8.650 Todesfolge 1. Bis heute ist die einzig wirksame Behandlung des Melanoms chirurgische Exzision, daher der Schlüssel zum Überleben verlängert Früherkennung ist 2,3. Angesichts der großen Zahl von Patienten erkranken jedes Jahr und die Einschränkungen beim Zugriff auf spezialisierte Versorgung schnell, ist die Entwicklung der objektiven In-vivo-Diagnostik-Instrumente für die Diagnose Hilfe von wesentlicher Bedeutung. Neue Techniken, um Hautkrebs, vor allem nicht-invasive Diagnose-Tools, erkennen werden in zahlreichen Labors untersucht. Zusammen mit den chirurgischen Methoden, Techniken wie digitale Fotografie, Dermatoskopie, multispektrale bildgebende Systeme (MelaFind), Laser-basierten Systemen (konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie, Laser-Doppler-Perfusion Imaging, Optische Kohärenztomographie), Ultraschall, Kernspintomographie, werden derzeit getestet . Jede Technik bietet einzigartige Vorteile und Nachteile, von denen viele einen Kompromiss zwischen Effizienz und Genauigkeit im Vergleich zu Benutzerfreundlichkeit und Kosten Überlegungen zu stellen. Details über diese Techniken und Vergleiche sind in der Literatur 4.
Infrarot (IR)-Bildgebung wurde gezeigt, dass eine nützliche Methode, um die Anzeichen bestimmter Krankheiten durch die Messung der lokalen Hauttemperatur zu diagnostizieren. Es gibt eine große Anzahl von Anzeichen dafür, dass Krankheit oder Abweichung von der normalen Funktionsweise von Änderungen der Temperatur des Körpers begleitet werden, was wiederum Einfluss auf die Temperatur der Haut 5,6. Genaue Daten über die Temperatur des menschlichen Körpers und der Haut kann eine Fülle von Informationen über die Prozesse, die für die Wärmeerzeugung und der Thermoregulation, insbesondere die Abweichung vom normalen Bedingungen, die oft durch Krankheit verursacht. Allerdings IR-Imaging ist nicht weit verbreitet in der Medizin aufgrund der vorzeitigen Nutzung der Technologie 7,8 vor einigen Jahrzehnten erkannt, wenn die Temperatur Messgenauigkeit und die räumliche Auflösung unzureichend waren und anspruchsvolle Bildverarbeitungs-Tools verfügbar waren. Diese Situation änderte sich in den späten 1990er Jahren der 2000er Jahre. Advances in IR Messtechnik, Implementierung von digitalen Bildverarbeitungs-Algorithmen und dynamischen IR-Imaging, das die Wissenschaftler nicht nur die räumliche Analyse ermöglicht, sondern auch die zeitliche thermische Verhalten der Haut 9, erlaubt Durchbrüche in das Feld ein.
In unserer Forschung untersuchen wir die Machbarkeit der IR-Imaging, mit theoretischen und experimentellen Untersuchungen kombiniert werden, wie eine kostengünstige, nicht-invasiven, in vivo optische Messtechnik für die Detektion von Tumoren, wobei der Schwerpunkt auf der Vorsorgeuntersuchungen und Früherkennung von Melanomen 10-13 . In dieser Studie zeigen, dass wir Daten in einer Patienten-Studie, in der Patienten, die eine pigmentierte Läsionen besitzen mit einer klinischen Indikation für eine Biopsie für die Bildgebung ausgewählte erhalten. Wir verglichen die Differenz in der thermischen Reaktionen zwischen gesundem und bösartigem Gewebe und verglichen unsere Daten mit Biopsie-Ergebnisse. Wir schlossen daraus, dass die erhöhte Stoffwechselaktivität der Melanom-Läsion durch dynamische Infrarot-Bildgebung erfasst werden kann.
Protocol
Discussion
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch die Anwendung der Kühlung betonen wir die Temperaturunterschiede zwischen der Verletzung und des umliegenden gesunden Gewebes verbessert. Auch, weil der kleine Bewegungen des Patienten während der Wärmebildkamera, mussten wir motion tracking richtig Overlay-Bilder zu Temperaturdifferenzen zwischen Referenz-Zustand und die Temperaturverteilung während der thermischen Verwertung Maßnahme. Ohne die Motion-Tracking würden wir nicht in der Lage zu erkennen und messen die Temperaturdifferenz zwischen maligne Läsion und das gesunde Gewebe zu haben. Diese Ergebnisse und die Notwendigkeit einer genauen Motion-Tracking erklären die Schwierigkeiten Ermittler konfrontiert in der Vergangenheit bei dem Versuch, Melanom diagnostiziert mittels IR-Imaging auf steady state Informationen allein und belegen eindeutig die Vorteile der dynamischen thermischen Bildgebung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die räumliche Auflösung der IR-Kamera (Anzahl der Pixel in der IR Focal Plane Array) kritisch, wenn anspruchsvolle kleine Läsionen ist. Sowohl die räumliche Auflösung und die Temperaturempfindlichkeit der frühen Infrarot-Kameras war begrenzt, die auch Konten für die Schwierigkeiten bei der Erkennung frühzeitig Melanom in der Vergangenheit. Die wichtigsten Unterschiede zwischen unserem Ansatz und vor Wärmebildkameras versucht – das waren mäßig erfolgreich – sind die Sequenzen von Kalibrier-und Bildverarbeitungs-Schritte, die uns genau zu messen Temperaturunterschiede in diesem System zusätzlich zu den dynamischen bildgebenden Verfahren, die auf eine aktive Kühlung angewiesen zu ermöglichen.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation Grant No 0651981 und die Alexander und Margaret Stewart Vertrauen obwohl die Cancer Center der Johns Hopkins University gefördert. Die Autoren bedanken sich bei den Beiträgen von Dr. Rhoda Alani dem IRB und der Patient Studie sowie die Hilfe und Unterstützung von Dr. Sewon Kang und seine Abteilung während der Patient Studie zu bestätigen.
Materials
| Name of the equipment | Company | Catalogue number |
| Merlin MWIR camera | FLIR | – |
| Canon PowerShot G11 | Canon | – |
| DermLite Foto System | DermLite | – |
| Vortex tube | Exair | – |
| Air tanks | Airgas | – |
References
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