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
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.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע מענק מס '0651981 לבין אלכסנדר ומרגרט סטיוארט אמון על פי המרכז לסרטן של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס. המחברים רוצים להכיר את תרומתם של ד"ר רודה Alani ל IRB לבין מחקר החולה, כמו גם את עזרה ותמיכה של ד"ר Sewon קאנג המחלקה שלו במהלך המחקר המטופל.
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
- Elder, D. Tumor progression, early diagnosis and prognosis of melanoma. Acta Oncol. 38, 535-547 (1999).
- Wartman, D., Weinstock, M. Are we overemphasizing sun avoidance in protection from melanoma. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 17, 469-470 (2008).
- Pirtini Cetingul, M. . Using high resolution infrared imaging to detect melanoma and dysplastic nevi [dissertation]. , (2010).
- Jones, B. F. A reappraisal of the use of infrared thermal image analysis in medicine. IEEE Trans. Med. Imaging. 17, 1019-1027 (1998).
- Anbar, M. Clinical thermal imaging today-shifting from phenomenological thermography to pathophysiologically based thermal imaging. IEEE Eng. Med. Biol. Mag. 17, 25-33 (1998).
- Anbar, M., Gratt, B. M., Hong, D. Thermology and facial telethermography. Part I: history and technical review. Dentomaxillofacial Radiology. 27, 61-67 (1998).
- Jones, B. F., Plassmann, P. Digital infrared thermal imaging of human skin. IEEE Eng. Med. Bio. 21, 41-48 (2002).
- Qi, H., Diakides, N. A. . Infrared imaging in Medicine. , (2007).
- Pirtini Cetingul, M., Herman, C. Identification of skin lesions from the transient thermal response using infrared imaging technique. IEEE 5th Int. Symp. on Biomedical Imaging: From Nano to Macro 1-4. , 1219-1222 (2008).
- Cetingul, P. i. r. t. i. n. i., M, ., Herman, C. Quantification of the thermal signature of a melanoma lesion. Int. Journal of Thermal Science. 50, 421-431 (2011).
- Pirtini Cetingul, M., Herman, C. A heat transfer model of skin tissue for the detection of lesions: sensitivity analysis. Physics in Medicine and Biology. 55, 5933-5951 (2010).
- Pirtini Cetingul, M., Herman, C. Quantitative evaluation of skin lesions using transient thermal imaging. Proc. Int. Heat Transfer Conf. , (2010).
