Visualizzazione quantitativa e diagnosi del tumore della pelle utilizzando Dynamic Thermal Imaging
Summary
Abbiamo dimostrato che le lesioni maligne pigmentato con una maggiore attività metabolica di generare quantificabili quantità di calore e la misura della risposta transitoria termica della pelle ad una eccitazione di raffreddamento consente l'identificazione quantitativa dei melanomi e tumori della pelle (vs non-proliferativa nevi) in una fase precoce stadio della malattia.
Abstract
Nel 2010 circa 68.720 melanomi saranno diagnosticati nei soli Stati Uniti, con circa 8.650 con conseguente morte 1. Ad oggi, l'unico trattamento efficace per il melanoma rimane l'asportazione chirurgica, dunque, la chiave per la sopravvivenza estesa è la diagnosi precoce 2,3. Considerando il gran numero di pazienti diagnosticati ogni anno e le limitazioni nell'accesso a cure specializzate in fretta, lo sviluppo di oggettivi strumenti diagnostici in vivo per aiutare la diagnosi è essenziale. Nuove tecniche per rilevare il cancro della pelle, soprattutto strumenti diagnostici non-invasivi, sono attualmente allo studio in numerosi laboratori. Insieme con i metodi chirurgici, tecniche come la fotografia digitale, dermoscopia, sistemi di imaging multispettrale (MelaFind), basati su laser (microscopia confocale a scansione laser, laser Doppler imaging di perfusione, tomografia a coerenza ottica), ultrasuoni, risonanza magnetica, sono in fase di test . Ogni tecnica offre vantaggi e svantaggi, molti dei quali rappresentano un compromesso tra efficacia e precisione rispetto a facilità d'uso e considerazioni di costo. Dettagli su queste tecniche e confronti sono disponibili nei 4 letteratura.
Infrarossi (IR) di imaging ha dimostrato di essere un metodo utile per diagnosticare i segni di alcune malattie attraverso la misurazione della temperatura cutanea locale. C'è una grande quantità di prove che dimostrano che la malattia o deviazione dal normale funzionamento sono accompagnati da cambiamenti della temperatura del corpo, che ancora una volta influenzano la temperatura della pelle 5,6. Dati precisi sulla temperatura del corpo umano e la pelle in grado di fornire una serie di informazioni sui processi responsabili per la generazione di calore e termoregolazione, in particolare la deviazione dalle condizioni normali, spesso causata dalla malattia. Tuttavia, IR imaging non è stato ampiamente riconosciuto in medicina grazie all'utilizzo precoce della tecnologia 7,8 parecchi decenni fa, quando la precisione di misurazione della temperatura e la risoluzione spaziale sono state inadeguate e sofisticati strumenti di elaborazione delle immagini non erano disponibili. La situazione cambiò drasticamente alla fine del 1990-2000. I progressi nella strumentazione IR, l'implementazione di algoritmi di elaborazione delle immagini digitali e immagini dinamiche IR, che consente agli scienziati di analizzare non solo spaziale, ma anche il comportamento temporale termica della pelle 9, ha permesso scoperte nel campo.
Nella nostra ricerca, esploriamo la possibilità di IR imaging, combinata con studi teorici e sperimentali, come un costo effettivo, non invasive, in vivo la tecnica di misurazione ottica per il rilevamento del tumore, con particolare attenzione agli screening e la diagnosi precoce del melanoma 10-13 . In questo studio, mostriamo i dati ottenuti in uno studio paziente, in cui vengono selezionati i pazienti che possiedono una lesione pigmentata con l'indicazione clinica per la biopsia per l'imaging. Abbiamo confrontato la differenza nelle risposte termica tra tessuti sani e maligne e confrontato i nostri dati con i risultati della biopsia. Abbiamo concluso che l'attività metabolica aumentata della lesione melanoma può essere rilevato da dinamiche di imaging a raggi infrarossi.
Protocol
Discussion
I risultati suggeriscono che, applicando lo stress di raffreddamento abbiamo migliorato le differenze di temperatura tra la lesione e il tessuto sano circostante. Inoltre, a causa di piccoli movimenti del paziente durante la termografia, abbiamo dovuto applicare motion tracking per sovrapporre correttamente le immagini per misurare le differenze di temperatura tra lo stato di riferimento e la distribuzione della temperatura durante il recupero termico. Senza il motion tracking non saremmo stati in grado di rilevare e misurare la differenza di temperatura tra la lesione maligna e il tessuto sano. Questi risultati e la necessità per il movimento accurato monitoraggio spiegano gli investigatori difficoltà incontrate in passato, quando cercando di individuare il melanoma utilizzando l'imaging IR sulla base delle informazioni allo steady-state da soli e dimostrano chiaramente i vantaggi della dinamica immagini termiche.
Va notato che la risoluzione spaziale della telecamera a infrarossi (numero di pixel della matrice IR piano focale) è fondamentale quando le lesioni più esigenti di piccole dimensioni. Sia la risoluzione spaziale e la sensibilità alla temperatura delle prime telecamere ad infrarossi è stato limitato, il che spiega anche le difficoltà nella rilevazione del melanoma allo stadio iniziale in passato. Le principali differenze tra il nostro approccio e prima tenta di imaging termico – che sono stati un discreto successo – sono le sequenze di passi di calibrazione e di elaborazione delle immagini che ci permettono di misurare con precisione le differenze di temperatura in questo sistema, oltre al processo di imaging dinamico che si basa sul raffreddamento attivo.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation Grant No. 0651981 e Alexander Stewart e Margaret fiducia anche se il Cancer Center della Johns Hopkins University. Gli autori desiderano ringraziare per i contributi del Dr. Rhoda Alani per l'IRB e lo studio paziente, così come l'aiuto e il sostegno del Dr. Sewon Kang e il suo reparto durante lo studio paziente.
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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