Name: quantitative visualization and detection of skin cancer using dynamic thermal imaging
Uploaded: 2011-05-05T13:00:00
Duration: 6 min 8 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging at JoVE.com

Это исследование финансировалось Национальным научным фондом грант № 0651981 и Александра и Маргарет Стюарт целевой хотя онкологического центра имени Джонса Хопкинса. Авторы хотели бы отметить вклад доктора Рода Алани к IRB и пациентов исследования, а также помощь и поддержку доктора Sewon Кан и его ведомство в течение пациента исследования.

1. Установка <ol><li> Температура контролируемой комнате экзамена оснащен инфракрасной камерой и ПК для инфракрасной съемки фото и хранения, а также карты сбора данных подключен к компьютеру показаны на рис.1. </li><li> Комнатной температуре и температуре поверхности кожи контролируется термопарами прилагается к карте сбора данных во время пациент изучения и измерения данных, хранящихся на компьютере. </li></ol> 2. Image Acquisition <ol><li> С поражением не может быть обнаружен в тепловом изображении без охлаждающий эффект, квадратный маркер клей используется для локализации пигментированные поражения интерес и в ее окрестностях (рис. 1б). </li><li> Мы приобретаем яркое изображение свете пигментированные поражения и клей окно с цифровых камер (Canon PowerShot G11) (рис. 1б). </li><li> Дерматоскоп подключен к цифровой камерой (DermLite Foto System) используется для захвата изображения поляризованный свет. </li><li> Мы приобретаем установившемся режиме инфракрасного изображения с Мерлин midwave (3-5 мкм) инфракрасной камеры показана на рис.1, c. </li><li> Мы применяем поток холодного воздуха, чтобы участок кожи пациента содержащие поражения, а также диаметром 50 мм окружающего региона на протяжении одной минуты. </li><li> Через одну минуту, мы удаляем это охлаждение стресса, чтобы кожа для разогревания при комнатной температуре в течение 3-4 минут (тепловая фаза восстановления) (рис. 1в-д). </li><li> Во время фазы восстановления теплового, инфракрасного изображения пигментированные поражения фиксируются каждые 2 секунды (рис. 1в-д). </li><li> Все ИК-изображений (в дополнение к белым светом и поляризованном свете изображения), принятые в ходе исследования сохраняются и хранятся с использованием программного обеспечения LabVIEW. </li></ol> 3. Обработка изображений <ol><li> ИК-изображений, анализируются с помощью специального кода Matlab для того, чтобы получить точные переходного распределения температуры на поверхности кожи. С этой целью мы вводим несколько шагов калибровки и мультимодальные системы анализа изображений. </li><li> Начнем с применением ориентир алгоритм обнаружения, чтобы светлый образ света для локализации углах клей маркером. Далее, мы определили соответствующие точки на изображении ссылкой IR. </li><li> Для того, чтобы компенсировать непроизвольные тела / движение конечностей пациента, мы используем эти точки в качестве ориентиров в квадратичная модель движения для выравнивания ИК последовательности изображений во время фазы восстановления. </li><li> Мы используем случайное ходунки, интерактивные алгоритм сегментации изображений, где пользователь может пространственно руководство сегментации путем размещения семян точек, чтобы создать маску изображения разграничения поражения. </li><li> Как только мы определим форму поражения, мы отождествляем соответствующей области в каждом из зарегистрированных ИК-изображений. </li><li> Мы выбираем случайных точек внутри поражения и от поражения представляют поражения и здоровой ткани, соответственно. </li><li> Мы сравниваем переходных термических реакция здоровой кожи и реакция поражения. </li><li> Мы готовим таблицу с указанием всех данных: цифровые, дермоскопии, цветные ИК-изображений поражения и его окрестностях записано в условиях окружающей среды, и через 2 секунды после охлаждения возбуждения и переходные тепловые реакции и поражение здоровых тканей. </li></ol> 4. Представитель Результаты: <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig1.jpg" alt="Рисунок 1" /> Рисунок 1. а) инфракрасной системой HRIS в клинической комнате суда, б) фотографию большей площади поверхности тела с кластером пигментных образований и шаблон кадра применяется для работы с изображениями, с) ссылки инфракрасного имиджа региона при температуре окружающей среды, г) же районе после охлаждения и д) увеличенная поражения меланомы и окрестности <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig2.jpg" alt="Рисунок 2" /> Рисунок 2. Экзамена комната с нашей тепловизионная система. <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig3.jpg" alt="Рисунок 3" /> Рисунок 3. Охлаждение поражения и окружающие ткани кожи путем продувки поток холодного воздуха с вихревой трубки.

<ol>
	<li>Elder, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor+progression,+early+diagnosis+and+prognosis+of+melanoma.">Tumor progression, early diagnosis and prognosis of melanoma.</a> Acta Oncol. 38, 535-547 (1999).</li><li>Wartman, D., Weinstock, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Are+we+overemphasizing+sun+avoidance+in+protection+from+melanoma.">Are we overemphasizing sun avoidance in protection from melanoma.</a> Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 17, 469-470 (2008).</li><li>Pirtini Cetingul, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Using high resolution infrared imaging to detect melanoma and dysplastic nevi [dissertation]. , (2010).</li><li>Jones, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reappraisal+of+the+use+of+infrared+thermal+image+analysis+in+medicine.">A reappraisal of the use of infrared thermal image analysis in medicine.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 17, 1019-1027 (1998).</li><li>Anbar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+thermal+imaging+today-shifting+from+phenomenological+thermography+to+pathophysiologically+based+thermal+imaging.">Clinical thermal imaging today-shifting from phenomenological thermography to pathophysiologically based thermal imaging.</a> IEEE Eng. Med. Biol. Mag. 17, 25-33 (1998).</li><li>Anbar, M., Gratt, B. M., Hong, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermology+and+facial+telethermography.+Part+I:+history+and+technical+review.">Thermology and facial telethermography. Part I: history and technical review.</a> Dentomaxillofacial Radiology. 27, 61-67 (1998).</li><li>Jones, B. F., Plassmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+infrared+thermal+imaging+of+human+skin.">Digital infrared thermal imaging of human skin.</a> IEEE Eng. Med. Bio. 21, 41-48 (2002).</li><li>Qi, H., Diakides, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Infrared imaging in Medicine. , (2007).</li><li>Pirtini Cetingul, M., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+skin+lesions+from+the+transient+thermal+response+using+infrared+imaging+technique.">Identification of skin lesions from the transient thermal response using infrared imaging technique.</a> IEEE 5th Int. Symp. on Biomedical Imaging: From Nano to Macro 1-4. , 1219-1222 (2008).</li><li>Cetingul, P. i. r. t. i. n. i., M, ., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+the+thermal+signature+of+a+melanoma+lesion.">Quantification of the thermal signature of a melanoma lesion.</a> Int. Journal of Thermal Science. 50, 421-431 (2011).</li><li>Pirtini Cetingul, M., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+heat+transfer+model+of+skin+tissue+for+the+detection+of+lesions:+sensitivity+analysis.">A heat transfer model of skin tissue for the detection of lesions: sensitivity analysis.</a> Physics in Medicine and Biology. 55, 5933-5951 (2010).</li><li>Pirtini Cetingul, M., Herman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+evaluation+of+skin+lesions+using+transient+thermal+imaging.">Quantitative evaluation of skin lesions using transient thermal imaging.</a> Proc. Int. Heat Transfer Conf. , (2010).</li></ol>

Нет конфликта интересов объявлены.

Результаты показывают, что путем применения охлаждения стресса мы повысили температурные различия между поражением и окружающие здоровые ткани. Кроме того, из-за небольшого движения пациента во время тепловой обработки изображений, мы были вынуждены применить отслеживания движения правильно наложения на изображения для измерения разности температур между государством полномочий и распределение температуры в процессе термического восстановления. Без отслеживания движения, мы бы не смогли обнаружить и измерить разницу температур между злокачественной опухоли и здоровой ткани. Эти результаты, а также необходимость для точного отслеживания движения объясняют трудности исследователи сталкивались в прошлом при попытке диагностики меланомы использованием ИК-изображений на основе устойчивой информации о состоянии в одиночку и ясно доказывают преимущества динамического тепловидения. Следует отметить, что пространственное разрешение камеры ИК (количество пикселей в ИК фокальной плоскости) имеет решающее значение, когда взыскательных небольших повреждений. Оба пространственным разрешением и температурной чувствительности ранних инфракрасные камеры был ограничен, что также объясняет трудности в выявлении ранних стадия меланомы в прошлом. Основные различия между нашим подходом и до тепловой попытки визуализации, - которые были умеренно успешным - это последовательности калибровки и обработки изображений шаги, которые позволяют нам точно измерять перепады температур в этой системе в дополнение к динамическим процессом визуализации, которая опирается на активное охлаждение.

<table border="1"><tbody><tr><td> Наименование оборудования </td><td> Компания </td><td> Номер в каталоге </td></tr><tr><td> Мерлин MWIR камеры </td><td> FLIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Canon PowerShot G11 </td><td> Канон </td><td> - </td></tr><tr><td> DermLite Foto системы </td><td> DermLite </td><td> - </td></tr><tr><td> Вихревые трубки </td><td> EXAIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Воздух танки </td><td> Airgas </td><td> - </td></tr></tbody></table>

quantitative visualization and detection of skin cancer using dynamic thermal imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging at JoVE.com

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

Мы показали, что злокачественных пигментных с повышенной метаболической активности генерировать количественному количество тепла и измерение переходных термических реакция кожи на охлаждение возбуждения позволяет количественное определение меланомы и других раковых заболеваний кожи (по сравнению без пролиферации невусы) на ранней стадии заболевания.

Количественная визуализация и обнаружение рака кожи с использованием динамических Тепловизор

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Accurate and Simple Measurement of the Pro-inflammatory Cytokine IL-1&beta; using a Whole Blood Stimulation Assay

Accurate and Simple Measurement of the Pro-inflammatory Cytokine IL-1ÃƒÅ½Ã‚Â² using a Whole Blood Stimulation Assay

Точные и простые измерения провоспалительных цитокинов IL-1β использованием Всего Пробирная стимуляция крови

Inflammatory processes resulting from the secretion of soluble mediators by immune cells, lead to various manifestations in skin, joints and other tissues ...

Quantitative Analysis of Cancer Metastasis using an Avian Embryo Model

Количественный анализ рака метастазы использовании Птичий Модель эмбрионов

During metastasis cancer cells disseminate from the primary tumor, invade into surrounding tissues, and spread to distant organs. Metastasis is a complex ...

Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Monitoring

Cerenkov Luminescence Imaging CLI for Cancer Therapy Monitoring

Черенковского свечения Imaging (CLI) для мониторинга терапии рака

In  molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI)  are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. ...

Quantitative Multispectral Analysis Following Fluorescent Tissue Transplant for Visualization of Cell Origins, Types, and Interactions

Количественный Мультиспектральный Анализ После Люминесцентная трансплантации тканей для визуализации клеточных Origins, типы и взаимодействий

With the desire to understand the contributions of multiple cellular elements to the development of a complex tissue; such as the numerous cell types that ...

Cerebrospinal Fluid MicroRNA Profiling Using Quantitative Real Time PCR

Спинномозговой жидкости профилирования микроРНК с использованием количественных ПЦР в реальном времени

MicroRNAs (miRNAs) constitute a potent layer of gene regulation by guiding RISC to target sites located on mRNAs and, consequently, by modulating their ...

Measurement of Dynamic Scapular Kinematics Using an Acromion Marker Cluster to Minimize Skin Movement Artifact

Измерение динамических Скапулярий кинематики Использование кластера акромиального маркер, чтобы минимизировать смещение кожи Артефакт

The measurement of dynamic scapular kinematics is complex due to the sliding nature of the scapula beneath the skin surface. The aim of the study was to ...

Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging of an Orthotopic Pancreatic Cancer Mouse Model

Динамическая контрастность Улучшенная Магнитно-резонансная томография модели Ортотопическая Рак поджелудочной железы мыши

Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) has been limitedly used for orthotopic pancreatic tumor xenografts due to severe ...

Diffuse Optical Spectroscopy for the Quantitative Assessment of Acute Ionizing Radiation Induced Skin Toxicity Using a Mouse Model

Диффузный оптической спектроскопии для количественной оценки острой токсичности ионизирующей радиации, индуцированный кожи с помощью модели мыши

Acute skin toxicities from ionizing radiation (IR) are a common side effect from therapeutic courses of external beam radiation therapy (RT) and ...

Quantitative Visualization of Leukocyte Infiltrate in a Murine Model of Fulminant Myocarditis by Light Sheet Microscopy

Количественная визуализация инфильтрата лейкоцитов в мышиной модели фульминантного миокардита методом микроскопии легких листов

Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM), in combination with chemical clearing protocols, has become the gold standard for analyzing fluorescently ...

Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain

Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain

Количественный :18F-Naf-PET-МРТ Анализ для оценки динамического оборота костей у пациента с facetogenic Низкая боль в спине

Imaging techniques that reflect dynamic bone turnover may aid in characterizing a wide range of bone pathologies. Bone is a dynamic tissue undergoing ...