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

Denna forskning har finansierats av National Science Foundation nr 0651981 och Alexander och Margaret Stewart Lita om Cancer Center i Johns Hopkins University. Författarna vill tacka för bidragen från Dr Rhoda Alani till IRK och patienten studie samt hjälp och stöd av Dr Sewon Kang och hans avdelning under patientstudie.

1. Setup <ol><li> En temperaturstyrd examen rum utrustat med en infraröd kamera och en dator för infraröd bild förvärv och lagring samt en datainsamling kort ansluten till en dator visas i Fig.1a. </li><li> Rumstemperaturen och hud yttemperatur övervakas av termoelement fäst vid en datainsamling kortet när patientstudie och mätdata lagras på datorn. </li></ol> 2. Image Acquisition <ol><li> Eftersom lesionen inte kan upptäckas i IR-bilden utan att kyleffekten, är en fyrkantig lim markör används för att lokalisera pigmenterade lesioner av intresse och dess omgivningar (Fig. 1b). </li><li> Vi förvärvar en ljus bild av pigmenterade lesioner och limmet fönstret med en digitalkamera (Canon PowerShot G11) (Fig. 1b). </li><li> En dermatoscope ansluten till en digital kamera (DermLite Foto System) används för att fånga polariserat ljus bild. </li><li> Vi förvärvar en steady state-bilden med en Merlin midwave (3-5 mikrometer) värmekamera visas i Fig.1a, c. </li><li> Vi tillämpar en ström av kall luft till området för patientens hud innehåller lesioner samt en 50 mm diameter omgivande regionen för den tid som en minut. </li><li> Efter en minut tar vi bort denna kylning understryka att låta huden att åter värma i rumstemperatur inom 3-4 minuter (termisk återhämtningsfasen) (Fig. 1c-d). </li><li> Under den termiska återhämtningsfasen är infraröda bilder av pigmenterade lesioner fångas varje 2 sekunder (bild 1c-d). </li><li> Alla IR-bilder (förutom de vita ljus och polariserat ljus bilder) tagits under studien sparas och lagras med Labview programmet. </li></ol> 3. Bildbehandling <ol><li> IR-bilderna analyseras med en dedikerad Matlab-kod för att få korrekta övergående temperatur distributioner på hudytan. För detta ändamål presenterar vi flera kalibrering steg och ett multimodalt bildanalys systemet. </li><li> Vi börjar med att tillämpa ett landmärke upptäckt algoritm för att det starka ljuset på bilden för att lokalisera hörn limmet markör. Därefter identifierade vi de motsvarande punkter i referens-IR-bilden. </li><li> För att kompensera för ofrivilligt organ / rörelseförmågan i extremiteterna av patienten använder vi dessa punkter som landmärken i en kvadratisk rörelse modell för att rikta IR bildsekvensen under återhämtningsfasen. </li><li> Vi använder slumpmässiga Walker, en interaktiv bild segmentering algoritm där användaren kan rumsligt vägleda segmentering genom att placera utsädet poäng, att skapa en mask bild avgränsar lesionen. </li><li> När vi bestämmer formen på lesionen identifierar vi den berörda regionen i de registrerade IR-bilder. </li><li> Vi väljer slumpmässigt punkter inne i lesionen och bort från lesionen representerar lesionen och frisk vävnad, respektive. </li><li> Vi jämför transient termisk respons frisk hud och svaret av lesionen. </li><li> Vi förbereder en tabell som visar alla data: digitala, dermoscopy, färgkodade IR-bilder av lesion och omgivande området redovisas under normala förhållanden och 2 sekunder efter kylning excitation och övergående termisk respons av lesionen och frisk vävnad. </li></ol> 4. Representativa resultat: <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig1.jpg" alt="Figur 1" /> Figur 1. a) Den infraröda bildsystem HRIS i den kliniska prövningen rummet, b) fotografi av större kroppsyta med ett kluster av pigmenterade lesioner och mallen ram tillämpas för bildkommunikation, c) hänvisning infraröd bild av regionen vid rumstemperatur, d) samma område efter kyla och e) förstorad del av melanom lesionen och omgivning <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig2.jpg" alt="Figur 2" /> Figur 2. Exam rum med våra värmekameror system. <img src="/files/ftp_upload/2679/2679fig3.jpg" alt="Figur 3" /> Figur 3. Kylning lesionen och omgivande hud vävnad genom att blåsa en ström av kall luft från en vortexröret.

<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>

Resultaten tyder på att med tillämpning av kyla stress vi förstärkt temperaturskillnader mellan lesion och omgivande frisk vävnad. Också, på grund av små rörelser av patienten under termisk avbildning, var vi tvungna att använda motion tracking korrekt överlagra bilder för att mäta temperaturskillnader mellan referens stat och temperaturfördelningen under termisk återhämtning. Utan motion tracking skulle vi inte kunnat upptäcka och mäta temperaturskillnaden mellan maligna lesioner och frisk vävnad. Dessa resultat och behovet av noggranna motion tracking förklara de svårigheter utredarna möter i det förflutna när man försöker diagnostisera melanom med IR avbildning baserad på steady state information på egen hand och tydligt visar fördelarna med dynamiska värmekameror. Det bör noteras att den rumsliga upplösningen av IR-kamera (antalet pixlar i IR Detektormatrisen) är kritisk när kräsna små lesioner. Både den rumsliga upplösningen och temperaturen känslighet i början av värmekameror var begränsad, vilket också står för svårigheterna i att upptäcka tidigt stadium melanom i det förflutna. De viktigaste skillnaderna mellan vår syn och före termisk försök avbildning - som var måttligt framgångsrika - är sekvenser av kalibrering och bild processteg som tillåter oss att noggrant mäta temperaturskillnader i detta system vid sidan av den dynamiska imaging process som bygger på aktiv kylning.

<table border="1"><tbody><tr><td> Namn på utrustning </td><td> Företag </td><td> Katalognummer </td></tr><tr><td> Merlin MWIR kamera </td><td> FLIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Canon PowerShot G11 </td><td> Canon </td><td> - </td></tr><tr><td> DermLite Foto System </td><td> DermLite </td><td> - </td></tr><tr><td> Vortexröret </td><td> EXAIR </td><td> - </td></tr><tr><td> Lufttankarna </td><td> Airgas </td><td> - </td></tr></tbody></table>

quantitative visualization and detection of skin cancer using dynamic thermal imaging

År 2010 ca 68.720 melanom kommer att diagnostiseras enbart i USA, med ca 8650 som ledde till döden 1. Hittills är det enda effektiva behandling för malignt melanom kirurgisk excision, därför är nyckeln till förlängd överlevnad tidig upptäckt 2,3. Med tanke på ett stort antal patienter diagnostiseras varje år och de begränsningar i tillgång till specialiserad vård snabbt, är utvecklingen av objektiva in vivo diagnostiska instrument för att underlätta diagnos viktig. Nya tekniker för att upptäcka hudcancer, särskilt icke-invasiva diagnostiska verktyg, håller på att utforskas i många laboratorier. Tillsammans med de kirurgiska metoder, tekniker såsom digital fotografering, dermoscopy, multispektrala system imaging (MelaFind), laser-baserade system (konfokala scanning mikroskopi, Laser Doppler perfusion imaging, optisk koherens tomografi), ultraljud, magnetisk resonanstomografi, testas . Varje teknik erbjuder unika fördelar och nackdelar, av vilka många utgör en kompromiss mellan effektivitet och noggrannhet kontra användarvänlighet och överväganden kostnad. Detaljer om dessa tekniker och jämförelser finns i litteraturen 4. Infraröd (IR) imaging visade sig vara en användbar metod för att diagnostisera tecken på vissa sjukdomar genom att mäta hudens lokala temperaturen. Det finns en stor mängd bevis som visar att sjukdomen eller avvikelsen från att fungera normalt åtföljs av förändringar av temperaturen i kroppen, som påverkar åter temperaturen i huden 5,6. Exakta uppgifter om temperaturen i kroppen och huden kan ge en mängd information om de processer som ansvarar för värme-och thermoregulation, särskilt avvikelsen från det normala, ofta orsakad av sjukdom. Dock har IR-avbildning inte allmänt erkänts i medicin på grund av tidig användning av tekniken 7,8 flera decennier sedan, när temperaturen mätnoggrannhet och den rumsliga upplösningen var otillräckliga och sofistikerade bildbehandling verktyg var otillgänglig. Denna situation förändrades dramatiskt i slutet av 1990-2000-talet. Framsteg inom IR-instrumentering, implementering av digitala bildbearbetningsalgoritmer och dynamiska IR-avbildning, vilket gör det möjligt för forskare att analysera inte bara den rumsliga, men också den tidsmässiga termiska beteende huden 9, tillät genombrott inom området. I vår forskning, utforskar vi möjligheterna att IR-avbildning, kombinerat med teoretiska och experimentella studier, som en kostnadseffektiv, icke-invasiv, in vivo-optisk mätteknik för tumördetektion, med betoning på screening och tidig upptäckt av melanom 10-13 . I denna studie visar vi data som erhållits i en patientstudie där patienter som har en pigmenterad lesion med en klinisk indikation för biopsi väljs för avbildning. Vi jämförde skillnaden i termisk svaren mellan friska och maligna vävnader och jämfört våra data med biopsi resultat. Vi drog slutsatsen att den ökade metaboliska aktivitet melanom lesionen kan upptäckas av dynamiska värmekamera.

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

Vi visade att maligna pigmenterade lesioner med ökad metabolisk aktivitet genererar mätbara mängder värme och mätning av övergående termisk reaktion i huden för en svalkande excitation tillåter kvantitativa identifiering av melanom och andra hudcancer (kontra icke-proliferativ nevi) på ett tidigt stadium av sjukdomen.

Kvantitativa Visualisering och detektion av hudcancer Använda dynamiska Värmekameror

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

Noggrann och enkel mätning av pro-inflammatoriska cytokin IL-1β med hjälp av en hel analys Blood stimulering

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

Kvantitativ analys av cancer metastaser med hjälp av en aviär Embryo Modell

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

Cerenkov Luminiscens Imaging (CLI) för cancerbehandling övervakning

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

Kvantitativ Multispectral Analys Efter Lysrör Tissue Trans för visualisering av Cell Origins, typer, och interaktioner

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

Cerebrospinalvätska MikroRNA Profilering Med kvantitativa realtid-PCR

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

Mätning av Dynamic Scapular kinematik Använda en acromion Marker Cluster att Minimera Skin Move Artifact

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

Dynamisk kontrast Förbättrad Magnetic Resonance Imaging av en Orthotopic bukspottkörtelcancer musmodell

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

Diffus optisk spektroskopi för kvantitativ bedömning av akut joniserande strålning inducerad Skin toxicitet med hjälp av en musmodell

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

Kvantitativ visualisering av leukocytinfiltrat i en murinmodell av Fulminant-myokardit genom ljusarkmikroskopi

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

Kvantitativ [18F]-NAF-PET-MRI-analys för utvärdering av dynamisk benomsättning hos en patient med Facetogen ländryggsmärta

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