定量的な可視化と動的な熱画像を用いた皮膚癌の発見

本手順は、ダイナミック赤外線イメージングを用いて、メラノーマまたはその他の皮膚癌を非侵襲的に診断することを目的としています。まず、病変部および周囲の正常組織の白色光写真を撮影し、続いて同一部位の皮膚の参照赤外線画像を撮影します。次に、病変部および周囲の皮膚を冷却します。

次に冷却ストレスを除去し、「熱回復」と呼ばれる再加熱プロセスの赤外線動画を記録します。最後に、撮影した白色光画像および赤外線画像のデータ解析と画像処理を行い、熱回復プロセスにおける皮膚温度の時間変化を測定します。病変部位と病変から離れた部位の皮膚温度を比較し、熱応答の差を評価することで、皮膚癌に関連している可能性がある代謝活性の上昇を指標として判定します。これにより、動的熱画像法を通じて熱発生を示す結果を得ることができます。

ダイナミック赤外線イメージングは、メラノーマを疾患の早期段階で検出することを可能にする、非侵襲的かつ客観的な定量的手法です。この手法は、特定された信号病変が代謝的に活性であるか、また、血流増加を伴う代謝活性のレベルはどの程度か、といったこの分野における重要な疑問に答えるのに役立ちます。これは、がんのステージングに関連付けることが可能です。

この手法には、赤外線イメージング技術を用いて正確な皮膚表面温度データを取得すること、およびイメージングプロセス中の被験者の不随意運動を補正するという複雑さが伴います。そこで、私の研究室のポストドクターであるMcg Miguel Perini博士と私が、以下にその手順を実演します。まず、赤外線カメラ、赤外線画像の取得および保存用のPC、およびコンピュータに接続されたデータ収集カードを備えた温度制御済みの検査室を準備してください。患者の調査中は、室温と皮膚表面温度を監視するために熱電対をデータ収集カードに取り付け、測定データをコンピュータに保存します。

熱画像における病変の検出には冷却効果が必要であるため、正方形の粘着マーカーを使用して、デジタルカメラで目的の色素性病変とその周囲を局在化させます。色素性病変と粘着ウィンドウの明視野画像を撮影します。次に、デジタルカメラにダーモスコープを接続し、ダーモスコピー画像を撮影します。

LabVIEWソフトウェアを使用して、すべての赤外線画像をキャプチャして保存します。Merlin中赤外線カメラを用いて、定常状態の赤外線画像をキャプチャします。次に、病変部を含む患者の皮膚領域およびその周囲50 millimeterの範囲に、冷風を吹き付けます。

1分後、冷却ストレスを取り除き、室温で3〜4分間皮膚を再加温させます。この熱回復相において、皮膚表面の正確な過渡温度分布を得るために、色素病変の赤外線画像を2秒ごとに撮影します。キャリブレーション手順とマルチモーダル画像解析システムを含む、この目的のためにカスタマイズされたMATLABコードを用いてIR画像を解析します。

まず、明視野画像にランドマーク検出アルゴリズムを適用し、粘着マーカーのコーナー位置を特定します。次に、参照用IR画像における対応点を特定し、これらの点を二次運動モデルのランドマークとして利用することで、回復相におけるIR画像シーケンスの整合性を合わせ、患者の不随意な身体または四肢の動きを補正します。続いて、ランダムウォーカーを用いてセグメンテーションを空間的に誘導し、シード点を配置して病変部位を輪郭付けるマスク画像を作成します。

病変の形状が決定したら、登録された各IR画像において対応する領域を特定します。病変内部と病変から離れた位置から、それぞれ病変と健全組織を表す点をランダムに選択します。その後、両部位の過渡熱応答を比較します。

最後に、周囲環境条件下および冷却励起から2秒後に記録された病変部とその周辺領域のデジタルオスコピー・カラーコード赤外線（IR）画像と、病変部および対応する健全組織の過渡熱応答を含む表を作成します。生検の臨床的適応がある色素性病変を有する患者を対象とした患者研究では、ダイナミック赤外線イメージングによってメラノーマ病変の代謝活性の亢進を検出できます。患者研究からデータが収集されると、モーション補正によって精緻な熱応答曲線が得られます。

赤外線画像および熱回復過程において、良性の色素性病変と健康な皮膚組織との間に温度差は認められません。赤外線画像に基づくと、熱画像法は特に悪性の皮膚病変において有用であることが証明されます。赤外線画像におけるメラノーマ病変の部位においてのみ、熱回復中に顕著な温度差と色の変化が観察されます。

完全に最適化および自動化されれば、適切に実施することでこの手法は2、3分で完了します。このイメージング手順は無害です。危険性はなく、これは臨床診断において不可欠な点です。

この処置を行う際は、処置後に被験者が可能な限り安静にしている必要があることに留意することが重要です。癌のステージや浸潤度、および二次病変などの追加的な疑問を解消するためには、生検などの他の手法を実施することができます。