Kwantitatieve Visualisatie en detectie van huidkanker Met behulp van Dynamic Thermal Imaging

Deze procedure is bedoeld om melanoom of andere soorten huidkanker non-invasief te diagnosticeren met behulp van dynamische infraroodbeeldvorming. Begin met het maken van een witlichtfoto van de laesie en het omringende gezonde weefsel, gevolgd door een referentie-infraroodbeeld van hetzelfde huidgebied. Koel vervolgens de laesie en de omringende huid.

Verwijder vervolgens de koelstress en neem een infraroodfilm op van het opnieuw opwarmingsproces, aangeduid als thermisch herstel. Voer tot slot de data-analyse en beeldverwerking uit van de vastgelegde witlicht- en infraroodbeelden om de temperatuur van de huid als functie van de tijd tijdens het proces van thermisch herstel te meten. Vergelijk de huidtemperatuur op de locatie van de laesie en op een plek ver van de laesie om verschillen in de thermische respons te evalueren als indicatie voor verhoogde metabole activiteit die gerelateerd kan zijn aan huidkanker. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die warmtegeneratie aantonen via dynamische thermische beeldvorming.

Dynamische infraroodbeeldvorming is een non-invasieve, objectieve en kwantitatieve methode waarmee melanoom in een vroeg stadium van de ziekte kan worden gedetecteerd. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het vakgebied, zoals de vraag of specifieke signaallesies metabool actief zijn, en maakt het mogelijk om het niveau van metabole activiteit in combinatie met een verhoogde bloedtoevoer te meten. Dit kan worden gekoppeld aan de kankerstadiëring.

Deze methode vereist een zekere mate van complexiteit bij het verkrijgen van nauwkeurige oppervlaktetemperatuurgegevens met behulp van infraroodbeeldtechnieken en het compenseren van onwillekeurige bewegingen van het subject tijdens het beeldvormingsproces. Daarom zullen Dr. Mcg Miguel Perini, een postdoc uit mijn lab, en ikzelf nu de procedure demonstreren: richt een temperatuurgecontroleerde onderzoekskamer in die is uitgerust met een infraroodcamera en een pc voor de acquisitie en opslag van infraroodbeelden, evenals een datavisualisatiekaart die is aangesloten op een computer. Om de kamer- en huidoppervlaktetemperaturen te monitoren, worden tijdens de patiëntenstudie thermokoppels aan een datavisualisatiekaart bevestigd en worden de meetgegevens op een computer opgeslagen.

Aangezien laesiedetectie in het thermische beeld een koelend effect vereist, dient een vierkante adhesiemarkering te worden gebruikt om de gepigmenteerde laesie van belang en de omgeving ervan met de digitale camera te lokaliseren. Maak een afbeelding bij helder licht van de gepigmenteerde laesie en het adhesievenster. Sluit vervolgens een dermatoscoop aan op een digitale camera en maak oscopiebeelden.

De LabVIEW-software legt alle infrarode beelden vast en slaat deze op. Leg een infraroodbeeld in stationaire toestand vast met een Merlin mid-infrared camera. Breng vervolgens een stroom koude lucht aan op het gebied van de huid van de patiënt waar de laesie zich bevindt, evenals op een omliggende regio met een diameter van 50 millimeter.

Verwijder na één minuut de koelstress, zodat de huid drie tot vier minuten op kamertemperatuur kan opwarmen. Leg tijdens deze thermische herstelfase elke twee seconden infraroodbeelden van de gepigmenteerde laesie vast om nauwkeurige voorbijgaande temperatuurverdelingen op het huidoppervlak te verkrijgen. Analyseer de IR-beelden met een MATLAB-code die speciaal hiervoor is ontwikkeld, inclusief verschillende kalibratiestappen en een multimodaal beeldanalysesysteem.

Begin met het toepassen van een algoritme voor landmarkdetectie op de afbeelding met helder licht om de hoeken van de adhesiemarker te lokaliseren. Identificeer vervolgens de overeenkomstige punten in de referentie-IR-afbeelding en compenseer onwillekeurige bewegingen van het lichaam of de ledematen van de patiënt door deze punten als landmarks te gebruiken in een kwadratisch bewegingsmodel voor het uitlijnen van de IR-afbeeldingssequentie tijdens de herstelfase. Gebruik daarna de random walker om de segmentatie ruimtelijk te sturen door zaadpunten te plaatsen om een masker-afbeelding te maken die de laesie afbakent.

Zodra de vorm van de laesie is bepaald, identificeert u de overeenkomstige regio in elk van de geregistreerde IR-beelden. Selecteer willekeurige punten binnen de laesie en buiten de laesie, die respectievelijk de laesie en het gezonde weefsel vertegenwoordigen. Vergelijk vervolgens de transiënte thermische respons van beide locaties.

Stel tot slot een tabel op met alle digitaal oscopische, kleurgecodeerde IR-beelden van de laesie en het omliggende gebied, opgenomen onder omgevingscondities en twee seconden na de koelingsactivatie, evenals de transiënte thermische responsen van de laesie en het overeenkomstige gezonde weefsel. In een patiëntenstudie waarin patiënten met een gepigmenteerde laesie met een klinische indicatie voor biopsie worden geselecteerd voor beeldvorming, kan de verhoogde metabole activiteit van de melanoomlaesie worden gedetecteerd door middel van dynamische infraroodbeeldvorming. Zodra de gegevens uit de patiëntenstudie zijn verzameld, wordt er met bewegingscorrectie een nauwkeurige thermische responscurve verkregen.

Er is geen temperatuurverschil tussen de goedaardige gepigmenteerde laesie en het gezonde huidweefsel in het infraroodbeeld of tijdens het thermisch herstel. Thermische beeldvorming blijkt een specifiek voordeel te hebben bij maligne huidlaesies op basis van de infraroodbeelden. Tijdens het thermisch herstel is een significant temperatuur- en kleurverschil waarneembaar, uitsluitend op de locatie van de melanoomlaesie in het infraroodbeeld.

Zodra deze techniek volledig is geoptimaliseerd en geautomatiseerd, kan deze in twee tot drie minuten worden uitgevoerd indien dit correct wordt gedaan. Deze beeldgevingsprocedure is ongevaarlijk. Er zijn geen risico's verbonden aan deze methode, wat essentieel is voor de klinische diagnostiek.

Tijdens deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de proefpersoon na afloop zo bewegingsloos mogelijk moet blijven. Andere methoden, zoals een biopsie, kunnen worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals het stadium en het penetratieniveau van de kanker en de tweede laesie.