Visible and extended near-infrared multispectral imaging for skin cancer diagnosis

With the goal of diagnosing skin cancer in an early and noninvasive way, an extended near infrared multispectral imaging system based on an InGaAs sensor with sensitivity from 995 nm to 1613 nm was built to evaluate deeper skin layers thanks to the higher penetration of photons at these wavelengths. The outcomes of this device were combined with those of a previously developed multispectral system that works in the visible and near infrared range (414 nm⁻995 nm). Both provide spectral and spatial information from skin lesions. A classification method to discriminate between melanomas and nevi was developed based on the analysis of first-order statistics descriptors, principal component analysis, and support vector machine tools. The system provided a sensitivity of 78.6% and a specificity of 84.6%, the latter one being improved with respect to that offered by silicon sensors

Visible and extended near-infrared multispectral imaging for skin cancer diagnosis

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Desarrollo de un modelo inverso luz-tejido aplicado al procesamiento de imágenes multiespectrales para la caracterización de la formación y seguimiento al tratamiento de úlceras cutáneas causadas por Leishmaniasis en hámsteres dorados

Latinoamérica junto a otros lugares del mundo cuentan con regiones tropicales, de las cuales emergen múltiples enfermedades. La Leishmaniasis cutánea (LC) es una de las patologías más comunes que atacan a las poblaciones de estas zonas, generando una úlcera y dejando marcas de por vida. El difícil acceso a una atención médica apropiada de las poblaciones afectadas plantea la necesidad de nuevos instrumentos y técnicas que faciliten el diagnóstico y seguimiento a tratamientos de esta enfermedad. El desarrollo de esta tesis de maestría es parte del proyecto de investigación “Desarrollo y evaluación de un sistema portátil no invasivo basado en imágenes multiespectrales para el diagnóstico y seguimiento de tratamiento de úlceras cutáneas causadas por Leishmaniasis” registrado en Colciencias con el código 57186. Esta tesis de maestría busca definir un modelo inverso de interacción luz-tejido, que permita entender los fenómenos que ocurren en la piel de hámsteres dorados debido a úlceras causadas por Leishmaniasis, así como los cambios en la úlcera una vez se aplica un tratamiento. Los modelos inversos de interacción luz-tejido buscan estimar el comportamiento de los componentes biológicos en un tejido blando como la piel. Para ello se parte de un modelo matemático directo, que para esta tesis de maestría se plantea como un modelo de 3 capas que incluya epidermis, dermis e hipodermis; a partir de firmas espectrales adquiridas sobre piel sana, borde de la úlcera y centro de la úlcera capturados desde hámsteres con LC, se buscará estimar los principales componentes de la piel, tanto durante la transición de la enfermedad como en la aplicación y seguimiento al tratamiento. Finalmente se realiza el seguimiento al tratamiento de 10 hámsteres con Leishmaniasis Brasiliensis concluyendo cuáles de los parámetros adquiridos por medio del modelo inverso, son de mayor utilidad para la diferenciación de los tejido

Cuantificación de componentes biológicos en úlceras cutáneas a partir de imágenes multi-espectrales

Las úlceras cutáneas (UC) son una de las causas más frecuentes de consulta en las Unidades de atención de salud (PHU) en áreas tropicales. Sin embargo, la falta de médicos especializados en esas áreas, conduce a un diagnóstico y manejo inapropiados de los pacientes. Existe entonces la necesidad de desarrollar herramientas que permitan guiar a los médicos hacia un diagnóstico preciso. Los sistemas de imágenes multi-espectrales son una herramienta no invasiva que podrían utilizarse en el análisis de las úlceras cutáneas. Con estos sistemas es posible adquirir imágenes ópticas a diferentes longitudes de onda, que pueden ser procesadas por medio de modelos matemáticos basados en enfoques de optimización. El procesamiento de ese tipo de imágenes conduce a la cuantificación de los principales componentes de la piel. En el caso de las úlceras cutáneas, estos componentes podrían correlacionarse con las diferentes etapas de cicatrización de heridas durante el seguimiento de una úlcera cutánea. Este trabajo de grado presenta el procesamiento de una imagen multi-espectral de úlcera cutánea. La úlcera empleada en este trabajo corresponde a Leishmaniasis, una de las enfermedades más prominentes en las zonas tropicales. El procesamiento de imágenes se realiza mediante un modelo de interacción luz-tejido considerando la distribución de la piel como una capa semi-infinita. La optimización de los parámetros del modelo permite cuantificar los parámetros principales de absorción y dispersión de la luz en la piel en el espectro visible y cercano infrarrojo. Los resultados muestran diferencias entre áreas sanas y no sanas de la imagen.Ingeniero de Sistemaspregrad

Multispectral imaging for preclinical assessment of rheumatoid arthritis models

Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic inflammatory autoimmune condition affecting multiple body systems. Murine models of RA are vital in progressing understanding of the disease. The severity of arthritis symptoms is currently assessed in vivo by observations and subjective scoring which are time-consuming and prone to bias and inaccuracy. The main aim of this thesis is to determine whether multispectral imaging of murine arthritis models has the potential to assess the severity of arthritis symptoms in vivo in an objective manner. Given that pathology can influence the optical properties of a tissue, changes may be detectable in the spectral response. Monte Carlo modelling of reflectance and transmittance for varying levels of blood volume fraction, blood oxygen saturation, and water percentage in the mouse paw tissue demonstrated spectral changes consistent with the reported/published physiological markers of arthritis. Subsequent reflectance and transmittance in vivo spectroscopy of the hind paw successfully detected significant spectral differences between normal and arthritic mice. Using a novel non-contact imaging system, multispectral reflectance and transmittance images were simultaneously collected, enabling investigation of arthritis symptoms at different anatomical paw locations. In a blind experiment, Principal Component (PC) analysis of four regions of the paw was successful in identifying all 6 arthritic mice in a total sample of 10. The first PC scores for the TNF dARE arthritis model were found to correlate significantly with bone erosion ratio results from microCT, histology scoring, and the manual scoring method. In a longitudinal study at 5, 7 and 9 weeks the PC scores identified changes in spectral responses at an early stage in arthritis development for the TNF dARE model, before clinical signs were manifest. Comparison of the multispectral image data with the Monte Carlo simulations suggest that in this study decreased oxygen saturation is likely to be the most significant factor differentiating arthritic mice from their normal littermates. The results of the experiments are indicative that multispectral imaging performs well as an assessor of arthritis for RA models and may outperform existing techniques. This has implications for better assessment of preclinical arthritis and hence for better experimental outcomes and improvement of animal welfare

Optical Methods in Sensing and Imaging for Medical and Biological Applications

The recent advances in optical sources and detectors have opened up new opportunities for sensing and imaging techniques which can be successfully used in biomedical and healthcare applications. This book, entitled ‘Optical Methods in Sensing and Imaging for Medical and Biological Applications’, focuses on various aspects of the research and development related to these areas. The book will be a valuable source of information presenting the recent advances in optical methods and novel techniques, as well as their applications in the fields of biomedicine and healthcare, to anyone interested in this subject

Skin Parameter Map Retrieval from a Dedicated Multispectral Imaging System Applied to Dermatology/Cosmetology

In vivo quantitative assessment of skin lesions is an important step in the evaluation of skin condition. An objective measurement device can help as a valuable tool for skin analysis. We propose an explorative new multispectral camera specifically developed for dermatology/cosmetology applications. The multispectral imaging system provides images of skin reflectance at different wavebands covering visible and near-infrared domain. It is coupled with a neural network-based algorithm for the reconstruction of reflectance cube of cutaneous data. This cube contains only skin optical reflectance spectrum in each pixel of the bidimensional spatial information. The reflectance cube is analyzed by an algorithm based on a Kubelka-Munk model combined with evolutionary algorithm. The technique allows quantitative measure of cutaneous tissue and retrieves five skin parameter maps: melanin concentration, epidermis/dermis thickness, haemoglobin concentration, and the oxygenated hemoglobin. The results retrieved on healthy participants by the algorithm are in good accordance with the data from the literature. The usefulness of the developed technique was proved during two experiments: a clinical study based on vitiligo and melasma skin lesions and a skin oxygenation experiment (induced ischemia) with healthy participant where normal tissues are recorded at normal state and when temporary ischemia is induced

Знание иностранного языка как основной фактор для работы в инновационных условиях

В сборник включены материалы докладов 80-й студенчекой научно-технической конференции «Знание иностранного языка как основной фактор для работы в инновационных условиях» по кафедре «Английский язык №1» факультета горного дела и инженерной экологии