Repeatability of Identification of Hot Spots in Thermal Images is influenced by image processing

Kurt Ammer

Institute for Physical Medicine and Rehabilitation,Hanuschkrankenhaus, Vienna, Austria
Medical Imaging Research Unit, Faculty of Advanced Technology,University of Glamorgan, Pontypridd, UK

SUMMARY

BACKGROUND:Hot spots are regarded as diagnostic signs in thermal images of patients suffering from tennis elbow or fibromyalgia. However, the reliability of the identification of hot spots is not well known and may be poor.

OBJECTIVE: The aim of this study to investigate how precisely hot spots can be identified from thermal images.

METHODS 2 studies were conducted. In study A , 32 images recorded from fibromyalgia patients in the view upper back were reviewed. Hot spot were identified in three ways. Firstly, the uncompressed continuous colour scale was used and hot spots were identified by eyes and the identified area was accepted as a hot spot when the temperature difference to the surrounding areas was greater than 0.5 degrees- Secondly, the colour scale of the thermal images was compressed in order to increase the contrast between cool and warm areas and hot spots were identified in the same way as in the uncompressed thermal images. Thirdly, two isotherms were generated at temperature levels 1 degree apart and combined with a stepwise compressed colour scale. The mean temperature of hot areas within the isotherm at the higher temperature was determined and compared to the mean temperature of the surroundings of the hot spot. These temperature measurement procedures were repeated two days later.

In study B, a set of 3 isotherms, 0,5 degrees apart,was used for hot spot identification. Moving this set over the total range of temperature within a thermal image, can easily detect hot spots as the temperature difference between the 1st isotherm with the lowest threshold and the 3rd isotherm with highest threshold is at least equivalent to the chosen temperature between the isotherms. This approach was tested in a set of 10 thermal images previously used for testing of the reproducibility of hot spot identification. All images were evaluated twice on different days by the same reader, who was blinded at the second evaluation to

the results of the first reading, The findings were statistically analyzed with respect to method of hot spot identification and time of investigation.

RESULTS: The mean number of hot spots varied by the method of identificaton with lowest numbers in uncompressed images and highest numbers in isotherms. Reliabilty, based on ANOVA (values beween 0.87 and 0.73) and Single Measure Intraclass Correlations were highest for compressed images, followed by non compressed images and isotherms.

In study B, the reproducibility of hot spot identification was moderate to good (Single Measure Interclass Correlation: 0.699; 95% confidence interval: 0.138 to 0.917, Reliability Coefficient alpha: 0.807). The reproducibility of hot areas was poor (SingleMeasure InterclassCorrelation: 0.14; 95%confidence interval: -0.162 to 0.580, Reliability Coefficient alpha: 0.413)

CONCLUSION: Reproducibilty of Hot spot identification vary with respect of the method of image processing

KEY WORDS: Hot spot, reproducibility, thermal image

DIE REPRODUZIERBARKEIT DER IDENTIFIKATION VON HOT SPOTS IN WÄRMEBILDERN VON DER BILDBEARBEITUNG AB

HINTERGRUND: Hot spots in Wärmebildern von Patienten mit Tennisellbogen oder Fibromyalgie gelten als diagnostisches Zeichen. Allerdings, ist das Maß der Zuverlässigkeit der Erkennung von Hot spots nur wenig bekannt und ist möglicher Weise gering.

FRAGESTELLUNG: Das Ziel dieser Studie war es zu ergründen, mit welcher Präzision Hot spots in Wäremebildern identifiziert werden können.

METHODE: Es wurden 2 Studien durchgeführt. In der Studie A wurden 32 Wärmebilder des oberen Rückens durchgesehen, die von Fibromyalgiepatienten stammten. Hot spots wurden auf drei unterschiedliche Weisen identifiziert. Bei der ersten Methode wurde eine nicht komprimierte Farbskala verwendet, und Hot Spots wurden visuell ausgewählt und als Hot Spot akzeptiert, wenn die Temperatur der ausgewählten Fläche um 0,5 ° höher war als der umgebenden Fläche. Bei der zweiten Methode wurde die Farbskala komprimiert, um den Farbkontrast zwischen warmen und kühlen Arealen zu verstärken, Hot Spots wurden auf die gleiche Weise wie bei der nicht komprimierten

Farbskala bestimmt. Bei der dritten Methode wurden zwei Isothermen im Abstand von 1 Grad genefriert und mit einer gestuften und komprimierten Farbskala kombiniert. Die mittlere Temperatur der warmen Fläche innerhalb der Isotherme mit höherer Temperatur wurde bestimmt und mit der durchschnittlichen Temperatur der umgebenden Fläche des Hot Spots verglichen. Alle Temperaturmessungen wurden nach 2 Tagen wiederholt.

In Study B wurde ein Satz von 3 Isothermen im Abstand von 0,5 Grad für die Erkennung der Hot Spots genutzt. Wenn man einen solchen Satz von Isothermen über den gesamten Temperaturbereich bewegt, sollten Hot Spots leicht erkannt werden, da die Temperaturdifferenz zwischen der Isothermemit der niedrigsten Temperatur und der Isothermemit der höchsten Temperatur gleich dem gewählten Temperaturabstand ist. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der Methode der Hot Spot Bestimmung bzw. des Untersuchungszeitpunktes statistisch analysiert.

ERGEBNISSE: Die durchschnittliche Zahl der Hot Spots variierte in Abhängigkeit der Bildbearbeitung, wobei die meisten Punkte mit Isothermen und die geringste mit der unkomprimierten Farbskala gefunden wurden. Die Zuverlässigkeits-Koeffizienten zeigten in der ANOVA Werte zwischen 0.87 und 0.73 und die höchsten Interklassen-Korrelationen wurden für unkomprimierte Wärmebilder, und dann für die komprimierte Farbskalen und Isothermen gefunden.

Die Reproduzierbarkeit der Hot Spots Entdeckung war in Studie B mäßig bis gut (Interklassen-Korrelation: 0.699; 95% Vertrauensintervall: 0.138 bis 0.917, Zuverlässigkeits-Koeffizient Alpha: 0.807). Die Reproduzierbarkeit der warmer Flächen war gering (Interklassen-Korrelation: 0.14; 95% Vertrauensintervall:l: -0.162 bis 0.580, Zuverlässigkeits- Koeffizient Alpha: 0.413)

SCHLUSSFOLGERUNG: Die Reproduzierbarkeit der Bestimmung von Hot spots variiert in Abhängigkeit der durchgeführten Bildbearbeitung.

SCHLÜSSELWÖRTER: Hot spot, Reproduzierbarkeit, Wärmebild

Thermology international 2011, 21 (2) 40-46