Anzeige
Anzeige

Objektive Diagnostik

Hyperspectral Imaging für die Medizintechnik

Multi- und hyperspektrale Kameratechniken sind seit Jahren bekannt und finden u.a. im Agrarumfeld, der Raumfahrt oder im Recycling Anwendung. Zunehmend etabliert sich die Technologie auch in anderen Bereichen. Dabei spielen vor allem die Stabilität der Systeme, die Reproduzierbarkeit der Daten und die Senkung der Systemkosten eine Rolle. Eine Branche, in der hyperspektrale Bildgebung immer mehr in den Fokus rückt, ist die Medizintechnik, bei der sie eine neuartige Diagnostik ermöglicht.

Bild 1 | Oxygenierung eines Fußes: Die blauen Bereiche sind nekrotisches Gewebe (chemisch bereits umgesetzt, die Spektren zeigen einen Peak bei ca.640nm, der im gesunden Gewebe nicht vorhanden ist). (Bild: Diaspective Vision GmbH)

Die optoelektronische Analyse physiologischer Zustände ist seit Etablierung der Pulsoximetrie zur punktuellen Messung der Sauerstoffsättigung ein grundlegender Bestandteil der Medizin. Damit sich die Genauigkeit erhöht und die Stabilität der Technologie gegen Messartefakte verbessert, wurde die Grundtechnologie von zwei auf bis zu zwölf Wellenlängen erweitert. Allerdings zeigten sich auch hier schnell die Grenzen in der Genauigkeit und der Vielfalt der auswertbaren chemischen Substanzen. Mit der hyperspektralen Bildgebung ist es nun dank neuster technischer Entwicklungen möglich, chemische Informationen ortsaufgelöst darzustellen. Dabei wird für jeden Bildpunkt ein vollständiges Spektrum aufgenommen, welches Informationen über die chemische Zusammensetzung des Messobjektes liefert. In welchem Wellenlängenbereich das Spektrum aufgenommen wird, hängt dabei von dem eingesetzten Sensor ab. In der Medizin verbergen sich die interessanten Informationen meist im Wellenlängenbereich von 500 bis 1.000nm. Diesen Spektralbereich erfasst die TI-CAM (Tissue-Camera) für die Perfusionsbildgebung. Die Aufnahmen der Kamera enthalten 100 Spektralkanäle, wodurch alle 5nm eine Stützstelle vorhanden ist. Das kompakte Kamera-Sensor-System ist patentiert und wird bereits klinisch eingesetzt. Mit der selbstentwickelten Software TI-CAM Suite ist es möglich, die aufgenommenen Rohdaten weiterzuverarbeiten und auszuwerten. Derzeit werden mit der Software die Parameter Gewebeoxygenierung, Gewebe-Hämoglobin-Index (Tissue-Hemoglobin Index, THI), Nahinfrarot-Perfusion (NIR-Perfusion) und der Gewebe-Wasser-Index (Tissue Water Index, TWI) erfasst und in Falschfarbbildern dargestellt. Diese Parameter können ausgewertet werden, da deren spektrale Eigenschaften bereits bekannt sind. Diaspective Vision arbeitet mit verschiedenen Partnern und Einrichtungen daran, die spektralen Eigenschaften verschiedener Gewebetypen tiefgründiger zu erforschen und so weitere Informationen aus den aufgenommenen Spektren zu gewinnen. Für einige Parameter ist mittlerweile sogar deutlich, dass sie in absoluten Werten angegeben werden können.

Früherkennung von Problemen

Es stellt sich die Frage: Welche Mehrinformationen liefern die gewonnenen Parameter? Der THI zeigt an, wie viel Hämoglobin im betrachteten Gewebe ankommt. Hämoglobin ist ein eisenhaltiger Proteinkomplex der Erythrozyten (rote Blutkörperchen), welcher Sauerstoff binden kann und das Gewebe versorgt. Noch entscheidender ist allerdings, wie viel Sauerstoff im Gewebe wirklich abgegeben wird. Dieses verdeutlicht zum einen die oberflächliche Gewebeoxygenierung und zum anderen die Sauerstoffversorgung tieferer Gewebeschichten (ca. 6mm), die mittels NIR-Perfusion erfasst wird. Hier wird in den Aufnahmen im nicht-sichtbaren NIR-Bereich des Lichts ausgewertet. In der Kombination von THI, Gewebeoxygenierung und NIR-Perfusion werden so Versorgungs- oder Abfuhrprobleme durch einen gestörten Bluttransport im Gewebe dargestellt. Mit hyperspektraler Bildgebung ist es beispielsweise möglich, venöse oder arterielle Stauungen zu erkennen. In der plastischen Chirurgie und der Wunddiagnostik können mit den neuen Erkenntnissen Operationen eingespart werden, da medikamentöse Behandlungen oder die Anwendungen von Wundauflagen objektiv überwacht und im zeitlichen Verlauf dargestellt werden können. In den Industrieländern ist der Diabetische Fuß ein großes Problem für das Gesundheitssystem und die betroffenen Patienten. Hier soll ebenfalls die TI-CAM durch frühzeitige Erkennung von Problematiken Abhilfe schaffen.

Wundspezifische Parameter zur Diagnostik

Bild 2 | Okklusionstest am linken Arm zur Validierung der TI-CAM, Auswertung der
einzelnen Parameter in Falschfarbbildern (Bild: Diaspective Vision GmbH)

Es gibt in der Medizin weitere Einsatzfelder, in denen ein sinnvoller Einsatz der TI-CAM denkbar ist. Dazu gehören z.B. Hautuntersuchungen, Histologie, Angiographie, Organtransplantationen – die Vielfalt ist groß. Ebenso groß wie die vorstellbaren Einsatzgebiete sind die Vorteile der hyperspektralen Kamera. Durch die objektive Diagnostik und Dokumentation ist es möglich, geeignete Therapien zeitnah auszuwählen, zu überwachen und zu bewerten. Es können Operationen vermieden, die Heilungszeit verkürzt und dadurch die Kosten gesenkt werden. Ein weiterer groüer Bereich ist das gesteigerte Patientenwohl durch kürzere Behandlungs- und Liegezeiten. Mit neuen Erkenntnissen aus klinischen Studien, die mit Forschungspartnern und Partnern aus dem klinischen Alltag gewonnen werden, entwickelt man derzeit eine weitere, verfeinerte Kamera – die HyperWound-CAM. Diese wird zusätzliche wundspezifische Parameter zur Diagnostik ausgeben. Dazu gehören Wundgröße und die Klassifizierung der einzelnen Gewebetypen.

Anzeige

Empfehlungen der Redaktion

Das könnte Sie auch interessieren

Für das kamerabasierte Schutzsystem PSENvip 2 für Abkantpressen steht nun eine Long-Range-Variante zur Verfügung: PSENvip Long Range ist die erste Schutzeinrichtung mit einem Schutzbereich von bis zu 18m.‣ weiterlesen

www.pilz.com

Anzeige

The Imaging Source veröffentlicht eine neue USB3.0-42MP-CMOS-Kamera mit 7fps bei 42MP bzw. 110fps bei Full HD. Die Kamera bietet ein C/CS-Mount oder eine integrierte Optik (inkl. Autofokus). Neben einer automatischen Farbkorrektur und einem 2/3″ CMOS-Sensor ist im Gesamtpaket auch ein Barcode SDK sowie die Vermessungssoftware IC Measure.

www.theimagingsource.com

Anzeige

Die High-Power-LED-Strahler und mit externem Controller gesteuerte Beleuchtungen der Marke Lumimax sind mit neuen Schalteingängen ausgestattet. Die Verwendung von optoisolierten Schalteingängen vereinfacht das Ansteuern der Beleuchtung über die Programmierung der Kamera. Die Beleuchtung kann dadurch genau zum Zeitpunkt der Bildaufnahme lastfrei (High- oder Low-Side) über ein SPS (24VDC)-oder TTL (5VDC)-Signal geschaltet werden. Ein T-Adapterkabel ist die Verbindung zwischen Kamera und Beleuchtung. Über dieses ist die Beleuchtung direkt an die Kamera angeschlossen und ermöglicht das synchrone Schalten zur Bildaufnahme

www.iimag.de

Anzeige

Der eingebaute Mikro-Blitzcontroller der neuen LED-Ringlicht-Serie ermöglicht die Anpassung einer Vielzahl von Parametern, wie Pulslänge, Auslöseverhalten, Stromverstärkung und vieles mehr. Die Programmierung kann über RS232 erfolgen – später auch über Bluetooth und WLAN. Die Verstärkung lässt sich bis zum sechsfachen Nennstrom einstellen, so dass die acht 1W Oslon LEDs eine maximale Leistung von bis zu 46W erzielen. Der Controller überprüft die getroffenen Einstellungen und warnt, wenn der Strom für die Pulslänge / Zykluszeit hoch wird.

www.autovimation.com

Anzeige

Die Kameramodelle Eosens 25CXP+, 12CXP+ und 25CL+ besitzen einen Onsemi Python CMOS Sensor. Die hohe Lichtempfindlichkeit der Hochgeschwindigkeitskameras von 5,8V/Lux*s@550nm liefert auch bei schlechten Lichtverhältnissen verlässliche Bildinformationen. Die CXP+ Modelle verfügen über eine 4-Kanal CXP-6 CoaXPress V1.1-Schnittstelle. Die 25CXP + liefert 80fps bei einer Auflösung von 5.120×5.120 Pixeln. Die 12CXP+ bietet 165fps bei einer Auflösung von 4.096×3.072 Pixeln. Bei einer Auflösung von 1.024×768 Pixeln erhöht sich die Framerate auf bis zu 765fps.

www.mikrotron.de

Die Runtime 5.4.4 von Silicon Software unterstützt mit der Erweiterung des GenICam Explorers die Konfiguration von Action Commands für GigE Vision-Kameraschnittstellen und -Framegrabber. Der GenICam Explorer erkennt angeschlossene Kameras automatisch und ermöglicht den direkten Zugriff auf die GenICam Schnittstelle der Kamera. Über eine grafische Benutzeroberfläche lassen sich die Kameraverbindung, Link-Topologie sowie die Kamera selbst und die Framegrabber-Firmware konfigurieren und steuern sowie die Einstellungen speichern. Der GenICam Explorer ist neben GigE Vision auch für die Kameraschnittstellen CoaXPress und Camera Link HS erhältlich und für alle gängigen Kameramodelle einsetzbar.

www.silicon-software.de

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige