Endoskopie mit Panoramablick

  • 06. November 2014

Software vom Fraunhofer-IIS setzt aus Schlüs­sel­loch-Auf­nah­men ein Pa­no­rama zu­sammen.

Schmerzt das Wasserlassen oder befindet sich Blut im Urin, könnte das auf ein Blasen­karzinom hindeuten. Klarheit verschafft eine Untersuchung mit dem Endoskop: Durch die Harnröhre führt der Arzt ein starres oder flexibles Endoskop mit einer daran befindlichen Kamera in die Blase des Patienten ein und untersucht das Gewebe auf Veränderungen. Während solche minimal­invasiven Untersuchungen für den Patienten sehr schonend verlaufen, bergen sie für den Arzt Heraus­forderungen: Er sieht jeweils nur den winzigen Ausschnitt des Organs, den die Kamera gerade einfängt. Benötigt der Mediziner Informationen über das Umfeld, muss er die Kamera schwenken und das Gesehene gedanklich zusammensetzen. Zudem ist es für ihn schwierig, zu beurteilen, ob er alle Bereiche der Blasenwand untersucht hat.

Die Software errechnet aus endoskopisch aufgenommenen Bildern der Blaseninnenwand eine Panoramaansicht. Optional lässt sich auch dargestellen, welchen Weg der Arzt mit dem Endoskop genommen hat (graue Linie; Bild: Fh.-IIS)

Abb.: Die Software errechnet aus endo­skopisch aufgenommenen Bildern der Blasen­innen­wand eine Panorama­ansicht. Optional lässt sich auch darstellen, welchen Weg der Arzt mit dem Endoskop genommen hat (graue Linie; Bild: Fh.-IIS)

„Die Software Endorama, die wir entwickelt haben, setzt alle Aufnahmen zu einem Gesamtbild zusammen – und das fast in Echtzeit“, sagt Thomas Wittenberg, Gruppenleiter und leitender Wissen­schaftler am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen. In Zukunft könnte der Arzt den gesamten untersuchten Bereich der Blase auf einen Blick sehen. Das Bild, das die Kamera aktuell aufnimmt, zeigt die Software jeweils in der Mitte des Bildschirms an. Weist das Panorama an einer Stelle ein „Loch“ auf, weiß der Arzt, dass er die Blasenwand dort noch nicht untersucht hat. Auch für die Dokumentation bietet Endorama Vorteile: Statt einer einzelnen Aufnahme kann der Mediziner das Panorama­bild in die Patientenakte heften, denn dieses enthält die gesamten Untersuchungs­ergebnisse und dokumentiert zudem, dass die Blase lückenlos untersucht wurde.

Um ein solches Panorama zu erstellen, nimmt die Kamera am Endoskop etwa 25 Bilder pro Sekunde auf, die sich jeweils überlappen. Die Software sucht nach markanten Punkten in den Aufnahmen und setzt sie anhand dieser Strukturen zu einer Gesamt­ansicht zusammen. Während Panorama­bilder bei herkömmlichen Fotos Usus sind und sich beispielsweise über Apps auf dem Smartphone erstellen lassen, bergen sie bei Endoskopie­aufnahmen Heraus­forderungen: Die Bilder sind in der Regel optisch stark verzerrt, besitzen eine niedrige Auflösung und auch der Bildkontrast ist durch die ungleichmäßige Beleuchtung vergleichsweise gering. Zudem sind die Strukturen in der Blase schwach ausgeprägt – es ist daher schwierig, markante Punkte zu finden, anhand derer die über­lappenden Aufnahmen zusammengesetzt werden können. Endorama ermöglicht dies: In einem ersten Schritt rechnet die Software die optischen Verzerrungen heraus und gleicht die Schatten aus, die durch die inhomogene Beleuchtung entstehen. Verschiedene Rechen­prozesse setzen die Bilder zusammen: Während ein Prozess nach geeigneten Bild­merkmalen sucht, etwa Gefäß­strukturen auf der Blasenwand, ordnet ein anderer die Bilder zueinander passend an. Dabei berücksichtigen die Verfahren auch die komplexe Geometrie der Blase.

Erste Testläufe hat Endorama bereits erfolgreich bestanden: Die Forscher überprüften die Software zunächst an einem Phantom­aufbau – einer zehn Zentimeter großen Kunststoff­kugel, an deren Innenseite die Gefäß­struktur der Blase nachgebildet wurde. Auch Videosequenzen, die bei regulären Blasen­unter­suchungen aufgenommen wurden, fügten die Wissenschaftler zu Panoramen zusammen. In etwa zwei bis drei Jahren, so schätzt Wittenberg, könnte Endorama auf den Markt kommen. Auch Versionen für die Nasen­neben­höhlen, den Bauchraum, den Darm und den Kehlkopf sind möglich.

Vom 12. bis 15. November stellen Forscher des Fraunhofer IIS das Forschungs­projekt auf der Medizin­technik­messe MEDICA in Düsseldorf vor (Halle 10, Stand G05).

FhG / OD

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