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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung der Haut eines Probanden, insbesondere im Rahmen einer Hautkrebs-Vorsorgeuntersuchung oder einer Hautkrebs-Therapie.
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Hinsichtlich der Häufigkeit von Hautkrebs-Erkrankungen ist in jüngerer Zeit ein deutlicher Anstieg festzustellen. Ursache hierfür ist insbesondere der Trend, sich vermehrt intensiver Sonnenbestrahlung auszusetzen. Die häufigste tödlich verlaufende Hauterkrankung ist das so genannte Maligne Melanom, das z. B. im mitteleuropäischen Raum mit einer Inzidenz von etwa 12/100000 Einwohner/Jahr auftritt (MMW-Fortschritte der Medizin, Nr. 6, 2003, Seite 36/60).
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Bei einer frühzeitigen Diagnose der Hauterkrankung und einer sofort eingeleiteten Therapie, die in der Regel die chirurgische Entfernung des erkrankten Gewebes umfasst, bestehen gute Heilungsaussichten. Problematisch ist jedoch die frühzeitige Erkennung der Erkrankung.
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Bisher wird eine Untersuchung der Haut auf Hautkrebs meistens als Sichtprüfung unter Zuhilfenahme einer Lupe durchgeführt. Dabei analysiert der Hautarzt Abweichungen der Haut, wie z. B. Pigmentflecken. Diese werden gewöhnlich auf Asymmetrie, Begrenzung, Colorit und Durchmesser hin überprüft. Eine unregelmäßig und unscharf begrenzte Hautabweichung mit gemischter Pigmentierung und anametisch beobachteter Wachstumstendenz ist hochverdächtig auf Malignität, d. h. Bösartigkeit.
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Eine Untersuchungsmethode mit größerer Trennschärfe, d. h. verbesserter diagnostischer Aussagekraft, ist die Auflichtmikroskopie. Mit einem Auflichtmikroskop ist insbesondere eine für eine Diagnose eines Hautkrebsbefundes besonders wichtige Untersuchung der Dermis, d. h. der Unterhaut, möglich. Herkömmliche Auflichtmikroskope sind jedoch für eine schnelle und effiziente Hautkrebsuntersuchung nur eingeschränkt einsetzbar. So erfordert der Einsatz eines herkömmlichen Auflichtmikroskops häufig die Auftragung eines Immersionsöls zwischen der untersuchten Haut und der Optik des Auflichtmikroskops. Diese Technik ist jedoch insbesondere in der klinischen Anwendung problematisch, zumal Lufteinschlüsse im Immersionsöl kaum zu vermeiden sind. Solche Lufteinschlüsse können die Diagnose erschweren und insbesondere zu einer Verfälschung des Analyseergebnisses führen.
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Zwar sind, z. B. aus der
EP 0 794 731 B1 , digitale, mit Polarisationsfiltern ausgerüstete Auflichtmikroskope bekannt, die ohne Immersionsöl eingesetzt werden. Bei längerem Einsatz eines solchen Auflichtmikroskops kommt es jedoch infolge der verwendeten Auflichtquellen häufig zu einer thermischen Belastung des Hautgewebes. Außerdem weist ein digitales Auflichtmikroskop in der Regel eine nur vergleichsweise geringe Ortsauflösung, insbesondere in tiefer liegenden Schichten der Dermis auf. Gerade aber eine gute Ortsauflösung von tiefer liegenden Hautschichten ist für die Diagnose von Hautkrebs und die Vorbereitung eines chirurgischen Eingriffs von großer Wichtigkeit.
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Eine vergleichsweise neue Technik, die eine gute Ortsauflösung tiefer liegender Hautschichten aufweist, ist die so genannte Optische Kohärenz-Tomographie (optic coherence tomography – OCT). Die Funktionsweise der OCT ähnelt einem bildgebenden Ultraschalluntersuchungsverfahren (B-Mode), wie es insbesondere im medizinischen Bereich häufig eingesetzt wird. Jedoch werden bei der OCT Lichtwellen anstelle von Ultraschallwellen eingesetzt. Der Analysator einer OCT-Vorrichtung basiert auf dem Grundprinzip eines Michelson-Interferometers. Auf OCT beruhende Verfahren sind beispielsweise in der
US 5 921 926 A beschrieben.
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Ein Nachteil der OCT liegt in dem stark begrenzten Sichtfeld dieser Technik. OCT ist aus diesem Grund nicht zur Untersuchung einer größeren Hautfläche geeignet.
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Aus der
EP 0 815 801 B1 ist ferner ein Operationsmikroskop mit integrierter OCT-Einrichtung bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vor dem vorstehend beschriebenen Hintergrund verbesserte Vorrichtung zur Untersuchung der Haut anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Danach integriert die Vorrichtung eine Auflichtmikroskopie-Einrichtung sowie eine Optische Kohärenz-Tomographie-Einrichtung. Beide Einrichtungen greifen dabei auf eine gemeinsame Steuereinheit zurück.
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Die integrierte Vorrichtung bewirkt eine wesentliche Handhabungsvereinfachung für den untersuchenden Arzt. Dies liegt zum einen darin, dass die Handhabung beider Untersuchungsmethoden infolge der gemeinsamen Steuereinheit vereinheitlicht ist. Zum anderen bietet die gemeinsame Steuereinheit auf einfache Weise eine einfache Möglichkeit, die von beiden Untersuchungsmethoden erzeugten Daten zur gemeinsamen Analyse oder Archivierung zusammenzuführen, einander zu überlagern oder in sonstiger Weise synergetisch zu nutzen. Die Integrierung von Auflichtmikroskopie und OCT in einer gemeinsamen Vorrichtung bietet ferner gegenüber zwei Einzelgeräten einen erheblichen Kostenvorteil.
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Die Vorrichtung ist mit einem ersten Handgriff-Applikator als Teil der Auflichtmikroskopie-Einrichtung versehen, der mit einer mikroskopischen Optik, mindestens einer Auflichtquelle und Mitteln zur Übertragung eines auflichtmikroskopischen Bildes an eine Bildverarbeitungseinheit ausgestattet ist. Der Handgriff-Applikator ist hinsichtlich seiner äußeren Form insbesondere stiftartig oder pistolenartig ausgebildet, um dem untersuchenden Arzt eine einfache Handhabung zu ermöglichen. Die Mittel zur Übertragung des auflichtmikroskopischen Bildes umfassen bevorzugt einen im Handgriff-Applikator angeordneten digitalen Bilddetektor, z. B. eine CCD-Kamera sowie eine elektronische Datenleitung, über welche die Bilddaten elektronisch von dem Bilddetektor an die Bildverarbeitungseinheit übertragen werden. Die Bildverarbeitungseinheit dient hierbei zur Aufbereitung der Bilddaten im Hinblick auf Kontrast, Schärfe etc. sowie gegebenenfalls zur Umwandlung der Bilddaten in ein einfach handhabbares Datenformat.
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Alternativ können die im Handgriff-Applikator erzeugten Bilder jedoch auch in analoger Form, z. B. durch ein Glasfaserkabel, an die Bildverarbeitungseinheit übermittelt werden. In diesem Fall findet die Umwandlung der analogen Bilder in digitale Bilddaten in der Bildverarbeitungseinheit statt.
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Die Kohärenz-Tomographie-Einrichtung umfasst einen zweiten Handgriff-Applikator, dessen Applikationsende mittels eines Lichtleiters, z. B. einem Glasfaserkabel, mit einer Generator/Analysator-Einheit verbunden ist. Die Generator/Analysator-Einheit umfasst eine Lichtquelle für Kohärenzlicht, insbesondere einen Laser, sowie ein Interferometer, das insbesondere nach Art eines Michelson-Interferometers ausgebildet ist.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Steuereinheit ein Bildauswertungsmodul, das zur quantitativen Auswertung von Bilddaten, insbesondere zur Mustererkennung sowie zur geometrischen und farblichen Analyse des Bildes oder einzelner Muster ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind das auflichtmikroskopische Bild und bedarfsweise auch die Kohärenz-Tomographische Aufnahme mittels des Bildauswertungsmoduls analysierbar.
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Im Betrieb der Vorrichtung wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels Auflichtmikroskopie ein digitales Bild einer auffälligen Hautstelle aufgenommen und mit elektronischen Mitteln im Hinblick auf Indizien eines Krankheitsbefundes, insbesondere Hautkrebs, analysiert. Abhängig von dem Ergebnis dieser Analyse wird die Hautstelle dann als verdächtig, d. h.
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potenziell krankhaft, oder als unbedenklich eingestuft. Bei einer als verdächtig eingestuften Hautstelle wird im Anschluss eine Aufnahme mittels Optischer Kohärenz-Tomographie erhoben. Der Begriff „Aufnahme” umfasst zunächst einen ein Beugungsmuster beinhaltenden Datensatz, wobei das Beugungsmuster durch interferente Überlagerung eines durch das Hautgewebe rückgestreuten Kohärenzlichtstrahls mit einem Referenzlichtstrahl erzeugt wird. Der Begriff „Aufnahme” umfasst des Weiteren ein Bild der aufgenommenen Hautstelle, das mittels im Rahmen der OCT gängiger mathematischer Methoden aus dem Beugungsmuster erstellt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die an sich bekannten Techniken der Auflichtmikroskopie und der OCT derart miteinander kombiniert, dass die Vorteile der jeweiligen Untersuchungsmethode genützt werden, deren Nachteile aber ausgeglichen sind. Indem die mit einem vergleichsweise großen Bildausschnitt ausgestattete Auflichtmikroskopie als eine Art Voruntersuchung verwendet wird, kann auch eine größere Hautstelle in zufriedenstellend kurzer Zeit untersucht werden. Die vergleichsweise geringe Ortsauflösung der Auflichtmikroskopie ist hierbei nicht von Nachteil, zumal durch den nachfolgenden Verfahrensschritt der OCT im Verdachtsfall eine hervorragende Ortsauflösung von bis zu 10 μm bei einer Eindringtiefe von 1 bis 3 mm in die untersuchte Haut gewährleistet ist. Auch die thermische Belastung der Haut infolge der auflichtmikroskopischen Untersuchung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf ein akzeptables Maß reduziert, zumal durch Auflichtmikroskopie die Haut nur vergleichsweise schnell „gescannt” wird, und somit die einzelne Hautstelle nur kurzzeitig dem Auflicht ausgesetzt ist.
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Um Flüchtigkeitsfehler oder dergleichen wirksam zu verhindern, ist das durch die Vorrichtung ausgeführte Verfahren im Hinblick auf die Voreinstufung der untersuchten Hautstellen automatisiert. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass das auflichtmikroskopische Bild in digitaler Form erhoben, und mit Mitteln der elektronischen Bildverarbeitung nach Maßgabe mindestens einer vorgegebenen Auswahlregel im Hinblick auf Indizien für den Krankheitsbefund analysiert wird. Solche Auswahlregeln schließen insbesondere die Untersuchung der Größe, Form und Pigmentierung, d. h. Hautfärbung, einer verdächtigen Hautstelle und deren Bewertung nach Maßgabe vorgegebener Schwellwerte ein. Verdächtige Hautstellen werden somit automatisch erkannt und angezeigt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in schematischer Draufsicht eine Vorrichtung zur Untersuchung der Haut eines Probanden mit einer Auflichtmikroskopie-Einrichtung und einer Optischen Kohärenz-Tomographie-Einrichtung,
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2 in schematischer Darstellung einen Handgriff-Applikator der Auflichtmikroskopie-Einrichtung gemäß 1,
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3 in Darstellung gemäß 2 einen Handgriff-Applikator der Kohärenz-Tomographie-Einrichtung gemäß 1 und
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4 in einem schematischen Schaltbild die Vorrichtung gemäß 1.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst eine Auflichtmikroskopie-Einrichtung 2 sowie eine Optische Kohärenz-Tomographie-Einrichtung, nachfolgend als OCT-Einrichtung 3 abgekürzt, die in einem gemeinsamen Gehäuse 4 integriert sind. Das Gehäuse 4 ist bevorzugt auf Rollen 5 mobil verfahrbar gelagert. Es umfasst des Weiteren eine für beide Einrichtungen 2 und 3 gemeinsame Steuereinheit 6 (in der Darstellung gemäß 1 in dem Gehäuse 4 verborgen), die insbesondere eine Datenverarbeitungsanlage umfasst. Die Auflichtmikroskopie-Einrichtung 2 und die OCT-Einrichtung 3 sind jeweils mit einem Handgriff-Applikator 7 bzw. 8 ausgestattet.
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Jeder Handgriff-Applikator 7, 8 ist – wie aus den 2 und 3 erkennbar – pistolenartig ausgebildet, um von einem untersuchenden Arzt einfach handhabbar zu sein, und über einen jeweils zugehörigen Versorgungsschlauch 9 bzw. 10 mit dem Gehäuse 4 verbunden.
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Das Gehäuse 4 trägt weiterhin Ein-/Ausgabemittel 11 zur Bedienung der Steuereinheit 6. Diese Ein-/Ausgabemittel 11 umfassen insbesondere einen Bildschirm 12, eine Tastatur 13 sowie ein nicht-alphanumerisches Eingabegerät 14, wie z. B. einen Trackball, eine Maus, einen Joystick oder dergleichen.
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Der in 2 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigte Handgriff-Applikator 7 der Auflichtmikroskopie-Einrichtung 2 enthält einen auf ein Applikationsende 20 hin ausgerichteten digitalen Bilddetektor 21 mit einer diesem vorgeschalteten mikroskopischen Optik 22. Der Handgriff-Applikator 7 enthält weiterhin mindestens eine als Halogenlampe ausgebildete Lichtquelle 23 zur Ausleuchtung einer dem Applikationsende 20 vorgelagerten Fläche mit Auflicht L. Außerdem trägt der Handgriff-Applikator 7 mehrere Bedienelemente 24, insbesondere in Form von Tasten oder dergleichen, mit denen z. B. die Aufnahme eines auflichtmikroskopischen Bildes B auslösbar ist. Der Bilddetektor 21, die Optik 22, die Lichtquelle 23 und die Bedienelemente 24 sind über Signalleitungen 25, die geschützt im Inneren des Versorgungsschlauches 9 dem Gehäuse 4 zugeführt sind, zum Zweck der Ansteuerung mit einem Schnittstellenmodul 26 (4) verbunden. Das Schnittstellenmodul 26 enthält eine Bildverarbeitungseinheit 27 zur Aufbereitung des oder der Bilder B. Zur digitalen Übermittlung des auflichtmikroskopischen Bildes B ist der Bilddetektor 21 über eine Bilddatenleitung 28 mit der Bildverarbeitungseinheit 27 verbunden.
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Der in 3 gezeigte Handgriff-Applikator 8 der OCT-Einrichtung 3 enthält einen Lichtleiter 30, insbesondere ein Glasfaserkabel, der das Applikationsende 31 des Handgriff-Applikators 8 mit einer (innerhalb des Gehäuses 4 angeordneten) Generator/Analysator-Einheit 32 verbindet. Das Applikationsende 31 ist mit einer Austrittsoptik 33 versehen, so dass zur Erzeugung einer Kohärenz-Tomographischen Aufnahme B' über den Lichtleiter 30 von der Generator/Analysator-Einheit 32 erzeugtes Kohärenzlicht K durch das Applikationsende 31 des Handgriff-Applikators 8 emittiert und rückgestreutes Kohärenzlicht K mit dem Applikationsende 31 aufgefangen und der Generator/Analysator-Einheit 32 zur Analyse zugeleitet werden kann. Die Generator/Analysatoreinheit 32 enthält (nicht näher dargestellt) eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, zur Erzeugung des Kohärenzlichts K sowie ein Interferometer zur Analyse des zurückgestreuten Kohärenzlichts K.
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Der Handgriff-Applikator 8 umfasst des Weiteren, ähnlich wie der Handgriff-Applikator 7 Bedienelemente 34 zur Steuerung des Verfahrens. Die Bedienelemente 34 sind über Signalleitungen 35, die in dem Versorgungsschlauch 10 geführt sind, mit einem im Gehäuse 4 angeordneten Schnittstellenmodul 36 verbunden, das die Generator/Analysatoreinheit 32 enthält.
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Beide Handgriff-Applikatoren 7 und 8 sind aus hygienischen Gründen mit je einer auswechselbaren transparenten Kappe 37 versehen, die auf das jeweilige Applikationsende 20 bzw. 31 aufgesetzt ist.
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Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist in 4 in einem vereinfachten Funktionsschaltbild schematisch dargestellt. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass die Auflichtmikroskopie-Einrichtung 2 und die OCT-Einrichtung 3 an einen Datenbus 40 der Steuereinheit 6 angeschlossen sind. Über diesen Datenbus 40 werden die Auflichtmikroskopie-Einrichtung 2 und die Kohärenz-Tomographie-Einrichtung 3 von einer Systemsteuerung 41 angesteuert.
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An den Datenbus 40 sind weiterhin eine Bildauswertungseinheit 42 zur Analyse des auflichtmikroskopischen Bildes B und der Kohärenz-Tomographischen Aufnahme B', sowie die Ein-/Ausgabemittel 11 mit dem Bildschirm 12, der Tastatur 13 und dem Eingabegerät 14 angeschlossen. Die Steuereinheit 6 umfasst weiterhin eine Schnittstelle 43 zur Kommunikation mit einem externen Datennetz 44, insbesondere dem Internet.
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Die Bildauswerteeinheit 42 arbeitet im Rahmen einer elektronischen Mustererkennung nach Maßgabe einer Anzahl von Auswahlregeln A, die der Bildauswertungseinheit 42 aus einem Regelspeicher 45 vorgegeben werden. Zum Abspeichern von Bilddaten ist die Bildauswertungseinheit 42 mit einem Bild- und Datenspeicher 46 und einem CD-Schreibe-Lesegerät 47 verbunden.
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Im Vorfeld der Verfahrensdurchführung werden zunächst auffällige Hautstellen eines Probanden per Sichtprüfung ermittelt. Bei einer solchen auffälligen Hautstelle kann es sich beispielsweise um einen Pigmentfleck oder dergleichen handeln. Wird eine auffällige Hautstelle gefunden, so setzt der untersuchende Arzt den Handgriff-Applikator 7 der Auflichtmikroskopie-Einrichtung 2 mit dem Applikationsende 20 auf die auffällige Hautstelle des Probanden auf und löst durch Betätigung der Bedienelemente 24 die Aufnahme eines auflichtmikroskopischen Bildes B durch den Bilddetektor 21 aus. Während der Aufnahme wird die Hautstelle mittels der Lichtquelle 23 hell ausgeleuchtet.
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Das auflichtmikroskopische Bild B oder gegebenenfalls eine Serie solcher Bilder werden der Bildverarbeitungseinheit 27 zugeleitet und dort in Bezug auf Schärfe und Kontrast aufbereitet. Gegebenenfalls können mehrere, mittels des Handgriff-Appplikators 7 aufgenommene Einzelbilder „puzzleartig” in der Bildverarbeitungseinheit 27 zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Das aufbereitete Bild B wird der Bildauswertungseinheit 42 zugeführt und dort quantitativ analysiert. Die Bildauswertungseinheit 42 ist mit Mitteln der elektronischen Mustererkennung ausgestattet, unter Zuhilfenahme derer sie auffällige Hautstellen, wie Pigmentflecken etc. erkennt. Die Bildauswertungseinheit 42 untersucht hierauf geometrische und farbliche Eigenschaften der verdächtigen Hautstelle und bewertet diese Information anhand von vorgegebenen Auswahlregeln A im Hinblick auf einen möglichen Krankheitsbefund. So wird beispielsweise ein Hautmal als verdächtig eingestuft, wenn sein Durchmesser oder seine Asymmetrie einen vorgegebenen Schwellwert übersteigen. Des Weiteren kann ein Hautmal als verdächtig eingestuft werden, wenn seine Randlinie als unregelmäßig erkannt wird oder eine gemischte Pigmentierung vorliegt. Das Bild B wird anschließend oder gleichzeitig am Bildschirm 12 angezeigt. Zusätzlich gibt die Bildauswertungseinheit 42 das Ergebnis der quantitativen Analyse aus. Insbesondere wird eine Warnmeldung ausgegeben, wenn eine verdächtige Hautstelle in dem Bild B erkannt wird.
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Durch die Warnmeldung wird der untersuchende Arzt unterstützend auf einen möglichen Krankheitsbefund aufmerksam gemacht.
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Verfahrensgemäß ist nun vorgesehen, einen solchermaßen Krankheitsbefund durch OCT zu verifizieren oder zu falsifizieren. Hierzu setzt der untersuchende Arzt den Handgriff-Applikator 8 mit dessen Applikationsende 31 auf die als verdächtig eingestufte Hautstelle auf und startet durch Betätigung der Bedienelemente 34 eine OCT-Untersuchung.
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Im Zuge dieser Untersuchung wird durch die Generator/Analysator-Einheit 32 Kohärenzlicht K, insbesondere Laserlicht, erzeugt und über den Lichtleiter 30 und die Austrittsoptik 33 in die Haut des Probanden eingestrahlt. Die Austrittsoptik 33 sammelt zurückgestreutes Kohärenzlicht K auf und führt dieses über den Lichtleiter 30 in die Generator/Analysator-Einheit 32 zurück. In der Generator/Analysator-Einheit 32 wird das rückgestreute Kohärenzlicht K interferometrisch analysiert. Ähnlich wie bei einem bildgebenden Ultraschallverfahren lässt sich durch Analyse des Kohärenzlichts K ein als Aufnahme 8' bezeichnetes Bild der Dermis des Probanden erzeugen, das eine hervorragende Ortsauflösung von etwa 10 μm bis in eine Eindringtiefe von 1 bis 3 mm in das Hautgewebe aufweist. Die Kohärenz-Tomographische Aufnahme B' wird wiederum am Bildschirm 12 angezeigt und in der Bildauswertungseinheit 42 quantitativ ausgewertet. Anhand der Aufnahme B' und des Ergebnisses der quantitativen Analyse kann der untersuchende Arzt mit großer Sicherheit entscheiden, ob eine auffällige Hautstelle tumorartiges Gewebe enthält.
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Die Daten der Bilder B und B' werden abschließend in dem Bilddatenspeicher 46 gespeichert oder mittels des Schreib/Lesegeräts 47 auf CDrom gebrannt. Über die Schnittstelle 43 ist auch eine externe Archivierung der Bilder B, B' möglich.
