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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ganzkörperbildaufnahme- und Bildverarbeitungssystemen (Bildsystem) für Bilder des menschlichen Körpers zur Verlaufskontrolle des Hautbildes eines Menschen sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Systems.
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Hautkrebs, eine der häufigsten diagnostizierten Krebsarten, wird in erster Linie visuell diagnostiziert, beginnend mit einem ersten klinischen Screening und gefolgt möglicherweise durch die dermoskopische Analyse, eine Biopsie und histopathologische Untersuchung. Im Rahmen der Früherkennung von Hautkrebs insbesondere des malignen Melanoms hat sich die Dermatoskopie als nichtinvasives und einfaches Untersuchungsverfahren in der Dermatologie durchgesetzt. Hierbei wird die Haut mit einem Mikroskop unter Zuhilfenahme von Öl bis in tiefere Schichten betrachtet und somit die Darstellung tieferer Hautschichten - bis in die oberen Schichten der Dermis ermöglicht.
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Die Heilungschancen aller Hautkrebsarten hängen entscheidend von einer frühzeitigen Diagnosestellung ab. Für alle Hautkrebsarten gilt: je früher ein Tumor erkannt wird, desto höher sind die Heilungschancen. Die modernsten Methoden zur Früherkennung maligner Melanome sind die digitale Auflichtmikroskopie sowie die Analyse einzelner Naevi und des gesamten Hautbildes zum Aufzeigen neuer und veränderter Läsionen. Eine Kombination dieser Methoden dient dazu, Veränderungen pigmentierter Hautläsionen frühzeitig festzustellen und unnötige Exzisionen zu vermeiden.
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Die aktuelle Methode zur Früherkennung maligner Melanome ist die Überwachung verdächtiger Naevi im Zeitablauf mit Hilfe der digitalen Auflichtmikroskopie. Dabei werden mit einer speziellen Videokamera und Dermatoskopievorsatz Bilder in 20-70facher Vergrößerung gemacht dem Arzt angezeigt und in einer Datenbank abgespeichert. Durch die individuelle Verlaufskontrolle durch den Hautarzt können entstehende Melanome frühzeitig erkannt und in einem Stadium entfernt werden, in dem die Heilungschancen als hoch gelten. Durch den Vergleich von Wiederholungsaufnahmen in Abständen von drei bis sechs Monaten werden Veränderungen rechtzeitig diagnostiziert, um suspekte Läsionen gezielt zu exzidieren.
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Nicht alle Melanome entwickeln sich aus einem bestehenden Naevus, sondern entstehen de novo auf gesunder Haut. Das Auftreten neuer Herde im Erwachsenenalter bedarf deshalb besonderer Beobachtung. Die standardisierte Ganzkörper-Kartographie (Total Body Mapping) zur HautkrebsFrüherkennung sieht zusätzlich zur Dermatoskopie auch die fotografische Überwachung der gesamten Hautoberfläche vor. Bei den regelmäßigen Kontrollterminen werden die Vergleichsbilder im Hinblick auf neue und veränderte Befunde ausgewertet. Neu aufgefundene Läsionen werden dann dermtoskopisch untersucht und vom Arzt aufgrund typischer Gewebveränderungen, die mit dem bloßen Auge nicht erkennbar wären zur Differenzierung von Hauttumoren bewertet. Bei Patienten mit dysplastischem Naevussyndrom ist eine Überwachung des gesamten Hautbildes besonders schwierig. Deshalb gewinnt das Ganzkörperscreening im Sinne eines „Total Body Mapping“ (TBM) zunehmend an Bedeutung.
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Der aktuelle Stand der Technik weist Systeme zum TBM auf, bei denen der gesamte Körper des Patienten mittels einer Video- oder Digitalkamera gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Stativs vom Anwender manuell abfotografiert wird. Dieses Verfahren ist besonders zeitaufwändig, umständlich in der Handhabung sowie für die digitale Auswertung der erfassten Bilder bzw. der beim Patienten aufgefundenen Läsionen unzureichend, da aufgrund der anwenderspezifischen Vorgehensweise beim Fotografieren der Körperpartien des Patienten diese nicht, nicht vollständig oder mehrmals oder überlappend erfasst werden. Im Rahmen von Folgeuntersuchungen des Patienten wird das TBM dadurch erschwert, weil standardisierte Fotos nur unter großem Bemühen erstellt werden können und so ein Vergleich von Erst- und Folgeaufnahmen in der Regel nicht im erforderlichen Maß und Genauigkeit gewährleistet wird. Dieser Effekt wird bei mehreren Anwendern des Systems potenziert, so dass eine Standardisierung beim Aufnahmeprozess bei verschiedenen Anwendern nicht erreicht werden kann. Der Arzt kann daher den Aufnahmeprozess beim TBM nicht an mehrere Angestellte delegieren und muss zusätzlich einen hohen Schulungs- und Überprüfungsaufwand betreiben, um für eine TBM Diagnose qualitativ ausreichendes Bildmaterial zu bekommen.
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Aus
US2012/0206587 A1 ist eine Erfindung bekannt, die den Aufnahmeprozess durch Verwendung einer Vielzahl von Bildsensoren (Kameras) vereinfacht und den Zeitaufwand minimiert. Dieser Ansatz ist zum einem aufgrund der Vielzahl der eingesetzten Bildsensoren teuer, zum anderen nicht praxistauglich, da die Kalibrierung der Bildsensoren sehr aufwendig ist.
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Beim „Total Body Mapping“ (TBM) Systemen ist ferner als Stand der Technik die Standard-Fotografie mit sichtbarem Licht anzusehen, d.h. mittels einen Bildsensor (z.B. Kamera) sowie einer oder mehreren Fotoblitzeinheiten wird die Haut mit sichtbaren Licht beleuchtet und fotografiert. Durch diese Form der Beleuchtung werden jedoch Hautstrukturen nicht optimal sichtbar gemacht, Hautrötungen, Gefäßstrukturen und Färbungen treten in den Hintergrund.
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TBM Systeme nach dem bekannten Stand der Technik sehen primär eine Dokumentation des Ganzkörperstatus vor sowie bei Wiederholungsaufnahmen die Anzeige von neuen oder größenveränderten Läsionen vor, jedoch ist eine weitere Auswertung der Veränderung von Muttermalen bei Folgeaufnahmen bezüglich einer Hautkrebsfrüherkennung anhand der Makroaufnahmen unbekannt. Der Arzt muss folglich die aufgefundenen Läsionen einzeln dermatoskopisch betrachten und anhand des mikroskopischen Bildes wie oben ausgeführt bewerten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Systems vorzuschlagen, dass einerseits die fotografische Abbildung von Hautläsionen, insbesondere von Muttermalen, verbessert, sowie deren Veränderung im Rahmen einer Vergleichskontrolle anhand der makroskopischen Bilder der Haut über einen frei zu definierenden Zeitraum ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb eines Ganzkörperbildaufnahme- und Bildverarbeitungssystem, welches zumindest ein Abbildungssystem, eine Beleuchtungseinrichtung, eine Speichereinrichtung sowie Rechnereinrichtung umfassend eine Bildverarbeitungseinrichtung, eine Auswerteeinrichtung sowie eine Ausgabe- und Eingabeeinheit des Systems aufweist.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren wird es möglich, die Auswertung von Läsionen, insbesondere Muttermalen von der Erfassung des Untersuchungskörpers, also von der Erzeugung der digitalen Bilder bis zum Auswerten von Hautgewebeveränderungen anhand der makroskopischer Aufnahmen weitestgehend zu automatisieren und zudem hochgradig reproduzierbar zu machen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass geringfügig geschultes Personal in einer Arztpraxis wichtige Vorbereitungsschritte für die Hautsprechstunde durch den Arzt eigenständig durchführen kann und zum anderen eine mikroskopische Beurteilung der Läsionen durch den Arzt nur noch in Ausnahmefällen erforderlich ist. Dadurch wird der Zeitaufwand minimiert und zusätzlich die Detektionsquote von hautkrebsgefährdeten Läsionen durch den Arzt stark erhöht. Ferner wird die Erkennung von hautkrebsgefährdeten Läsionen durch die ergänzende Einbindung eines Convolutional neural network (CNN) bei der Bewertung der Läsionen weiter erhöht. Die zusätzliche systematische Erfassung von Bilddaten im CNN sowohl makroskopischer als auch mikroskopischer Bilder fördert das maschinelle Lernen und wird durch die automatisierten Prozesse des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung erst ermöglicht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen.
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Dabei zeigt:
- 1 ein schematisiertes Ablaufdiagramm eines Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ganzkörperbildaufnahme- und Bildverarbeitungssystems.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ganzkörperbildaufnahme- und Bildverarbeitungssystem (01) sowie einen Untersuchungskörper (09). Der Untersuchungskörper (09) wird mittels eines Abbildungssystems (02) in Form digitaler Bilder abgebildet, wobei das Abbildungssystem (02) eine Aufnahmeeinrichtung und eine Verstelleinrichtung (10) aufweist. Das Abbildungssystem (02) weist zudem eine Beleuchtungseinrichtung (03) sowie eine Filtereinrichtung (04) auf. Mittels der Verstelleinrichtung (10) kann die Aufnahmeeinrichtung in der Höhe verstellt werden. Die Verstelleinrichtung (10) kann dabei durch eine nicht abgebildete Steuereinrichtung gesteuert werden, die auch die Auslösung der Aufnahmeeinrichtung steuern kann. Die zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung (10) notwendigen Daten betreffend dem Untersuchungskörper (09) können beispielsweise in der Speichereinrichtung (05) hinterlegt sein, welche in der Recheneinrichtung (06) angeordnet ist. Alternativ können Daten betreffend dem Untersuchungskörper (09) auch mittels der Eingabeeinheit (08) eingegeben werden. Das erfindungsgemäße System weist eine Ausgabeeinheit (07) in Form eines Bildschirms auf sowie in der Recheneinrichtung (06) eine Bildverarbeitungseinrichtung und eine Auswerteeinrichtung auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Speichereinrichtung (05) und dem Abbildungssystem (02) eingerichtet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Schritte gemäß 1 vor:
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Zunächst erfolgt die Aufnahme digitaler Bilder eines Untersuchungskörpers (Patienten) anhand einer Mehrzahl vorgegebener Positionierungen des Untersuchungskörpers bezüglich des Abbildungssystems durch das Abbildungssystem unter Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht (S1). Dabei kann vorgesehen sein, dass die vom Abbildungssystem erzeugten Bilder des Untersuchungskörpers zur Speicherung an die Speichereinrichtung (S1a) übertragen werden. Soll der Ganzköperstatus eines Untersuchungskörpers ausgewertet werden, so werden in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Kombinationsbilder aus den für die einzelnen Körperbereiche gewonnenen (Teil-) Bildern des Untersuchungskörpers erstellt (S1b). Durch die Bildverarbeitungseinheit werden identische Bereiche in zumindest 2 Bildern identifiziert (S1c) und die Bilder im Anschluss an das Identifizieren identischer Bereiche derart zusammengefügt (S1d), dass die identifizierten Bereiche eine Überschneidung der ursprünglichen Bilder in den identifizierten Bereichen darstellt. Durch diese sogenannten Kombinationsbilder werden Duplikate der doppelt oder mehrfach abgebildeten Bereiche des Untersuchungskörpers entfernt. Dadurch wird sichergestellt, dass einerseits der gesamte Untersuchungskörper abgebildet wurde, doppelte Abbildungen des Untersuchungskörpers oder Teilen davon jedoch eliminiert werden und so das Auswerteergebnis nicht verfälschen können.
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In einem weiteren Verfahrensschritt (S2) erfolgt mittels der Bildverarbeitungseinrichtung die Identifizierung der Hautflächen des Untersuchungskörpers sowie der identifizierten Hautoberfläche in den Bildern bzw. Kombinationsbildern, die eine Läsion aufweisen. Die Detektion einer Läsion, insbesondere eines Muttermals erfolgt anhand Form und Farbe der Läsion. Ein Muttermal ist ein nahezu kreisförmiger Fleck, dessen Zentrum glatt und monochrom ist. Zudem sind Muttermale immer dunkler als die umliegende Hautregion, die eine begrenzte Farbpalette hat. Zur Identifizierung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein aufgenommenes Bild und/oder Kombinationsbild in ein binäres Bild überführt wird, d.h. das Farbbild wird in ein Graustufenbild umgewandelt (S2a). Melanoyzitäre Läsionen werden dadurch als schwarze Pixel angezeigt. Mittels Größenbestimmung (S2b) und Abgleich mit einem gegebenen Grenzwert (S2c) können auf diese Weise Muttermale von anderen Läsionen differenziert werden.
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In einem weiteren Schritt (S3) werden die aufgefundenen Läsionen durch die Recheneinrichtung auf der Ausgabeeinrichtung (z.B. Monitor) im Originalbild angezeigt. Dazu werden die Läsionen farblich durch einen Kreis oder durch eine andere augenfällige Markierung für den Anwender im Bild gekennzeichnet und so dem Anwender, insbesondere dem Arzt als besonders zu beachtenswerte Läsionen empfohlen.
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Handelt es sich bei den Bildern bzw. Kombinationsbildern um eine Wiederholungsaufnahme, also eine Aufnahme zur Verlaufskontrolle, so werden in einem weiteren Verfahrensschritt (S4) die Bilder bzw. Kombinationsbilder einer Wiederholungsaufnahme mit den Bildern bzw. Kombinationsbildern der Erstaufnahme des Untersuchungsköpers verglichen, in dem diese Bilder von der Bildverarbeitungseinrichtung von der Speichereinrichtung abgerufen (S4a) und entsprechend verarbeitet werden. Dazu werden konkret die unterschiedlichen Bilder der gleichen Positionierung des Untersuchungskörpers mittels der Bildverarbeitungseinrichtung verglichen (S4b). Dabei kann vorgesehen sein, dass die vom Abbildungssystem erzeugten Bilder des Untersuchungskörpers zur Speicherung an die Speichereinrichtung übertragen werden und die Recheneinrichtung, insbesondere die Bildverarbeitungseinrichtung auf den Inhalt der Speichereinrichtung zurückgreifen, also die mit dem Abbildungssystem erzeugten Bilder abrufen und entsprechend verarbeiten kann.
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Die Identifikation der Läsionen erfolgt gemäß folgendem Verfahrensschritt (S5). Der Untersuchungskörper wird in den Bildern der Erstaufnahme und der Folgeaufnahme von der Bildverarbeitungseinrichtung zunächst grob auszurichtet (S5a). Die mögliche Transformation des Untersuchungskörpers zwischen Erstaufnahme und der Folgeaufnahme wird als eine Kombination aus Translation, Rotation und Skalierung (ein vereinfachtes Perspektivenmodell) angenommen.
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Die Ausrichtung des Untersuchungskörpers beinhaltet die Suche nach einer Kombination aus Rotation, Skalierung und Translation, die die Differenz zwischen Erstaufnahme und der Folgeaufnahme minimiert. Der Unterschied zwischen zwei Bildern wird minimiert, wenn alle gleichen Läsionen auf den beiden Bildern dieselben Stellen (x, y) und Größen (r) haben.
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Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein aufgenommenes Bild und/oder Kombinationsbild in ein binäres Bild überführt wird, d.h. das Farbbild wird in ein Graustufenbild umgewandelt (S5b). Melanoyzitäre Läsionen werden dadurch als schwarze Pixel angezeigt. Dieses Binärbild wird nun als Distanzkarte verwendet, um das Binärbild der Folgeaufnahme auszuwerten. Als Ergebnis werden also in den Bildern bzw. Kombinationsbildern Pixel über ihre jeweilige Position bzw. Adressierung identifiziert (S5c), die Hautoberfläche bzw. Läsionen in den Bildern bzw. Kombinationsbildern abbilden.
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Die Detektion der Läsionen erfolgt durch Setzen bestimmter Grenzwerte in der Bildverarbeitungseinrichtung bezüglich Rand (S5d), Schärfung (S5e), Farbe (S5f) und Durchmesser (S5g) von Läsionen. Anschließend werden die Läsionen von der Bildverarbeitungseinrichtung markiert und dem Anwender über die Ausgabeeinrichtung angezeigt.
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In einem weiteren Verfahrensschritt (S6) werden die aufgefundenen Läsionen in der Widerholungsaufnahme mittels der Bildverarbeitungseinheit dahingehend ausgewertet, ob sich hinsichtlich der Randstruktur (S6a), Fläche (S6b) und Symmetrie (S6c) Veränderungen zu einer Referenzaufnahme, in der Regel eine ältere Aufnahme des Untersuchungskörpers ergeben haben. Dazu werden die Bilder segmentiert und durch die Anwendung verschiedener Filter Artefakte wie z.B. Haare entfernt, das an sich diffuse Bild der Haut geschärft, so dass Strukturen herausgearbeitet werden können. Durch eine farbliche Kontrastierung der Bilder wird eine Randerkennung unterstützt. Anschließend wird dann über an sich bekannte Bildverarbeitungsverfahren die Symmetrie der Läsion bestimmt sowie deren Größe. Bei der Bestimmung der Symmetrie wird die Hautveränderung mit Hilfe von zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen bewertet. Hierbei spielen neben der Kontur auch Strukturelemente und Farben innerhalb der Läsion eine Rolle. Zur Bestimmung der Randstruktur wird die Hautveränderung in acht gleich große Segmente eingeteilt. Jedes Segment wird auf einen abrupten Abbruch des Pigmentnetzes der Läsion analysiert. Für die Bestimmung des Farbwertes der Läsion werden sechs verschiedene Farbtöne unterschieden: weiß, rot, hell- bzw. dunkelbraun, blaugrau und schwarz. Anhand der ermittelten Werte kann ein Gesamtwert (Score) für die Hautläsion durch die Auswerteeinrichtung ermittelt (z.B. gemäß ABCD Regel, 3-point Checklist, 7point-list) und auf der Ausgabeeinheit angezeigt werden bzw. mit einer Referenzdatenbank abgeglichen werden.
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Jede einzelne aufgefundene Läsion im Referenzbild wird hinsichtlich der ermittelten Ergebnisse mit denen des aktuellen Bildes verglichen. Abweichungen werden von der Ausgabeeinheit angezeigt (S7) und so dem Anwender zur weiteren fachärztlichen Beurteilung nahegelegt.
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In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt (S8) werden die aufgefundenen Läsionen in ein sogenanntes Convolutional neural network (CNN) auf der Recheneinheit übergeben und dort hinsichtlich ihrer Malignität bewertet. Das CNN ist bereits mit einer Vielzahl von histologisch ausgewerteten Läsionen angelernt und kann so anhand mehrfach übereinander gelegten Filterfunktionen die Läsionen auswerten.
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In einem abschließenden Verfahrensschritt (S9) erfolgt die Ausgabe des Gesamtergebnisses und der Einzelergebnisse mittels einer Ausgabeeinheit.
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Weiter ist es besonders wünschenswert, wenn der Anwender das Ergebnis die Auswertung sofort visuell auf der Ausgebeinheit angezeigt bekommt und einzelne Läsionen gezielt in ihrer vollen Auflösung betrachten kann. Durch die Verwendung eines Bildsensors mit einer sehr hohen Auflösung (18 Megapixel oder höher) und der Tatsache, dass eine Abbildung eines Untersuchungskörpers aus Kombinationsbildern besteht, wobei jedes Teilbild des Kombinationsbild die hohe Auflösung von z.B. 18 Megapixel hat, können einzelne Teilbereiche des Untersuchungskörpers (z.B. Rücken, Brust, Beine) auf der Ausgabeeinheit in ihrer vollen Auflösung angezeigt werden. Nachdem für den Anwender im Rahmen der Läsionskontrolle nur der spezifische Ausschnitt des Bildes mit der Läsion von Interesse ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform nur dieser Teilbereich in seiner vollen digitalen Auflösung angezeigt werden. Durch diesen Darstellungswechsel wird die Läsion ohne Verlust an Bildqualität optisch vergrößert dargestellt. Ergänzend kann der Anwender dann mittels bekannter digitaler Zoom Funktionalität eine weitere stufenlose Vergrößerung abrufen. Durch die Verwendung von polarisiertem Licht bei der Bildaufnahme /Fotografie werden die Farbstrukturen der Haut besonders deutlich hervorgehoben. Der geschulte Anwender (Dermatologe) kann anhand dieser zusätzlichen Bildinformationen im Makrobild bereits eine Diagnose treffen, zumindest entscheiden, ob die Läsion weiter untersucht werden muss.
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Um das Verfahren über einen einzelnen Vorgang betreffend eines Untersuchungskörpers hinaus weitere Vorteile zu verleihen, ist es besonders wünschenswert, wenn die Ergebnisse der Bildauswertung in der Speichereinrichtung gespeichert werden. Dadurch ist es möglich, die Entwicklung einer Läsion zu dokumentieren und zu vergleichen.
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Des Weiteren ist es besonders wünschenswert, wenn die identifizierten Läsionen durch eine Eingabe an der Eingabeeinheit geändert und/oder entfernt und/oder zusätzliche identifizierte Läsionen festgelegt werden können. Dadurch kann beispielsweise eine Korrektur vorgenommen werden, in der beispielsweise die automatische Identifizierung der Läsion, wie sie von der Bildverarbeitungsvorrichtung vorgenommen wird, aufgrund von Lichtverhältnissen oder nicht identischer Positionierung des Untersuchungskörpers oder dergleichen nicht vollständig oder korrekt erfolgt. In einem solchen Fall kann ein Bediener des Systems bzw. Anwender des Verfahrens bei der Anzeige der Bilder auf der Ausgabeeinheit und in einer Anzeige der identifizierten Läsionen in den Bildern schnell und leicht die Regionen ausmachen, in denen die Identifizierung falsch, nicht vollständig oder gar nicht erfolgt ist und entsprechend mittels einer Eingabe über die Eingabeeinheit die Korrektur vornehmen. Damit wird ermöglicht, die Grenzen der automatischen Bildverarbeitung zu überwinden und trotzdem in den Genuss der Schnelligkeit der automatischen Bildverarbeitung zu kommen. Um den Anwender hierbei zu unterstützen, werden Läsionen unterschiedlich markiert. Die Markierung kann in einer Ausführungsform durch Kreise erfolgen, die sich farblich unterscheiden und aufgrund dieser Farbcodierung dem Anwender verständlich anzeigen, ob es sich hierbei um neu hinzugekommene Läsionen handelt oder um Läsionen, deren Parameter hinsichtlich Größe und/oder Symmetrie und/oder Randstruktur und oder Farbe sich über den Zeitlauf (Erstaufnahme - Wiederholungsaufnahme) verändert haben. Solche Läsionen, die in beiden Aufnahmen vorhanden sind, bei denen sich jedoch eine Veränderung im zeitlichen Verlauf ergeben hat, werden gesondert farblich markiert und somit dem Anwender besonders kenntlich gemacht.
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Um das Verfahren über einen einzelnen Vorgang betreffend eines Untersuchungskörpers hinaus weitere Vorteile zu verleihen, ist besonders wünschenswert, wenn die Läsionen nicht nur in Erst- und Wiederholungsaufnahme ausgewertet werden, sondern Aufnahmen beliebiger Aufnahmezeitpunkte gegeneinander ausgewertet werden können.
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Ergänzend können die Läsionen in ein sogenanntes Convolutional neural network (CNN) übergeben werden, welche die betroffene Läsion hinsichtlich ihrer Hautkrebsgefahr statistisch auswertet. CNN ist ein künstliches neuronales Netz, bei dem es sich um ein von biologischen Prozessen inspiriertes Konzept im Bereich des maschinellen Lernens handelt. Convolutional Neural Networks (CNN) finden bereits Anwendung in zahlreichen, modernen Technologien der künstlichen Intelligenz, vornehmlich bei der maschinellen Verarbeitung von Bild- oder Audiodaten. Vorteil eines CNN ist das fortgesetzte Lernen des CNN, sofern es mit weiteren Datensätzen ergänzt wird. Daher ist vorgesehen, dass der Anwender die makroskopischen Bilder gemeinsam mit seiner Bewertung oder mit den histologischen Befund in das CNN lädt und so das kontinuierliche Lernen des CNN unterstützt, weil die Sensitivität und Spezifität des CNN dadurch erhöht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Anwender neben dem makroskopischen Bild auch ein mikroskopische Aufnahme der Läsion in das CNN einpflegen, so dass der Datensatz Klinisches Bild- Detailbild- histologischer Befund Grundlage für das maschinelle Lernen darstellt. Aufgrund der automatischen Erkennung von Läsionen am Untersuchungskörper wird dieser Prozess stark unterstützt bzw. vereinfacht, weil die makroskopischen Bilder der Läsionen durch das System stets erstellt werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Ganzkörperbildaufnahme- und Bildverarbeitungssystem gelöst, welches ein Abbildungssystem zur Aufnahme digitaler Bilder eins Untersuchungskörpers anhand einer Mehrzahl vorgegebener Positionierungen des Untersuchungskörpers umfasst, wobei das Abbildungssystem zumindest eine Aufnahmeeinrichtung und eine automatische Verstelleinrichtung sowie eine Beleuchtungsquelle aufweist, die wahlweise linearpolarsiertes oder kreuzpolarisiertes Licht erzeugt. Weiter ist mit dem Abbildungssystem eine Speichereinrichtung verbunden, die zumindest zur Speicherung von digitalen Bildern ausgestaltet ist, eine Recheneinrichtung umfassend eine Bildverarbeitungseinrichtung und eine Auswerteieinrichtung sowie eine Ausgabeeinheit und eine Eingabeeinheit.
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Der erfindungsgemäße Charakter des Systems wird dadurch erreicht, dass die Bildverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in mit polarisiertem Licht erstellten makroskopischen Bilder des Untersuchungskörpers Läsionen sowohl in Erst- und Wiederholungsaufnahmen zu identifizieren, Veränderungen hinsichtlich Symmetrie, Farbe, Randstruktur und Größe zu ermitteln, den Grad der Abweichung zwischen Erst- und Wiederholungsaufnahme zu bestimmen und die makroskopischen Bilder ergänzend in einem künstlichen neuronalen Netzwerk auswerten zu lassen.
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Der erfindungsgemäße Charakter des Systems wird ferner durch die eingesetzte Lichtquelle als auch Lichtfiltertechnik ergänzt. Das Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen, die im Allgemeinen transversal sind, d.h. es kann in alle möglichen Richtungen bzw. Ebenen rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Um die in diesem Zusammenhang auftretende Blendeffekte als auch Schrägreflexionen bei der Fotografie zu unterdrücken sowie Bildkontraste signifikant zu verbessern, ist eine geeignete Filtereinrichtung - im Sinne eines Polarisationsfilters -in die Aufnahmeeinrichtung integriert, um bestimmte Wellenlängen des Lichts zu absorbieren. Schwingt das Licht nur in einer Ebene, nennt man es polarisiert. Unpolarisiertes Licht lässt sich demgegenüber als Überlagerung mehrerer polarisierter Teilwellen auffassen. Durch einen Polarisationsfilter kann man daraus linear polarisiertes Licht ausfiltern, indem nur Wellen einer Schwingungsrichtung des Feldvektors durchgelassen werden. Man unterscheidet zwischen linearen und zirkularen Polarisationsfiltern, je nach Art der Polarisation des austretenden Lichts. Beim linearen Polarisationsfilter ist das austretende Licht immer Licht einer bestimmten Polarisation, es schwingt also in genau einer Ebene und wird linear polarisiertes Licht genannt. Bei zirkularen Polarisationsfiltern wird das linear polarisierte Licht anschließend noch in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Dies wird erreicht, indem das Licht nach der linearen Polarisation durch ein sogenanntes λ/4-Plättchen gesendet wird, welches für verschieden polarisiertes Licht unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten aufweist. Die optische Achse des λ/4-Plättchens muss hierzu um 45° gegen die Polarisationsrichtung des linearen Polarisationsfilters gedreht werden. Das nun zirkular polarisierte Licht hat gegenüber dem linear polarisierten Licht den technischen Vorteil, dass keine Schwingungsrichtung bevorzugt wird und sich somit in der weiteren Verarbeitung keine Abhängigkeiten von der ausgewählten Polarisationsrichtung mehr zeigen.
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Um dem Ganzkörperbildaufnahme- und Bildverarbeitungssystem weitere Vorteile zu verleihen, ist die Filtereinrichtung (Analysator) in der Aufnahmeeinheit steckbar ausgeführt, so dass es dem Anwender optional ermöglicht wird, sowohl mit normalen Licht, d.h. mit dem kompletten Spektralbereich des Lichts ausgeleuchtete Bilder als auch Aufnahmen mit linear- oder kreuzpolarisiertem Licht des Untersuchungskörpers zu erstellen und somit den Einsatzbereich des Systems insgesamt zu erweitern. Bei Polarisationsaufnahmen treten Rötungen der Haut besser in Erscheinung. Dies ist insofern von Bedeutung, da bei der Bewertung von Muttermalen gemäß dermatoskopischen Regeln (z. B. ABCD-Regeln) vor allem Farbveränderungen wichtige Kriterien bei der Beurteilung der Malignität von Läsionen darstellen.
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Damit die Epilumineszenz der Haut angeregt und eine Einsicht in tiefere Hautschichten ermöglicht wird, wird der Untersuchungskörper mit einer besonders starken Lichtquelle beleuchtet. Dies zumal auch deshalb, da die Aufnahmeeinheit einerseits eine Grundbeleuchtung zum Fokussieren benötigt, andererseits Polarisationsfilter aufgrund der Kreuzpolarisation die einfallende Lichtmenge erheblich verringern. Da der Untersuchungskörper in einem Abstand von etwa 100 bis 120 cm zur Aufnahmeeinheit positioniert werden muss, um den Körperbereich vollständig abzubilden, muss unter Berücksichtigung der Transmissionswerte der Polarisationsfilter bei Kreuzpolarisation und des Abstandes zur Aufnahmeeinheit die Lichtquelle entsprechend stark dimensioniert werden, da ein Polarisationsfilter die einfallende Lichtmenge um etwa zwei Blenden verringert. Dieser Effekt wird durch den Abstand zwischen Aufnahmeeinheit und Untersuchungskörper zusätzlich verstärkt. Aufgrund der Tatsache, dass die Aufnahme des gesamten Untersuchungskörpers eine Serie von Aufnahmen erfordert, sind klassische Fotoblitze ungeeignet. Dies zumal auch deshalb, da diese der hohen Belastung - Aufladung und Entladung - infolge der schnellen Abfolge der Aufnahmen nicht standhalten.
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Zu diesem Zwecke geeignete Lichtquellen sind High-Power-LEDs (Light-Emitting Diodes). LEDs sind Punktstrahler, deren Lichtemission sich auf eine Fläche von nur 1 mm2 konzentriert. Das führt dazu, dass sie punktförmig eine hohe Leuchtdichte haben, die am besten durch einen vorgesetzten Diffusor verteilt wird. Die Vorteile von High-Power-LEDs gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln liegen in der platzsparenden Bauweise und der enormen Lichtausbeute, die Spitzenwerte von 250 Lumen pro Watt erreicht. Bei der Helligkeit der Power-LED unterscheidet man zwischen High Brightness und Ultra High Brightness. Letztere erreichen Helligkeitswerte von über 4.000 Lumen bei einer Farbtemperatur von 6.500 K. Neben der deutlich besseren Lichtausbeute überzeugen High-Power-LEDs mit einer wesentlich höheren Lebensdauer von über 50.000 Betriebsstunden.
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Vor der Beleuchtungseinheit wird der Polarisator angebracht. Dies kann dadurch erfolgen, dass entsprechend vergütete Glas- oder Plexiglasabdeckungen an den Lichtaustrittsöffnungen der Beleuchtungseinheit angebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0206587 A1 [0007]
