-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Untersuchung der Haut
eines Probanden, insbesondere im Rahmen einer Hautkrebs-Vorsorgeuntersuchung
oder einer Hautkrebstherapie. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren
auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
-
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 12/100.000 Einwohner/Jahr auftritt (Fortschritte
der Medizin, Nr. 6, 2003).
-
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.
-
Bisher
wird in aller Regel prophylaktisch eine Erstuntersuchung der Haut
von einem Hautarzt vorgenommen. Diese Erstuntersuchung wird üblicherweise
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 hoch verdächtig auf
Malignität,
d. h. Bösartigkeit.
Erst wenn bei der Erstuntersuchung eine solche verdächtige Hautstelle
gefunden wird, so wird diese zumeist unter Verwendung von Untersuchungs methoden
mit größerer Trennschärfe (z.
B. Auf licht-Mikroskopie) einer näheren Analyse unterzogen.
-
Zur
Früherkennung
von Hautkrebs ist es somit von entscheidender Bedeutung, dass verdächtige Hautstellen
bei der Erstuntersuchung sicher erkannt werden. Dies ist bislang
kritisch, zumal ein Malignes Melanom im Frühstadium vergleichsweise unauffällig ist
und die Qualität
der Erstuntersuchung daher stark von der Gründlichkeit und Ausdauer, mit
der der Hautarzt die verdächtigen
Hautstellen aufspürt,
abhängt.
Die herkömmliche
Erstuntersuchung muss zudem von einem erfahrenen Arzt durchgeführt werden und
ist vergleichsweise zeitaufwändig.
Eine effiziente Hautkrebs-Früherkennung
ist daher insbesondere in Ländern
mit großer
Flächenausdehnung
und vergleichsweise geringer Arztdichte problematisch und mit hohen
Kosten verbunden.
-
Aus
der
US 5,369,527 ist
ein Hilfsmittel bekannt, das auch nicht-erfahrenem Personal eine
Voruntersuchung auf Hautkrebs ermöglichen soll. Das Hilfsmittel
besteht aus einer transparenten, flexiblen Platte, in welcher zusätzlich zu
einer Lupe Markierungen eingebracht sind, mit denen der Durchmesser und
die Asymmetrie eines Hautmals bestimmbar ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Untersuchung von Haut anzugeben, mit welchen eine besonderes
effiziente Früherkennung
von Hautkrankheiten, insbesondere Hautkrebs, ermöglicht ist. Der Erfindung liegt
weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des Verfahrens besonders
geeignete Vorrichtung anzugeben.
-
Bezüglich des
Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1. Bezüglich
der zugehörigen
Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
14.
-
Danach
ist im Rahmen der das Verfahren durchführenden Vorrichtung ein Kameraelement
vorgesehen, mit welchem ein Bild eines Hautbereichs eines zu untersuchenden
Probanden aufgenommen wird. Das Bild wird einer Bildauswertungseinheit
zugeführt
und dort mit Mitteln der elektronischen Mustererkennung auf das
Vorkommen von Hautmalen hin untersucht. Jedes aufgefundene Hautmal
wird nach Maßgabe
vorgegebener Auswahlregeln als verdächtig, d. h. potenziell krankhaft,
oder unbedenklich eingestuft. Wird durch die Bildauswertungseinheit
ein verdächtiges
Hautmal erkannt, so wird dessen Ort auf der Haut des Probanden bestimmt.
Dieser Ort wird durch geeignete Mittel angezeigt, so dass im Bedarfsfall
zielgerichtet eine weitere tiefergehende Untersuchung des Hautmals
erfolgen kann.
-
Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin,
dass es die Erstuntersuchung auf das Vorliegen einer Hautkrankheit,
insbesondere Hautkrebs, weitestgehend automatisiert. Dies führt zu einer
drastischen Verminderung des für die
Untersuchung erforderlichen Zeitaufwands. Des Weiteren ist das Risiko
einer fehlerhaften Nichterkennung einer krankhaften Hautstelle infolge
eines Flüchtigkeitsfehlers
oder mangelnder Erfahrung ausgeschlossen. Die Erstuntersuchung erfordert
deshalb nicht die Anwesenheit eines Arztes. Vielmehr kann sie durch
medizinisches Assistenzpersonal vorgenommen werden. Dies ermöglicht insbesondere eine
wirksame und vergleichsweise preisgünstige Hautkrebsvorsorge, die
insbesondere auch in Regionen mit großer Flächenausdehnung sowie geringer ärztlicher
Dichte vorteilhaft einsetzbar ist.
-
Für eine besonders
effektive Früherkennung krankhafter
Hautstellen ist vorgesehen, dass große Teile, insbesondere die
gesamte Haut des Probanden „gescannt", d. h. rasterartig
abgetastet wird. Hierfür
ist das Kameraelement gegenüber
der Haut des Probanden verfahrbar angebracht. Die vorstehende Formulierung
ist als relative Angabe zu verstehen, schließt also auch Ausführungen
ein, bei denen das Kameraelement gegenüber einem raumfesten Laborkoordinatensystem
ortsfest angeordnet ist, und der Proband gegenüber dem Laborkoordinatensystem,
und damit gegenüber
dem Kameraelement bewegt wird. Desgleichen können auch mehrere bewegliche
und/oder unbewegliche Kameraelemente vorgesehen sein, die jeweils
verschiedene Regionen der Hautfläche
abdecken. Im Zuge der Verfahrensdurchführung werden in unterschiedlichen
Kamerastellungen Bilder verschiedener Hautbereiche aufgenommen,
die zusammen insbesondere ein Gesamtbild der Haut des Probanden
ergeben.
-
Zum
Zweck einer effektiven Analyse wird das Bild eines Hautbereiches
zunächst
auf das Vorkommen von Hautmalen (oder Hautflecken) untersucht. Als
Hautmal wird hierbei eine zusammenhängende Hautfläche, die
sich hinsichtlich ihrer Pigmentierung, d. h. Hautfarbe, von dem übrigen Hautbereich
signifikant abhebt, erkannt. Anschließend werden geometrische und
farbliche Eigenschaften des Hautmals bestimmt. Durch Überprüfung dieser
Eigenschaften anhand einer oder mehrerer vorgegebener Auswahlregeln
wird dann das Hautmal als verdächtig
oder unbedenklich eingestuft. Das Hautmal wird insbesondere dann
als verdächtig
eingestuft, wenn sein Durchmesser, seine Asymmetrie, die Variation
seiner Pigmentierung und/oder wenn die Unregelmäßigkeit seiner Randlinie einen
jeweils vorgegebenen zugehörigen
Grenzwert überschreitet.
-
Bevorzugt
wird jede der vier vorstehend angegebenen Auswahlregeln abgeprüft, wobei
das untersuchte Hautmal bereits dann als verdächtig eingestuft wird, wenn
eine beliebige Auswahlregel erfüllt ist.
Bedarfsweise können,
davon abweichend, aber auch nur einzelne oder eine Unterkombination
der vorstehend genannten Auswahlregeln, ggf. in Kombination mit
weiteren, nicht explizit genannten Auswahlregeln abgeprüft werden.
Des Weiteren wäre denkbar,
dass bedarfsweise ein Hautmal nur dann als verdächtig eingestuft wird, wenn
in vorgegebener Kombination mehrere Auswahlregeln gleichzeitig erfüllt sind.
-
Wird
ein Hautmal als verdächtig
eingestuft, so wird das Bild des betreffenden Hautbereiches zweckmäßigerweise,
z. B. auf einem Bildschirm, angezeigt. Darüber hinaus ist es jedoch auch
sinnvoll, den Ort des Hautmals auf der Haut des Probanden direkt
anzuzeigen. Hierfür
ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Lichtquelle
vorgesehen, mittels welcher ein Lichtstrahl auf den Ort des verdächtigten
Hautmals projizierbar ist. Die Lichtquelle ist zweckmäßigerweise
Bestandteil einer auch das Kameraelement beinhaltenden Scan-Einheit,
die über
der Haut des Probanden verfahrbar ist.
-
Um
eine Fehlinterpretation eines Bildes durch Schattenbildung etc.
zu vermeiden, wird der aufzunehmende Hautbereich während der
Aufnahme bevorzugt gleichmäßig ausgeleuchtet.
Hierzu ist dem Kameraelement wiederum eine Lichtquelle zugeordnet.
Zur Vereinfachung der Vorrichtung ist es vorteilhaft, dieselbe Lichtquelle
gleichzeitig zur Ausleuchtung des Hautbereiches während der
Aufnahme und zur Anzeige verdächtiger
Hautmale heranzuziehen.
-
Ein
generelles Problem einer jeden Hautuntersuchung besteht darin, ein
einmal als verdächtig identifiziertes
Hautmal auf der Haut des Probanden zweifelsfrei wiederzufinden,
zumal der Ort des Hautmals, bezogen auf ein raumfestes Labor-Koordinatensystem,
mit der Bewegung des Probanden naturgemäß einer gewissen ständigen Veränderung
unterworfen ist. Dieses Problem stellt sich in verstärktem Maße bei einem
automatisierten Untersuchungsverfahren, bei dem nicht auf die Intuition
und das Erinnerungsvermögen
eines untersuchenden Menschen zurückgegriffen werden kann.
-
Um
die Wiederauffindung einer Hautstelle sicherzustellen, ist daher
eine Ausbildung der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft,
in der eine Positioniereinrichtung vorgesehen ist, die den Körper des
Probanden, und damit jeden Hautbereich, in einer vorgegebenen Untersuchungsposition
fixiert. Diese Positioniereinrichtung umfasst zweckmäßigerweise
Stüt zen
oder Griffe, die den Körper
des Probanden an bestimmten Stellen berühren. Die Positioniereinrichtung
kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch
Farb- oder Lichtmarkierungen umfassen, auf die der Proband beispielsweise
Hände und
Füße legt oder
dgl.
-
Zusätzlich oder
alternativ ist als weiteres Mittel zum Ortsabgleich zwischen dem
Bild eines Hautbereichs und dem tatsächlichen Hautbereich vorgesehen,
dass mindestens eine markante Hautstruktur als Positionsmarkierung
bestimmt wird. Als Hautstruktur können beliebige Körpermerkmale
dienen, die an der Körperoberfläche sichtbar
sind, z. B. Nase, Mund, Augen, Nägel,
Gelenke, Bauchnabel, Brustwarzen sowie die erkannten Hautmale selbst.
Indem die Hautstrukturen bestimmt werden, wird aus den aufgenommenen
Bildern eine unverwechselbare und individualtypische „Landkarte" der Haut des Probanden
erstellt, anhand welcher eine einmal bestimmte Hautstelle auch automatisiert
jederzeit wieder auffindbar ist, auch wenn sich der Proband zwischen
der ersten Aufnahme und der Wiederansteuerung des betreffenden Hautbereichs
bewegt hat. Die Aufzeichnung von Hautstrukturen als Positionsmarkierung wird
vorzugsweise auch herangezogen, um Bilder benachbarter Hautbereiche
richtig aneinander anzusetzen. Hierzu ist es sinnvoll, wenn sich
Bilder benachbarter Hautbereiche in ihrem Randbereich überlappen.
-
Während der
vorstehend beschriebene Grundtypus der Erfindung auf einer gewöhnlichen
fotografischen Aufnahme der Haut beruht, wird in einer Weiterentwicklung
der Erfindung die optische Wirkung der Haut gezielt durch Verabreichung
eines fluoreszierenden Kontrastmittels verändert. Der Einsatz eines solchen
Kontrastmittels zur Erkennung eines Tumors ist an sich bekannt und
beispielsweise in der
DE
101 09 539 A1 beschrieben. Die Wirkung solcher Untersuchungsverfahren
beruht darauf, dass sich das Kontrastmittel aufgrund des beschleunigten Stoffwechsels
im tumorartigen Gewebe verstärkt
anreichert. Wird das befallene Gewebe nun nach Verabreichung des
Kontrastmittels mit einem geeigneten Anregungslicht bestrahlt, so
strahlt das in dem Tumor angereicherte Kontrastmittel Fluoreszenzlicht
aus. Das tumorartige Gewebe hebt sich dadurch von dem gesunden Gewebe
leuchtend ab. Eine zur Ausnutzung des Fluoreszenzeffekts vorteilhaft
weiterentwickelte Vorrichtung umfasst eine Anregungslichtquelle,
die insbesondere durch eine Laserdiode realisiert ist. Zur Erhöhung der
Sensitivität
des Verfahrens gegenüber
dem abgestrahlten Fluoreszenzlicht wird dem Kameraelement hierbei
bevorzugt ein für
die Wellenlänge
des ausgestrahlten Fluoreszenzlichts sensitiver Filter vorgeschaltet.
-
Um
je nach Bedarf mit verschiedenen Kontrastmitteln arbeiten zu können, sind
bevorzugt mehrere hinsichtlich der ausgestrahlten bzw. transmittierten
Wellenlänge
verschiedene Anregungslichtquellen und Fluoreszenzfilter wählbar. Diese
Auswahl erfolgt bevorzugt automatisch. Das Bedienpersonal muss in
diesem Fall lediglich die Bezeichnung des verwendeten Kontrastmittels
eingeben oder – noch weiter
vereinfacht – über einen
Strichcode einlesen etc.
-
In
einer weiteren Fortführung
des Erfindungsgedankens ist die Anwendung des Verfahrens nicht auf
eine Einmal-Untersuchung beschränkt.
Vielmehr ist hierbei vorgesehen, durch mehrfache, zeitlich versetzte
Hautuntersuchung anhand der Veränderung
identifizierter Hautmale, gutartige von bösartigen Hautmalen zu trennen
oder die Entwicklung eines bereits identifizierten Melanoms, z.
B. therapiebegleitend, zu beobachten. Zu diesem Zweck wird ein zu
einem früheren
Zeitpunkt aufgenommenes Bild eines Hautbereichs als Referenzbild
hinterlegt. Dieses Referenzbild wird mit einem aktuellen, d. h.
zu einem späteren
Zeitpunkt aufgenommenen Bild des gleichen Hautbereichs verglichen.
Werden mehrere Bilder verschiedener Hautbereiche aufgenommen, wird
zu jedem aktuellen Bild auf ein entsprechendes Referenzbild zurückgegriffen.
Hierbei werden die innerhalb des Hautbereichs identifizierten Hautmale auf
ihre zeitliche Änderung
hin untersucht. Hautmale mit signifikanter zeitlicher Änderung
werden wiederum auf dem Bildschirm und gegebenenfalls am Körper des
Probanden angezeigt.
-
Der
Vergleich des Bildes mit dem zugehörigen Referenzbild erfolgt
vorteilhafterweise dadurch, dass ein Differenzbild erstellt wird,
in welchem die Änderung
der beiden Bilder hervorgehoben ist.
-
Zumal
zwei mit zeitlichem Abstand zueinander aufgenommene Bilder der Haut
des Probanden in aller Regel aufgrund der Bewegung des Probanden bezüglich der
Aufnahmevorrichtung nicht exakt denselben Hautbereich wiedergeben,
ist es sinnvoll, zur Erhöhung
der Genauigkeit des Differenzbildes das aktuelle Bild und das Referenzbild
zunächst
gegeneinander zu justieren. Diese Justierung wird bevorzugt vorgenommen,
indem Hautstrukturen und/oder Hautmale, die sowohl in dem aktuellen
Bild als auch in dem Referenzbild als Positionsmarkierungen bestimmbar
sind, durch Verschiebung der beiden Bilder gegeneinander in Deckung
gebracht werden. Von den derart zueinander justierten Bildern wird
anschließend
das Differenzbild erzeugt.
-
Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in
schematischer Draufsicht eine Vorrichtung zur Untersuchung der Haut
eines Probanden, mit mehreren, über
der Hautfläche
des Probanden verfahrbaren Scan-Einheiten,
-
2 in
einem schematischen Blockschaltbild die Vorrichtung gemäß 1,
-
3 in
schematischer Schnittdarstellung eine Scan-Einheit der Vorrichtung
gemäß 1 während der
Aufnahme eines Bildes eines Hautbereiches des Probanden,
-
4 in
Darstellung gemäß 3 die Scan-Einheit
bei der Anzeige eines als verdächtig eingestuften
Hautmals,
-
5 in
schematischer Darstellung das mittels der Vorrichtung gemäß 1 aufgenommene Bild
eines Hautbereichs,
-
6 in
vergrößerter Detailansicht
VI gemäß 5 das
Bild eines verdächtigen
Hautmals,
-
7 in
einer Darstellung gemäß 2 eine alternative
Ausführung
der Vorrichtung,
-
8 in
Darstellung gemäß 3 eine Scan-Einheit
der Vorrichtung gemäß 7 während der
Aufnahme eines Bildes eines Hautbereichs unter Bestrahlung des Hautbereichs
mit fluoreszenzerzeugendem Anregungslicht,
-
9 in
einer Darstellung gemäß 2 eine weitere
Ausführungsform
der Vorrichtung und
-
10 in
schematischer Darstellung die Erstellung eines Differenzbildes eines
Hautbereichs durch Überlagerung
eines aktuellen Bildes mit einem zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommenen
Referenzbild.
-
Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die
in 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Untersuchung
der Haut 2 eines Probanden 3 umfasst ein Stativ 4.
Das Stativ 4 umfasst zwei Seitenwände 5a und 5b (je
nach Ausführung
auch Seitenstreben, etc.) sowie eine zwischen den Seitenwänden 5a, 5b angeordnete
Bodenplatte 6. Die einander zugekehrten Seiten der Seitenwände 5a und 5b sowie
die Bodenplatte 6 tragen eine Anzahl von Scan-Einheiten 7, im
Einzelnen mit 7a bis 7f bezeichnet, zur fotografischen
Abbildung der Haut 2. Die Seitenwände 5a, 5b tragen
weiterhin eine Positioniereinrichtung 8, die den Probanden 3 zwischen
den Seitenwänden 5a und 5b in
einer vorgegebenen Untersuchungsposition fixiert. Die Positioniereinrichtung 8 umfasst
Stützen 9a bis 9c,
die den Probanden im Bereich des Rückens 10, des Bauchs 11 bzw.
des Kopfes 12 berühren.
Zwei weitere Stützen 9d (von
denen in der Darstellung gemäß 1 nur
eine sichtbar ist) sind als Griffe ausgebildet, die über Kopf
des Probanden 3 angeordnet sind und die der Proband 3 unter
Streckung der Arme 13 umfasst. Die Positioniereinrichtung 8 umfasst
weiterhin eine auf die Bodenplatte 6 aufgebrachte Markierung 14,
auf welche der Proband 3 in der Untersuchungsposition die
Füße 15 aufsetzt.
-
Jede
Seitenwand 5a und 5b trägt je eine Scan-Einheit 7a bzw. 7b,
die in Kopf-Fuß-Richtung des
Probanden 3 verfahrbar ist, so dass mittels der Scan-Einheit 7a die
rückenseitige
Haut 2, und mittels der Scan-Einheit 7b die bauchseitige
Haut 2 des Probanden 3 aufnehmbar ist. Zur Aufnahme
der seitlichen Hautbereiche dienen zwei weitere Scan-Einheiten 7c,
die ausgehend von der Seitenwand 5b rechts bzw. links des
Probanden 3 abragen, und von denen in 1 wiederum
nur eine sichtbar ist. Weitere Scan-Einheiten 7d, 7e und 7f dienen
zur Aufnahme der (dem Kopf 12 zugewandten) Haut der Armaußenflächen, der
Schulter und der seitlichen Bereiche des Kopfes 12 bzw.
der Beininnenflächen
bzw. der Fußsohle.
Durch die Scan-Einheiten 7a bis 7f ist somit die
gesamte Hautfläche
des Probanden 3 abtastbar.
-
Die
Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine (insbesondere als
Rechner ausgeführte)
Steuereinheit 16, die über
eine Datenleitung 17 mit dem Stativ 4 verbunden
ist und mit einer Ein-/Ausgabeeinheit 18 (die
z. B. einen Bildschirm, eine Tastatur und eine Maus umfasst) versehen
ist. Die Steuereinheit 16 ist ferner an ein externes Datenübertragungsnetz 19, insbesondere
das Internet, angeschlossen.
-
Der
innere Aufbau der Vorrichtung 1 ist in 2 in
einem schematischen Blockschaltbild dargestellt. Hieraus, wie ebenfalls
aus den 3 und 4, ist erkennbar,
dass jede Scan-Einheit 7 ein Kameraelement 20 sowie
eine oder mehrere, insbesondere durch Leuchtdioden realisierte Lichtquellen 21 enthält. Das
Kameraelement 20, das insbesondere als CCD-Platte ausgebildet
ist, und die Lichtquellen 21 sind über ein Interface 22,
d. h. eine Schnittstelle, mit der Steuereinheit 16 verbunden.
Das Interface 22 steuert das Kameraelement 20 und
die Lichtquellen 21 an und empfängt die von dem Kameraelement 20 in
Form digitaler Bilddaten erzeugten Bilder B. Das Interface 22 wird
selbst von einer Systemsteuerung 23 angesteuert, die als
Softwaremodul der Steuereinheit 16 ausgebildet ist. Das
Interface 22 ist weiterhin zur Ausgabe der Bilder B mit
einer Bildvorbearbeitungseinheit 24 verbunden, die zur
Aufbereitung der über
das Interface 22 übertragenen
Bilder, insbesondere zum Signal- und Helligkeitsausgleich, sowie
zur Bildverarbeitung und Bildzwischenspeicherung in Echtzeit dient.
Die Bildvorbearbeitungseinheit ist wiederum verbunden mit einem
Datenbus 25 der Steuereinheit 16.
-
Die
Systemsteuerung 23 steuert des Weiteren eine Antriebsregelung 26 an.
Die Antriebsregelung 26 steuert wiederum einen Antrieb 27 zur
Verfahrung der Scan-Einheit 7. Der Antrieb 27 wirkt
auf die Scan-Einheit 7 über
eine schematisch angedeutete mechanische Kopplung 28 ein.
-
Die
Antriebsregelung 26 steuert einen weiteren Antrieb 29 an,
mittels welchem die Stützen 9a bis 9d automatisch
verstellbar sind.
-
Die
Vorrichtung 1 verfügt
des Weiteren über eine
Bildauswertungseinheit 30, in welcher die von der Bildvorbearbeitungseinheit 24 aufbereiteten
Bilder B analysiert werden. Die Bildauswertungseinheit 30 arbeitet
hierbei im Rahmen einer elektronischen Mustererkennung nach Maßgabe einer
Anzahl von Auswahlregeln A, die der Bildauswertungseinheit 30 von
einem Regelspeicher 31 vorgegeben werden.
-
Die
Ein-/Ausgabeeinheit 18 umfasst, wie aus 2 erkennbar,
ein Anzeigemodul 32, insbesondere einen Bildschirm, sowie
mindestens ein Eingabemodul 33, insbesondere eine Tastatur,
eine Maus, etc. Die Kommunikation der Steuereinheit 16 mit
dem Datenübertragungsnetz 19 erfolgt über ein
entsprechendes Interface 34.
-
Der
Ablauf des Verfahrens ist in den 3 und 4 näher beschrieben.
Darin ist eine über
der Haut 2 des Probanden 3 positionierte Scan-Einheit 7 in
einer ersten Stellung S dargestellt, die das Kameraelement 20 sowie
die zwei Lichtquellen 21 beinhaltet. Mittels der Lichtquellen 21 wird
ein der Scan-Einheit 7 gegenüberliegender, im Bildausschnitt
des Kameraelements 20 befindlicher Hautbereich 35 der Haut 2 mit
vorzugsweise weißem
Licht ausgeleuchtet. Es wird nun mittels des Kameraelements 20 das digitale
Bild B des Hautbereiches 35 aufgenommen und dem Interface 22 (2)
zugeleitet und in der Steuereinheit 16 auf nachfolgend
näher beschriebene
Weise auf das Vorkommen verdächtiger
Hautmale hin untersucht.
-
Die
Scan-Einheit 7 wird dann in Richtung des Pfeils 36 in
eine nachfolgende Stellung S' verschoben,
in der ein Bild B' (5)
eines benachbarten Hautbereiches aufgenommen wird. Auf diese Weise wird
mittels der Scan-Einheiten 7a bis 7f die gesamte Haut 2 fotografisch
abgelichtet.
-
Wird
innerhalb des Hautbereiches 35 ein Hautmal, wie es schematisch
in den 3 und 4 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 37a gekennzeichnet
ist, gefunden und durch die Bildauswertungseinheit 30 als
verdächtig
eingestuft, so wird dessen Ort auf der Haut 2 bestimmt.
Die Scan-Einheit 7 wird in Anschluss an den Scan Vorgang
wieder in die dem Hautbereich 35 zugeordnete Stellung S gefahren
und das verdächtige
Hautmal 37a durch einen von einer oder mehreren der Lichtquellen 21 erzeugten
und auf die Haut 2 projizierten Lichtstrahl visuell angezeigt.
Gleichzeitig kann ein gegebenenfalls vergrößertes Bild des Hautmals 37a auf
dem Anzeigemodul 32 angezeigt werden. Genauso gut ist es
jedoch auch möglich,
das Bild des Hautmals 37a über das Datenübertragungsnetz 19 an
einen beliebigen entfernten Ort zu übertragen. Dies ermöglicht eine präzise Ferndiagnose
von Hautkrebs und ist daher von besonderem Vorteil in Regionen mit
großer
Flächenausdehnung
und vergleichsweise geringer Dichte an erfahrenen Fachärzten.
-
Die 5 und 6 zeigen
schematisch vereinfacht das Prinzip der von der Bildauswertungseinheit 30 vorgenommenen
Bildauswertung. 5 zeigt dabei das Bild B des
Hautbereiches 35 sowie, gestrichelt angedeutet, vier Bilder
B' benachbarter Hautbereiche.
Wie aus 5 hervorgeht, sind die Bilder
B und B' derart
aufgenommen, dass sie sich in ihren Randbereichen überlappen.
Dadurch ist anhand eines Mustervergleichs die zweifelsfreie räumliche
Zuordnung der Hautbereiche benachbarter Bilder B, B' möglich, so
dass ein Hautmal auch dann zweifelsfrei erkannt wird, wenn es sich über mehrere benachbarte
Bilder B, B' erstreckt.
Bedarfsweise kann durch Zusammenfügung benachbarter (Einzel-)Bilder
B, B' ein Gesamtbild
der Haut 2 des Probanden 3 erstellt werden.
-
Im
Zuge der verfahrensgemäßen Identifikation
krankhafter Hautstellen ist zunächst
die Erkennung von Hautmalen 37a und 38a, 38b erforderlich. Die
erkannten Hautmale 37a, 38a, 38b werden
anschließend
in „verdächtige", d. h. potenziell
bösartige Hautmale 37a und „unbedenkliche" Hautmale 38a, 38b eingestuft.
-
Die
Erkennung von Hautmalen 37a und 38a, 38b als
solche erfolgt durch Untersuchung der Pigmentierung, d. h. der Hautfärbung. Als
Hautmal 37a, 38a, 38b wird dabei jede
zusammenhängende
Hautfläche
erkannt, deren Pigmentierung signifikant, d. h. um mehr als einen
vorgegebenen Toleranzbereich, von der Grundfarbe der Haut 2 abweicht.
Die Grundfarbe der Haut 2 kann beispielsweise durch Mittelwertbildung über den
Farbwert aller Bildpunkte des Bilds B (bzw. B') ermittelt werden. Der Bildauswertungseinheit 30 sind
bevorzugt Regeln vorgegeben, mittels welchen Hautmale 37a, 38a, 38b von
anderen markanten Hautstrukturen wie Mund, Nase, Augen, Fingernägeln, Bauchnabel,
Brustwarzen, etc., die sich im Bild B ebenfalls durch ihre Farbschattierung von
der Grundfarbe der Haut 2 abheben, unterschieden werden
können.
Diese Diskriminierung zwischen Hautmalen 37a, 38a, 38b einerseits
und anderen Hautstrukturen 39 erfolgt bevorzugt durch Mustervergleich
mit hinterlegten typischen Mustern typischer Hautstrukturen. Den
als Muster hinterlegten Hautstrukturen 39 ist bevorzugt
weiterhin eine örtliche Präferenz vorgegeben.
Mit anderen Worten „weiß" die Bildauswertungseinheit 30,
dass mit dem Auftreten einer bestimmten Hautstruktur 39 in
der Umgebung eines bestimmten Hautbereichs 35 mit erhöhter Wahrscheinlichkeit
zu rechnen ist. Ist beispielsweise der in 5 dargestellte
Hautbereich 35 dem unteren Teil des Bauchs 11 des
Probanden 3 zuzuordnen, so wird die Bildauswertungseinheit 30 die
Hautstruktur 39 mit hoher Wahrscheinlichkeit dem Bauchnabel des
Probanden 3 zuordnen und diese Grundannahme anhand eines
Mustervergleichs plausibilisieren. Bevorzugt wird zusammen mit den
Bildern B und B' der
Ort erkannter Hautmale 37a, 38a, 38b und
Hautstrukturen 39 als Positionsmarkierung hinterlegt. Es wird
damit sozusagen eine „Landkarte" der Haut 2 des
Probanden 3 erstellt. Anhand dieser „Landkarte" wird der Vorrichtung 1 ermöglicht,
einen einmal gescannten Hautbereich 35 auch dann wiederzufinden, wenn
sich der Proband 3 aus seiner ursprünglichen Untersuchungsposition
wegbewegt hat.
-
Die
Einstufung der erkannten Hautmale 37a und 38a, 38b erfolgt
anhand einer näheren
Betrachtung der Form und Pigmentierung jedes Hautmals 37a und 38a, 38b.
Es werden hierzu der Durchmesser d und die Asymmetrie a des Hautmals 37a, 38a, 38b sowie
die Unregelmäßigkeit
u seiner Randlinie R und die Variation v seiner Pigmentierung bestimmt.
-
Zur
Verdeutlichung einer möglichen
Ausführung
dieses Verfahrens ist das Hautmal 37a in 6 vergrößert dargestellt.
Aus der Darstellung geht hervor, dass der Durchmesser d definierbar
ist als der Durchmesser des Kreises 40, in welchen das
Hautmal 37a gerade mathematisch einbeschrieben ist.
-
Die
Größen a, u
und v sind aus darstellungstechnischen Gründen nicht direkt bildlich
dargestellt. Eine geeignete Definition für die Asymmetrie a ergibt sich
jedoch durch die Formel a = a2/a1. Dabei steht a1 für die kurze
Achse und a2 für
die lange Achse einer Ellipse 41, in die das Hautmal 37a gerade
einbeschrieben ist. Zweckmäßigerweise
ist die Ellipse 41 dabei gegenüber dem Hautmal 37a derart
zu verdrehen, dass der Quotient a2/a1 maximal wird.
-
Die
Unregelmäßigkeit
u ist in geeigneter Weise z. B. als die Länge der Randlinie R, normiert auf
die Länge
der Umrisslinie der Ellipse 41 zu definieren. Der Betrag
der Unregelmäßigkeit
u fällt
dabei um so größer aus,
je mehr die Form des Hautmals 37a von der regelmäßigen Ellipsenform
abweicht.
-
Die
Variation v der Pigmentierung ist beispielsweise durch die Standardabweichung
der Farbwerte aller zu dem Hautmal 37a zugehörigen Bildpunkte
des Bilds B bestimmbar.
-
Die
vorstehend genannten Definitionen bieten eine einfache Möglichkeit,
die geometrischen und farblichen Eigenschaften des Hautmals 37a in
einem automatisierten Verfahren zu ermitteln. Alternativ dazu sind
jedoch auch eine Vielzahl weiterer Beziehungen zur Definition der
Größen d, a,
u und v oder ähnlicher
Größen zur
geometrischen und farblichen Charakterisierung von Hautmalen denkbar.
-
Zur
Einstufung des Hautmals 37a in „verdächtig" oder „unbedenklich" werden die Größen d, a,
u, v nach Maßgabe
der vorgegebenen Auswahlregeln A mit jeweils zugehörigen Grenzwerten
verglichen. So wird das Hautmal 37a als verdächtig einge stuft,
wenn sein Durchmesser d einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt,
wenn seine Asymmetrie a einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt,
wenn die Unregelmäßigkeit
u der Randlinie R einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder wenn
die Variation v der Pigmentierung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
-
Während die
in 2 abgebildete Vorrichtung eine einfache automatisierte
Sichtprüfung
der Haut 2 des Probanden 3 durchführt, kann
mit einer in 7 abgebildeten Weiterentwicklung
der Vorrichtung 1 die Fluoreszenzwirkung eines Kontrastmittels K
(8) für
eine verbesserte Erkennung eines tumorartigen Hautmals 37a herangezogen
werden. In der Ausführung
gemäß 7 umfasst
die Scan-Einheit 7 der Vorrichtung 1 gegenüber der
in 2 abgebildeten Variante eine zusätzliche
Anregungslichtquelle 42, die insbesondere als Laserdiode
ausgebildet ist. Dem Kameraelement 20 der Scan-Einheit 7 ist
weiterhin ein Lichtfilter 43 (8) vorgeschaltet, der
für Fluoreszenzlicht
F einer vorgegebenen Wellenlänge
selektiv durchlässig
ist.
-
Wie
in 8 schematisch angedeutet, wird im Zuge eines weiterentwickelten
Verfahrens dem Probanden 3 vor der Bildaufnahme das Kontrastmittel
K verabreicht. Dies kann durch Injektion, orale Verabreichung oder
durch Auftrag auf die Haut 2 erfolgen. Das im Körper des
Probanden 3 aufgenommene Kontrastmittel K reichert sich
in Folge gesteigerten Stoffwechsels in tumorartigem Gewebe an. Mit
anderen Worten ist die Konzentration des aufgenommenen Kontrastmittels
K im Bereich des bösartigen
Hautmals 37a größer als
im restlichen Hautbereich 35. Während der Aufnahme des Bildes
B wird nun der Hautbereich 35 durch die Anregungslichtquelle 42 mit
Anregungslicht AL einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt. Die Wellenlänge des
Anregungslichts AL ist dabei derart bemessen, dass durch das Anregungslicht
AL das Kontrastmittel K zur Abstrahlung von Fluoreszenzlicht F angeregt
wird. Auf diese Weise hebt sich das tumorartige Hautmal 37a als
leuchtende Fläche
von dem übrigen
Hautbereich 35 ab. Das Hautmal 37a ist hierdurch
von gutartigen Hautmalen 38a, 38b zu unterscheiden.
-
Durch
den Lichtfilter 43 wird das Hintergrundlicht weitgehend
ausgeblendet. Tumorartiges Gewebe wird so auf dem Bild B besonders
gut sichtbar.
-
Um
die zeitliche Entwicklung einer Hautkrankheit untersuchen zu können, oder
gegebenenfalls über
die zeitliche Entwicklung von Hautmalen die Hautkrankheit überhaupt
erst erkennen zu können,
ist bei einer in 9 gezeigten weiteren Fortbildung
der Vorrichtung 1 ein Bildspeicher 44 vorgesehen,
in welchem ein oder mehrere zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommene
Referenzbilder RB der Haut 2 der Probanden 3 hinterlegt
sind. Bei dem Bildspeicher 44 kann es sich um ein beliebiges
temporäres
oder permanentes Speichermedium, z. B. eine Festplatte, CDrom, DVD
o. dgl. handeln. Alternativ zu der lokalen Speicherung des Referenzbildes
RB in dem Bildspeicher 44 kann das Referenzbild RB auch aus
einer externen Datenquelle über
das Datenübertragungsnetz 19 bezogen
werden.
-
In
der Ausführung
der Vorrichtung 1 gemäß 9 ist
die Bildauswertungseinheit 30 dazu ausgebildet, ein aktuelles
Bild B eines Hautbereichs 35 mit einem Referenzbild RB
des im Wesentlichen gleichen Hautbereichs 35 zu vergleichen
und Änderungen
des Bildes B und Referenzbildes RB bezüglich der enthaltenen Hautmale 37a und 38a, 38b herauszufiltern.
Die Bildauswertungseinheit 30 vollzieht diesen Vorgang,
indem sie ein Differenzbild DB des Bildes B und zugehörigen Referenzbildes
RB erstellt.
-
Dieser
Vorgang ist in 10 näher dargestellt. Ausgangspunkt
bilden das aktuelle Bild B und das (gestrichelt angedeutete) Referenzbild
RB des im Wesentlichen gleichen Hautbereiches 35 bzw. 35'. Das Referenzbild
RB enthält
das als verdächtig
eingestufte Hautmal 37a, die als unbedenklich eingestuften
Hautmale 38a und 38b sowie die Hautstruktur 39.
Das zu einem spä teren
Zeitpunkt aufgenommene aktuelle Bild B enthält zusätzlich ein als verdächtig einzustufendes
weiteres Hautmal 37b. Das Hautmal 37a ist gegenüber dem
Referenzbild RB deutlich gewachsen. Die Hautmale 38a und 38b sind
hinsichtlich ihrer Größe unverändert. Jedoch
ist bei dem Hautmal 38b im Vergleich der Bilder B und RB
ein Unterschied der Pigmentierung festzustellen.
-
Zur
Erzeugung des Differenzbildes DB werden das Bild B und das Referenzbild
RB einander zunächst
derart gegeneinander verschoben, dass die jeweiligen Hautmale 37a, 38a, 38b und
Hautstrukturen 39 beider Bilder B und RB einander bestmöglich in
Deckung gebracht sind. Von den derart justierten Bildern B, RB wird
das Differenzbild DB gebildet.
-
In
dem Differenzbild DB ist nurmehr die zeitliche Änderung des Hautzustandes des
Probanden 3 enthalten. Insbesondere kann das durch das
Differenzbild DB dokumentierte Wachstum des Hautmals 37a oder
der bei dem Hautmal 38b beobachtete Farbumschlag Anlass
zu einer Neubewertung eines Hautmals führen, der bei einer Erstuntersuchung noch
als unbedenklich eingestuft wurde. Bedarfsweise kann als zusätzliche
Auswahlregel für
die Einstufung eines Hautmals als „verdächtig" unabhängig von der tatsächlichen
Größe des Hautmals
dessen Wachstumsrate herangezogen werden.
-
Mit
der Weiterentwicklung des Verfahrens und der Vorrichtung 1 gemäß den 9 und 10 ist
somit eine verfeinerte Erkennung und therapiebegleitende Untersuchung
eines Hautkrebsbefundes möglich.
-
Die
Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen
der Vorrichtung 1 gemäß den 2, 7 und 9 können beliebig
miteinander kombiniert werden. Desgleichen sind im Rahmen der vorliegenden
Erfindung zahlreiche, nicht im Detail ausgeführte Variationen denkbar. Beispielsweise
könnte die
Vorrichtung 1 mit einer von der Ausführung gemäß 1 verschiedenen
Anzahl von Scan-Einheiten 7, insbesondere einer einzigen
Scan-Einheit 7, ausgestattet sein. Diese Scan-Einheit 7 könnte beispielsweise
an einem so genannten C-Bogen angebracht sein, der um die Achse
des Probanden 3 herum verfahrbar ist. Des Weiteren könnte der
Proband 3 in Untersuchungsposition liegend oder auf einem Drehteller
stehend angeordnet sein.
-
Bevorzugt
ist die Vorrichtung 1 für
den Einsatz verschiedener Kontrastmittel K ausgelegt. In diesem
Fall ist vorgesehen, die Wellenlängen
des Anregungslichts AL in Anpassung an das jeweilige Kontrastmittel
K auswählen
zu können.
Ebenso sind hierbei mehrere Lichtfilter 43 vorgesehen,
die je nach dem gewählten
Kontrastmittel K dem Kameraelement 20 vorgeschaltet werden.
Die Anpassung an das jeweilige Kontrastmittel K erfolgt bevorzugt
automatisch, indem die Bezeichnung des Kontrastmittels K über eine
Tastatur eingegeben oder über
einen Strichcode-Leser eingelesen wird.