Panoramablick durchs Endoskop

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.

Von der Schlüssellochperspektive zum Rundumblick

„Die Software ‘Endorama‘, die wir entwickelt haben, setzt alle Aufnahmen zu einem Gesamtbild zusammen – und das fast in Echtzeit“, sagt Dr. 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.

Weitere Informationen Auf der Messe Medica: Halle 10, Stand G05 Unter dem Motto „Technologies for life sciences« präsentieren sechs Fraunhofer-Institute ihre aktuellen Forschungsergebnisse auf der Medizinmesse Medica 2014. Am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand können Sie sich ein Bild von den neuesten Entwicklungen machen: Die Bandbreite reicht von Software zur Analyse von mikroskopischen Bilddaten über Tumortherapeutika und Endoskope mit hydraulischem Antrieb bis hin zur künstlichen Hornhaut.