Special Vision

Bildverarbeitung beflügelt Medizin

Bildgebende Verfahren als Anwendungsparcours
Ace-Kameras wie dieses Gerät von Basler werden zunehmend in der digitalen Zahnheilkunde eingesetzt. Die mit dem Dentalscanner intraoral erfassten Bilddaten des Gebiss-Abdrucks werden in ein 3D-Datenmodell umgerechnet und direkt online an das zahntechnische Labor übertragen.
Der Gesundheitsbereich steht unter Druck. Einerseits sollen individuelle medizinische Vor- und Versorgungsleistungen in hoher Qualität verfügbar sein, andererseits müssen die Kosten sinken. Die Bildverarbeitung will hier Schlüsseltechnologie sein, um diese gegenläufigen Ansprüche zu vereinen.

Kameragestützte Medizintechnik kann dazu beitragen, Früherkennungs-, Diagnose-, Behandlungs-, Archivierungs-, und Schulungsmethoden zu verbessern. Jetzt will sich auch die Vision, Weltleitmesse für Bildverarbeitung (BV), diesem Thema verstärkt widmen. Deswegen werden entsprechende Aussteller erstmals eine Art Medizintechnik-Anwendungsparcours bilden. „Rückmeldungen von Messe-Besuchern der letzten zwei Jahre zeigten, dass das Thema Medizintechnik zunehmend wichtiger wird. „Diese Branche wird mittlerweile als fünftwichtigste Besuchergruppe wahrgenommen“, sagt Florian Niethammer, Projektleiter der Ausstellung. Zusätzlich plant der Fachbereich Industrielle Bildverarbeitung im VDMA im Rahmen der bekannten Industrial Vision Days Vorträge im Umfeld medizintechnischer Anwendungen. Die Messe findet von 8. bis zum 10. November auf dem Stuttgarter Messegelände statt.

Die Anwendungsvielfalt in der Medizintechnik sowie der Ideenreichtum der Innovationen scheinen unermesslich: Minikameras für endoskopische Untersuchungen oder zur minimalinvasiven Chirurgie, Scanner zum Verbessern der Qualität von Zahnersatz, Hautscanner, um Hautkrebs zu identifizieren, empfindliche Digitalkameras zur Analyse der Netzhaut in der Augenheilkunde, Bewegungsanalysen in der Sportmedizin und Orthopädie, roboterunterstützte Operationen, Simulation von Schönheitskorrekturen, Überwachung und Dokumentation von Operationen, BV-Systeme zur Unterstützung medizinischer Ausbildung sind nur einige von vielen Beispielen.

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Zur Raum- kommt die Spektralinformation

Der Schwerpunkt der Forschungen am Carinthian Tech Research (CTR) Forschungszentrum in Villach liegt auf der multispektralen Bildverarbeitung, die neben den räumlichen auch spektrale, sprich stoffliche, Information liefert, etwa über den Zustand des Gewebes oder der Zellen. „In Produktionsprozessen können beispielsweise chemische Zusammensetzungen oder subtile Farbunterschiede präzise analysiert werden“, sagt Dr. Raimund Leitner, Forschungsleiter für multispektrale Bildverarbeitung der CTR.

Je nach Anwendung arbeitet die CTR in Wellenlängenbereichen von Ultraviolett (UV) über sichtbares Licht (VIS), Nahinfrarot- (NIR), mittleres Infrarotspektrum (MWIR) und sogar bis in den Terahertz-Strahlungsbereich. Gemeinsam mit einem Medizintechnikhersteller hat die CTR eine hochsensible Kamera entwickelt, mit der Hautanomalien binnen Sekunden klassifiziert und erkannt werden können. „Die zusätzlichen Informationen des Systems über gutartige Muttermale und bösartige Melanome werden durch die Auswertung eines multispektralen Bildes bestimmt, ohne dass das auffällige Muttermal operativ entfernt werden muss“, erklärt Dr. Leitner den Vorteil.

Augenchirurgie als Simulation

„Eine häufige Aufgabe für die Bildverarbeitung in medizinischen Anwendungen ist das berührungslose optische Tracking von Bewegungen als Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine. Neben Präzision und Schnelligkeit sind dabei Stabilität und Zuverlässigkeit die ausschlaggebenden Faktoren“, so Thomas Ruf, Leiter F&E bei VRmagic Imaging. Das Unternehmen hat den Augenchirurgie-Simulator Eyesi entwickelt, mit dem angehende Augenchirurgen operative Eingriffe ohne Risiko für einen Patienten trainieren können.

„Studierende können schon früh in der Ausbildung praktische Erfahrungen sammeln, ohne dabei Patienten zu gefährden“, meint Ruf weiter. Wie im echten Chirurgenleben sitzt der Student an einem Operationsmikroskop und führt frei bewegliche Operationsinstrumente in das mechanische Auge eines Modellkopfes ein. Im Inneren befindet sich ein optisches Trackingsystem, das die Bewegungen der Instrumente verfolgt und deren Position, Ausrichtung und Orientierung an einen Computer weitergibt. In Echtzeit wird das Verhalten von Flüssigkeiten und Gewebe bei Berührung durch die Instrumente simuliert. Der Operateur sieht auf den Displays des Mikroskops statt eines realen Bildes die Simulation. „Damit er tatsächlich den Eindruck hat, die Operation real durchzuführen, muss die Zeitverzögerung der visuellen Wiedergabe unter der menschlichen Wahrnehmungsschwelle von 50 bis 100 Millisekunden liegen“, erläutert Ruf.

Problem Vielfalt

Im Bereich der Medizintechnik gibt es die unterschiedlichsten bildgebenden Geräte wie etwa Endoskope, Mikroskope, Röntgengeräte, CTs, MRIs oder OP-Raum-Überwachungskameras. Die hierfür eingesetzten Bildquellen arbeiten mit unterschiedlichen Schnittstellen, Auflösungen, Videostandards, Kontrollmöglichkeiten. „Eine große Herausforderung besteht unter anderem darin“, so Rudolf Huber-Schwanninger, Spezialist Medizintechnik bei Stemmer Imaging, „alle diese Bildquellen im Klinikumfeld zu installieren, die unterschiedlichsten Kabelkonzepte dafür vorzuhalten, die Kameras zu bedienen, Bild- und Videodaten zu transportieren, anzuzeigen, zu dokumentieren und zu archivieren oder die Bilddaten zum Beispiel auch für Ferndiagnosen sichtbar zu machen.“ Und genau hier setze Stemmer mit neu entwickelten Produkten und Konzepten an, etwa mit dem Medical Video Server, mit dessen Hilfe es möglich ist, jede gängige Videoquelle zu erfassen, zu verwalten, anzuzeigen und über LAN/WAN zu verteilen – egal, ob SD, HD, analog oder digital.

Was bringt die Zukunft? „Schon heute gibt es kameragestützte Behandlungen und Diagnoseverfahren, die eine räumliche Distanz zwischen Arzt und Patient erlauben. Diese Remote-Anwendungen werden sicher zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen. Denkbar sind auch kleine Systeme beim lokalen Optiker, die Analysen zur Vorsorge und Früherkennung von Erkrankungen des Sehvermögens durchführen könnten. Dr. Leitner von der CTR betont: „Aus meiner Sicht wird die molekulare Bildgebung in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, da sie biologische Prozesse auf molekularer, sprich zellulärer Ebene sichtbar macht und damit die Chance bietet, Krankheiten noch vor ihrem Ausbruch zu erkennen.“ Die Experten sind sich einig: Patienten werden künftig die Vorteile der Bildverarbeitung in der Medizintechnik noch direkter erleben können. bw

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