Entwicklung einer dermatoskopischen Kamera mit Müller-Matrix-Bildgebung

Abstract

Moderne Methoden zur Diagnostik und Kontrolle von entzündlichen Hauterkrankungen beruhen teilweise auf subjektiv erhobenen Kriterien. Hier wird beispielsweise die Rötung einer Hautläsion vom Arzt ohne objektive Messung eingeschätzt. Die Dokumentation erfolgt mit handelsüblichen Digitalkameras oder extra für die Hautuntersuchung entwickelten Auflichtmikroskopen, den sogenannten Dermatoskopen. Diese haben je nach Gerät und Behandlungsumgebung wechselnde Bildqualität. In der Dermatologie besteht besonders, aber nicht nur, im wissenschaftlichem Bereich ein erheblicher Bedarf an objektivierbaren Untersuchungsmethoden. Dafür bieten optische Lösungen als schnelle und nicht invasive, sogar berührungslose Verfahren erhebliche Vorteile. In dieser Arbeit wird ein Konzept einer dermatoskopischen Kamera vorgestellt, das an die Anforderung der Untersuchung von entzündlichen Hauterkrankungen angepasst ist. Das System ist in der Lage, makroskopische Bilder mit hoher Auflösung in einem, im Vergleich zum Stand der Technik, großem Abstand zum Patienten aufzunehmen. Hierbei wird die Herausforderung der notwendigen automatischen Fokussierung des Systems durch den Einsatz einer Flüssigkeitslinse gelöst. Gleichzeitig werden 3D-Übersichtsaufnahmen ermöglicht, auf denen sich die makroskopischen Aufnahmen verorten lassen. Die Beleuchtung für die Makroaufnahmen erlaubt es, Bilder mit gleichbleibender Bildqualität und Farbwiedergabe unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung aufzunehmen. Um das Konzept zu evaluieren werden zwei Prototypen hergestellt. Ein Prototyp umfasst alle wesentlichen Elemente zur Aufnahme der makroskopischen Bilder. Der Andere umfasst zwei Kameras, die als Stereokamera zur Erzeugung der 3D-Übersichtsaufnahmen angeordnet sind. Um mögliche weitere objektive Messdaten zu erzeugen, wird das Potential polarimetrischer Messungen an der Haut evaluiert. Hierbei wird die sogenannte Müller Matrix (MM) gemessen. Diese enthält alle Informationen über die polarisationsverändernden Eigenschaften einer Probe. Diese Eigenschaften können Rückschlüsse auf die Orientierung von Strukturen wie beispielsweise Kollagen in der Haut zulassen. Um diesen Ansatz zu evaluieren, wird ein MM-Messsystem entwickelt und als Laborprototyp aufgebaut. Polymer-Fasermatten, die durch Elektrospinnen erzeugt werden, wurden verwendet um Proben mit unterschiedlicher Ausrichtung von Strukturen zu realisieren. Dieses Verfahren lässt das Einstellen unterschiedlicher Orientierungsgrade der Fasern in einer Vorzugsrichtung zu. Es werden Fasern mit unterschiedlichem Grad der Ausrichtung und unterschiedlicher Vorzugsrichtung gemessen. Es wird gezeigt, dass MM-Messungen den Ausrichtungsgrad der Fasern bestimmen können. Bei unbekannter Vorzugsrichtung der Faserausrichtung erlaubt das Errechnen des Stokes-Vektors der schnellen Achse der Verzögerung nach einer Polarzerlegung der MM Rückschlüsse auf diese. Um die Ergebnisse auf Hautmessungen zu übertragen, werden kollagenhaltige Proben gemessen. Hier kann die Richtung, in die das Kollagen ausgerichtet wird, bestimmt werden. In Zukunft kann das System durch die zusätzlich gemessenen, objektiven Informationen neue Standards für Bewertungskriterien in der Dermatologie liefern. Außerdem dient es als Grundlage für weitere wissenschaftliche Ergebnisse zu polarimetrischen Messungen von entzündlichen Hauterkrankungen.