Medical Spectral Imaging vereint Bildgebung, Spektroskopie und Gewebeoximetrie. Dynamisch. Nicht-invasiv. Kontaktlos.
MDSI. Medical Spectral Imaging.
MDSI. Die optische Messung physiologischer Gewebeparameter. Nicht-invasiv. Kontaktlos.
Die Perfusionsbildgebung erweitert als fünftes Bildgebungsverfahren das visuelle Sensorium in der Medizin.
Licht interagiert auf vielfältige Weise mit biologischem Gewebe. Beim Medical Spectral Imaging wird Gewebe mit Licht bestimmter Wellenlänge beleuchtet und das vom Gewebe remittierte Licht erfasst. Dieses remittierte Licht resultiert aus den spezifischen Absorptionseigenschaften der Gewebe bzw. Gewebebestandteile. In einigen Anwendungen kann auch die Fluoreszenz eine wichtige Rolle zur Auswertung spielen.
Mit den speziell entwickelten Kamerasystemen werden unterschiedliche Gewebeinformationen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums orts- und wellenlängenaufgelöst aufgenommen. Diese chemischen Informationen werden dann mittels Algorithmik in bildhafte Daten umgewandelt, um sie den Anwendern als Falschfarbenbilder verständlich darzustellen.
Hyperspektrale Bildgebung: Aufnahme und Darstellung umfassender oder komplexer chemischer Gewebeeigenschaften.
HSI vereint Bildgebung, Spektroskopie und Gewebeoximetrie. Es dient der bildhaften Aufnahme von chemischen Eigenschaften mit einer hohen spektralen Auflösung.
Unsere hyperspektralen Kamerasysteme tragen den Markennamen TIVITA® und funktionieren nach dem sogenannten Pushbroom-Spektrometer-Prinzip. Die mit dem Licht transportierten chemischen Informationen eines Objektes werden zeilenweise detektiert. Somit benötigt die Messung eines hyperspektralen Datenwürfels einige Sekunden.
Die TIVITA®-Technologie nutzt 100 Wellenlängen im Wellenlängenbereich von 500 bis 1000 nm. In diesem visuellen und nahinfraroten Wellenlängenbereich sind diverse chemische Informationen des Gewebes enthalten. So werden unter anderem folgende physiologische Parameter erfasst:
Sauerstoffsättigung in oberflächlichen Gewebeschichten
Perfusion in tieferen Gewebeschichten
Hämoglobingehalt
Wassergehalt
Fettgehalt
Ebenso wäre es möglich, basierend auf den gewebespezifischen Lichtspektren, mittels hyperspektraler Bildgebung über Algorithmen unterschiedliche Gewebe und Gewebeveränderungen zu differenzieren bzw. zu klassifizieren. Eine solche Klassifizierung findet üblicherweise mittels künstlicher Intelligenz statt.
Für die Anwendung und Auswertung wird eine breitbandige Lichtquelle benötigt, welche den gesamten auszuwertenden Wellenlängenbereich abdeckt.
Unsere hyperspektralen Kamerasysteme arbeiten mit bildgebenden Transmissionsspektrometern.
Die Spektrometereinheit besteht aus einem Eingangsspalt, zwei Abbildungsoptiken, einem holographischen Transmissionsgitter und dem Flächensensor. Über das Eingangsobjektiv gelangt das vom Objekt remittierte Licht durch den Eingangsspalt auf die erste Optik des Spektrometers.
Die Optik bündelt das Licht und wirft es auf das Transmissionsgitter, wo es in einzelne Wellenlängen zerlegt wird. Danach gelangt es über eine zweite Optik auf den Flächensensor der CMOS Kamera. Durch den Aufbau der Spektrometereinheit wird eine Raumrichtung (Breite des Objekts als Y-Achse) erfasst.
Die zweite Raumrichtung (Länge des Objekts, X-Achse) ergibt sich über die Scaneinheit. Sie verschiebt den Eingangsspalt und scannt so das Objekt innerhalb weniger Sekunden der Länge nach ab. Eine dritte, spektrale Dimension stellen die aufgezeichneten Wellenlängen dar. Damit ergibt sich ein 3D-Datenwürfel (X [räumliche Dimension], Y [räumliche Dimension], λ [spektrale Dimension]).
Jedes Pixel in der räumlichen Dimension enthält ein vollwertiges Gewebespektrum im Wellenlängenbereich von 500 – 100 nm, dadurch ergibt sich der dreidimensionale HSI-Cube.
Die 3D-Datenwürfel sind die Grundlage für die Extraktion der chemischen Informationen und der verschiedenen Bilder. Es ist also möglich, sich für jedes einzelne Pixel in einem generierten Bild die spezifische Wellenlänge darstellen zu lassen und zur Analyse bzw. Diagnostik heranzuziehen.
Aus den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen des dreidimensionalen HSI-Cubes lassen sich verschiedene Parameter berechnen und in Falschfarbenbildern darstellen.
MSI. Multispectral Imaging.
Multispektrale Bildgebung: Aufnahme und Live-Darstellung chemischer Gewebeeigenschaften.
Die mit dem LED-Licht transportierten Informationen werden mit wenigen Bildern detektiert, wodurch die Wiedergabe sehr schnell erfolgen kann und die Technologie videofähig ist.
Die multispektrale Bildgebung bietet den Vorteil, dass sie durch gute Datenverfügbarkeit, kurze Messzeiten und hohe Auflösung videofähig ist und dadurch ein kontinuierliches Live-Monitoring ermöglicht. Unsere multispektralen Kamerasysteme tragen den Markennamen MALYNA®.
Alle Produkte der MALYNA®-Serie nutzen einige spezifische Wellenlängen im Bereich von 400 bis 1000 nm. Zur Auswertung und Darstellung der Parameter werden somit schmalbandige Signale in charakteristischen Bereichen des sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängenbereichs genutzt.
MDSI. Medical Spectral Imaging.
Ausblick: Vielfältige Chancen!
Mit zunehmendem technischem Fortschritt und medizinischem Verständnis der Daten werden sich komplett neue Möglichkeiten für die Diagnostik und damit für den klinischen Alltag ergeben.
Durch weitere Miniaturisierung von MDSI-Kameras können diese zukünftig z. B. als stereoskopische Kameras genutzt, als Chip-in-the-tip (CIT)-System für die starre oder flexible Endoskopie eingesetzt oder in robotische Assistenzsysteme integriert werden.
Die objektiven Daten könnten zudem als Grundlage für künstliche Intelligenz dienen, womit eine automatisierte Erkennung von Organen und Risikostrukturen keine Utopie mehr ist.
