Dreidimensionale Abbildung trüber Medien mittels hyperspektraler Bildgebung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 337270237

Nicht-invasive Verfahren sind in der medizinischen bildgebenden Diagnostik von großer Bedeutung, um die Risiken für Patienten zu minimieren zumal bei vielen Erkrankungen wiederkehrende Untersuchungen notwendig sind. Um darüber hinaus zu vermeiden, dass hohe Kosten die regelmäßige Durchführung der Untersuchungen verhindern, sind schnelle und preiswerte Verfahren erforderlich. Im Idealfall sollten die Verfahren auch eine markerfreie Bildgebung ermöglichen, da die Marker bei den Patienten Nebenwirkungen wie Allergien auslösen können und die Entwicklung geeigneter Marker außerdem teuer und zeitintensiv ist.Hyperspektrale Kamerasysteme besitzen das Potential zur schnellen, preiswerten, nicht-invasiven und markerfreien Bildgebung und bieten dadurch die Möglichkeit, die genannten Herausforderungen zu überwinden. Daher ist das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens, Methoden zur Transformation hyperspektraler Bilder in dreidimensionale Gewebe¬aufnahmen zu erarbeiten und zu untersuchen. Dabei sollen zwei Mechanismen, die zur Wellenlängen¬ab¬hängig¬keit der Eindringtiefe im Gewebe führen, genutzt werden: zum einen die Wellenlängenabhängigkeit der Absorption in Gewebebestandteilen wie Hämoglobin und Wasser und zum anderen die Wellenlängenabhängigkeit der Streuung. Im Rahmen des Projekts sollen verschiedene Ansätze zur Transformation untersucht und bewertet werden. Als Ergebnis wird ein optisches, nicht-invasives Verfahren zur Untersuchung oberflächennaher maligner Veränderungen erwartet, welches dem Arzt außerdem ein großes Sichtfeld ermöglicht.Gegenüber etablierten optischen Verfahren zur 3D-Rekonstruktion wie der optischen Kohärenztomografie besitzt der neue Ansatz den Vorteil, dass nicht nur Kontraste durch Streu- und Brechungsindexunterschiede, sondern auch durch Absorptionsunterschiede gemessen und ausgewertet werden können. Es ist also zu erwarten, dass auch unterschiedliche Konzentrationen von Absorbern, z. B. aufgrund der unterschiedliche Menge an Blut in gesundem und tumorösem Gewebe, und Streuzentren, d. h. die Anzahl der streuenden Oberflächen in Blutgefäßen und umgebendem Gewebe, gemessen werden können.Die Kombination der Erfassbarkeit von Änderungen von Absorbern und streuenden Oberflächen und der Rekonstruktion von tiefenaufgelösten Bildern verspricht eine verbesserte Diagnostik von malignen Veränderungen unterhalb der Oberfläche. Die Detektion wird dadurch vereinfacht, dass bei der Bildaufnahme keine Integration über die gesamte Eindringtiefe des Lichts vorgenommen wird. Dies sollte den Kontrast merklich erhöhen und eine verlässlichere Diagnose im Gegensatz zu 2D-Verfahren möglichen, weil dadurch mögliche Verschleierungen der malignen Veränderungen reduziert werden. Da der Bildgebungsansatz darüber hinaus kontaktfrei ist und für die Beleuchtung Standardweißlichtlampen nutzt, ermöglicht er gefahrlos regelmäßige und kostengünstige Untersuchungen von Patienten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen