Endoskopie mit Panoramablick

Untersuchen oder operieren Ärzte die Blasenwand mit einem Endoskop,
erhaschen sie jeweils nur einen winzigen Ausschnitt des Organs – ihr Blick
ähnelt dem durch ein Schlüsselloch. Künftig weitet sich die Sicht zu einem
Panorama. Die Software »Endorama« setzt es aus allen aufgenommenen Bildern
zusammen. Vom 12. bis 15. November stellen Forscher des Fraunhofer IIS das
Forschungsprojekt auf der Medizintechnikmesse MEDICA in Düsseldorf vor
(Halle 10, Stand G05).

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 PD 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.

25 Bilder pro Sekunde

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.