DE20010292U1 - Device for measuring and classifying optically, including endoscopically observable skin or mucosal changes - Google Patents
Device for measuring and classifying optically, including endoscopically observable skin or mucosal changesInfo
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Description
BeschreibungDescription
Einrichtung zur Vermessung und Klassifizierung von optisch, einschließlich endoskopisch beobachtbaren Haut- oder Schleimhaut-VeränderungenDevice for measuring and classifying optically, including endoscopically observable skin or mucous membrane changes
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vermessung und Klassifizierung optisch beobachtbarer Veränderungen der Haut oder Schleimhaut, einschließlich endoskopisch beobachtbarer Veränderungen, in vorgegebene Kategorien.The invention relates to a device for measuring and classifying optically observable changes in the skin or mucous membrane, including endoscopically observable changes, into predetermined categories.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Klassifizierung von Hautanomalien wie Melanome und melanomähnliche Veränderungen bezüglich der Eigenschaften gutartig, bösartig oder verdächtig. Weitere Anwendungsgebiete sind die Klassifizierung von Anomalien von Häuten und Schleimhäuten endoskopisch beobachtbarer Hohlorgane, wie z.B. der Speiseröhre, des Magens, des Duodenums, des Colons, des Rektums, des Bronchialsystems, der Hohlräume des Hals-Nasen-Ohren- Bereiches und der Harnblase. Diese Anomalien sind z.B. Divertikel, Polypen, Geschwüre, Tumorinfiltrationen und Tumorkompressionen.A preferred area of application of the invention is the classification of skin anomalies such as melanomas and melanoma-like changes with regard to the properties of benign, malignant or suspicious. Further areas of application are the classification of anomalies of the skin and mucous membranes of endoscopically observable hollow organs, such as the esophagus, stomach, duodenum, colon, rectum, bronchial system, the cavities of the ear, nose and throat region and the urinary bladder. These anomalies are, for example, diverticula, polyps, ulcers, tumor infiltrations and tumor compressions.
Maligne (bösartige) Melanome und dgl. sind derzeit erst in ihrer Spätphase mit hoher Sicherheit zu identifizieren, dann aber sehr gefährlich, in der Regel lebensgefährlich. In ihrer frühen Phase sind sie jedoch relativ einfach und erfolgreich behandelbar. In diesem Zeitabschnitt sind sie aber nur schwer identifizierbar; d.h. die Klassifizierung der Hautanomalien, insbesondere in maligne oder benigne (gutartige) Melanome ist schwierig. Die Aufgabe des behandelnden Arztes besteht somit in einer Klassifizierung von Hautanomalien in eine Gruppe von harmlosen Hautanomalien (benigne Melanome und andere gutartige nicht-melanozytäre Hautveränderungen) und eine Gruppe von eindeutig malignen bzw. fur ihn verdächtigen Melanomen. Dabei können pro Person durchaus mehrere Hautanomalien begutachtet werden müssen. Um zu gewährleisten, daß kein einziges malignes Melanom übersehen wird, muß der behandelnde Arzt den Patienten beim geringsten Verdacht auf Malignität zur Gruppe der Weiterzubehandelnden zuordnen, um zu gewährleisten, daß kein einziges malignes Melanom übersehen wird.Malignant melanomas and the like can currently only be identified with a high degree of certainty in their late stages, but then they are very dangerous, usually life-threatening. In their early stages, however, they are relatively easy and successfully treatable. In this period, however, they are difficult to identify; i.e. the classification of skin anomalies, especially into malignant or benign melanomas, is difficult. The task of the treating doctor is therefore to classify skin anomalies into a group of harmless skin anomalies (benign melanomas and other benign non-melanocytic skin changes) and a group of clearly malignant melanomas or melanomas that he suspects. In this process, several skin anomalies may well have to be examined per person. In order to ensure that not a single malignant melanoma is overlooked, the treating physician must assign the patient to the group requiring further treatment at the slightest suspicion of malignancy in order to ensure that not a single malignant melanoma is overlooked.
Durch diese Vorgehensweise wird die Gruppe der Risikopatienten in der Regel sehr groß sein. Hieraus resultiert die Motivation, die Befundung durch Verwendung allgemein zugänglicher Hilfsmittel zu verbessern, um auch demjenigen Arzt eine qualitativ hochwertige Klassifizierung der Hautanomalien, insbesondere der Melanome, zu ermöglichen, der nicht über das notwendige Spezialwissen verfügt, um allein aufgrund visueller Informationen eine Klassifizierung durchzuführen.This approach will generally result in a very large group of patients at risk. This motivates us to improve the diagnostic process by using generally available tools to enable doctors who do not have the necessary specialist knowledge to perform a high-quality classification of skin abnormalities, particularly melanomas, based on visual information alone.
Zur Erfassung von Anomalien der Haut, insbesondere von Melanomen, ist es bekannt, einen zweidimensionalen Untersuchungsbereich der Haut mit Licht eines ersten Wellenlängenbereiches zu beleuchten, der zur Anregung von Fluoreszenz geeignet ist, und im Wellenlängenbereich des Fluoreszenzlichtes ein Bild des Untersuchungsbereiches zu erzeugen (z. B. DE4026821 Al). Eine Auswertung des Fluoreszenzbildes allein ist jedoch für eine sichere Klassifizierung nicht ausreichend zuverlässig, weil auch die Topologie der Hautoberfläche im Untersuchungsbereich einen starken Einfluß auf die Intensitätsverteilung im Fluoreszenzbild besitzt. Gemäß DE4026821 Al soll daher der Einfluß der Topologie der Hautoberfläche auf das erzeugte Bild reduziert werden. Hierzu wird der Untersuchungsbereich mit Licht eines zweiten Wellenlängenbereiches beleuchtet und ein Referenzbild mit Licht dieses zweiten Wellenlängenbereiches erzeugt. Indem man dann die Intensitätswerte im Fluoreszenzbild auf diejenigen des Referenzbildes normiert, erhält man ein zur Auswertung durch den behandelnden Arzt geeignetes Bild, in dem die von der Topologie bewirkten Intensitätsänderungen weitgehend eliminiert sind.To detect skin abnormalities, particularly melanomas, it is known to illuminate a two-dimensional examination area of the skin with light of a first wavelength range that is suitable for exciting fluorescence, and to generate an image of the examination area in the wavelength range of the fluorescent light (e.g. DE4026821 Al). However, an evaluation of the fluorescence image alone is not sufficiently reliable for a secure classification because the topology of the skin surface in the examination area also has a strong influence on the intensity distribution in the fluorescence image. According to DE4026821 Al, the influence of the topology of the skin surface on the image generated should therefore be reduced. To do this, the examination area is illuminated with light of a second wavelength range and a reference image is generated with light of this second wavelength range. By then normalizing the intensity values in the fluorescence image to those of the reference image, an image is obtained that is suitable for evaluation by the treating physician and in which the intensity changes caused by the topology are largely eliminated.
Aus der DE 19819516 Al ist auch eine Fluoreszenzdiagnose-Einrichtung bekannt, die zur Tumor-Untersuchung der Innenwand von Körperhöhlen geeignet ist. Diese Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem Endoskop und einer Kamera zur Ausgabe von Bildern des Untersuchungsbereiches auf einen Monitor sowie einem Spektrometer, um das von ausgewählten Stellen des Untersuchungsbereiches erzeugte Fluoreszenzlicht spektrometrisch zu untersuchen. Bei dieser Diagnoseeinrichtung erfolgt jedoch keine Bildverarbeitung, welche die Arbeit des untersuchenden Arztes erleichtern würde; außerdem bleibt die Topologie des untersuchten Gewebereiches ohne Einfluß auf die Diagnose.DE 19819516 A1 also discloses a fluorescence diagnostic device that is suitable for examining the inner wall of body cavities for tumors. This device essentially consists of an endoscope and a camera for outputting images of the examination area to a monitor, as well as a spectrometer for spectrometrically examining the fluorescent light generated by selected points in the examination area. However, this diagnostic device does not perform any image processing, which would make the work of the examining doctor easier; in addition, the topology of the tissue area examined has no influence on the diagnosis.
Aus der WO9747235 ist ein Diagnose-System und -Verfahren bekannt, das zur Quantifizierung der visuellen Erscheinung von Hautanomalien wie Melanomen geeignet ist, indem Abbildungen der Haut digital analysiert werden. Dieses System enthält in einer bevorzugten Ausfuhrung eine hochauflösende Digitalkamera, eine Recheneinheit, einen Datenspeicher sowie einen Farbmonitor. Die Kamera erzeugt ein Bild des zu untersuchenden Hautbereiches sowie des Längenmaßstabes und der Farbskala, die in der Nähe des zu untersuchenden Hautbereiches angeordnet sind Hierdurch ist es möglich, Farbwerte und Abstände im Bild unabhängig von den Beleuchtungs- und Aufnahmebedingungen zu normieren. Mittels der Recheneinheit wird die Außenkontur dunkler Hautgebiete bestimmt und nachfolgend auf dem Monitor angezeigt. Das Diagnosesystem erlaubt es auch, Kenngrößen furFrom WO9747235 a diagnostic system and method is known which is suitable for quantifying the visual appearance of skin anomalies such as melanomas by digitally analyzing images of the skin. In a preferred embodiment, this system contains a high-resolution digital camera, a computing unit, a data storage device and a color monitor. The camera generates an image of the skin area to be examined as well as the length scale and the color scale which are arranged near the skin area to be examined. This makes it possible to standardize color values and distances in the image independently of the lighting and recording conditions. The computing unit determines the outer contour of dark skin areas and subsequently displays them on the monitor. The diagnostic system also allows parameters for
die Farbe des untersuchten Hautgebietes sowie zweidimensional geometrische Kenngrößen der Außenkontur dunkler Hautgebiete wie Größe und Asymmetrie abzuleiten sowie die zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Kenngrößen und Bilder zu vergleichen. Obwohl das Diagnose-System gem. WO9747235 verschiedene geometrische Kenngrößen und Farbkenngrößen zur Verfügung stellt, ist die Identifizierung von Hautanomalien immer noch sehr stark von der Erfahrung des untersuchenden Arztes abhängig.to derive the color of the skin area examined and two-dimensional geometric parameters of the outer contour of dark skin areas such as size and asymmetry, and to compare the parameters and images determined at different times. Although the diagnostic system according to WO9747235 provides various geometric parameters and color parameters, the identification of skin anomalies is still very dependent on the experience of the examining physician.
Um die Klassifizierung von Hautanomalien zu objektivieren und zu automatisieren, ist es bekannt, die Unterscheidungsmerkmale von Hautanomalien wie Form und Farbe in digitalen Farbbildern eines Hautbereiches für die Klassifizierung mittels eines neuronalen Netzes zu verarbeiten (Ercal, F.; et. al., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, (1994 Sep.) 41 (9) 837-45). Das Verfahren stützt sich bei der Klassifizierung sehr wesentlich auf die Verarbeitung von Farbkenngrößen sowie auf die Asymmetrie und Unregelmäßigkeit des Randverlaufs der Hautanomalie. Das Verfahren verzichtet darauf, als Kenngröße im Klassifizierungsprozeß die Größe oder den Durchmessers der Hautanomalie bzw. deren zeitliche Änderungen zu nutzen, und erfordert eine sehr genaue Bestimmung der Ränder der Hautanomalien, die deshalb von einem Dermatologen manuell durchgeführt wird.In order to objectify and automate the classification of skin anomalies, it is known to process the distinguishing features of skin anomalies such as shape and color in digital color images of a skin area for classification using a neural network (Ercal, F.; et. al., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, (1994 Sep.) 41 (9) 837-45). The method relies heavily on the processing of color parameters and the asymmetry and irregularity of the edge of the skin anomaly for classification. The method does not use the size or diameter of the skin anomaly or its changes over time as parameters in the classification process and requires a very precise determination of the edges of the skin anomalies, which is therefore carried out manually by a dermatologist.
Ein anderes Beispiel für die Verwendung eines neuronalen Netzes zur Klassifizierung von Tumoren in Ultraschallbildern ist in US5260871 beschrieben. Hier werden charakteristische Merkmale aus den Ultraschallbildern extrahiert, die dann auf den Eingang des neuronalen Netzes gegeben werden, das eine Klassifizierung durchführt. Auch bei dieser Lösung werden keine Daten über die dreidimensionale Struktur des verdächtigen Gewebebereiches ausgewertet.Another example of using a neural network to classify tumors in ultrasound images is described in US5260871. Here, characteristic features are extracted from the ultrasound images, which are then fed to the input of the neural network, which performs a classification. In this solution, too, no data on the three-dimensional structure of the suspicious tissue area is evaluated.
Ein wesentlicher Nachteil bekannter Lösungen besteht demnach darin, daß keine Daten über die dreidimensionale Struktur des verdächtigen Gewebebereiches ausgewertet und bei der Klassifizierung verwendet werden. Bei der Auswertung von Melanom-Untersuchungen hat sich jedoch gezeigt, daß die 3D-Struktur und das Höhenwachstum wichtige Kriterien zur Einschätzung des Charakters eines Melanoms sind.A major disadvantage of known solutions is that no data on the three-dimensional structure of the suspicious tissue area is evaluated and used in the classification. However, the evaluation of melanoma examinations has shown that the 3D structure and height growth are important criteria for assessing the nature of a melanoma.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die zur Vermessung und Klassifizierung von optisch beobachtbaren Haut- oder Schleimhaut-Veränderungen, insbesondere von Hautanomalien der Haut wie Melanomen undThe invention is therefore based on the object of creating a device which can be used for measuring and classifying optically observable skin or mucous membrane changes, in particular skin anomalies such as melanomas and
melanomähnlichen Erscheinungen geeignet sind und als Klassifizierungsmerkmal auch die dreidimensionale Struktur der Veränderungen und ihre zeitliche Variation berücksichtigen.melanoma-like phenomena and also take into account the three-dimensional structure of the changes and their temporal variation as a classification feature.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved with a device according to claim 1; advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus zwei Hauptkomponenten: Einem Meßkopf zur Erzeugung von mindestens zwei photogrammetrisch auswertbaren Bildern der zu untersuchenden und zu klassifizierenden Haut- oder Schleimhaut-Veränderungen und mindestens einer Recheneinheit, die an den Meßkopf über Datenleitungen angeschlossenen sind oder von denen mindestens eine direkt in den Meßkopf integriet ist. Der Meßkopf enthält mindestens zwei kalibrierte Kameras zur Erzeugung digitaler Bilder des zu untersuchenden Bereiches, nachfolgend als Kameragruppe bezeichnet, und einen Musterprojektor, der auf den zu untersuchenden Bereich mindestens ein zur Ermittlung von 3D-Daten des genannten Bereiches geeignetes Muster projiziert. Die Kameragruppe ist so justiert, daß mit ihnen eine Fläche geeigneter Größe vermessen werden kann. Mindestens eine der Kameras der Kameragruppe ist zur Aufrahme von Farbbildern geeignet, wobei diese Kamera zusätzlich oder gegebenenfalls eine weitere Kamera zur Aufnahme eines unauffälligen Bereiches in der Umgebung der Haut- oder Schleimhaut-Veränderung als Referenzbild fur die Bestimmung einer Referenzfarbe vorgesehen ist. Der Meßkopf ist beweglich und kann an eine geeignete Stelle positioniert werden.The device according to the invention consists of two main components: a measuring head for generating at least two photogrammetrically evaluable images of the skin or mucous membrane changes to be examined and classified and at least one computing unit, which are connected to the measuring head via data lines or at least one of which is integrated directly into the measuring head. The measuring head contains at least two calibrated cameras for generating digital images of the area to be examined, hereinafter referred to as the camera group, and a pattern projector which projects at least one pattern suitable for determining 3D data of the said area onto the area to be examined. The camera group is adjusted so that an area of suitable size can be measured with them. At least one of the cameras in the camera group is suitable for taking color images, whereby this camera is additionally provided or, if necessary, another camera is provided for taking an inconspicuous area in the vicinity of the skin or mucous membrane change as a reference image for determining a reference color. The measuring head is movable and can be positioned at a suitable location.
Die an den Meßkopf über Datenleitungen angeschlossene mindestens eine Recheneinheit weist Mittel auf, um die vom Meßkopf erzeugten digitalen Bilder der Haut- oder Schleimhaut-Veränderungen aufzubereiten, zu verarbeiten und zu speichern, insbesondere Mittel zur Berechnung von Daten der drei- und zweidimensionalen Strukturen der Veränderungen und ihrer Farbstrukturen in Bezug auf das Referenzbild sowie der zeitlichen Änderungen der genannten Daten. Diese Recheneinheit weist ferner Mittel auf, um aus den - vorstehend angegebenen - ermittelten Daten und gegebenenfalls zusammen mit den in einer Patientendatenbank gespeicherten, relevanten patientenbezogenen Daten wie Alter, Hauttyp, Allergien, dermatoskopische oder sonografische Befunde usw. eine Klassifizierung der Hautoder Schleimhaut-Veränderungen durchzufuhren. Für diese Klassifizierung kann z. B. ein neuronales Netz verwendet werden.The at least one computing unit connected to the measuring head via data lines has means for preparing, processing and storing the digital images of the skin or mucous membrane changes generated by the measuring head, in particular means for calculating data of the three- and two-dimensional structures of the changes and their color structures in relation to the reference image as well as the temporal changes in said data. This computing unit also has means for carrying out a classification of the skin or mucous membrane changes from the data determined - as specified above - and, if necessary, together with the relevant patient-related data stored in a patient database, such as age, skin type, allergies, dermatoscopic or sonographic findings, etc. A neural network can be used for this classification, for example.
Vorzugsweise zur Anwendung in einem nicht sicher klassifizierbaren Fall weist die Recheneinheit Mittel auf, um auf der Basis der vorher ermittelten Daten und gegebenenfalls der in der Patientendatenbank gespeicherten relevanten patientenbezogenen Daten eine weitere Klassifizierung mit einem modifizierten Algorithmus und/oder eine Auswahl aus mindestens einer Datenbank mit von Experten bewerteten Vergleichsdaten durchzuführen.Preferably for use in a case that cannot be classified with certainty, the computing unit has means for carrying out a further classification using a modified algorithm and/or a selection from at least one database with comparison data evaluated by experts on the basis of the previously determined data and, if applicable, the relevant patient-related data stored in the patient database.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sind mindestens zwei mittels Datenleitungen verbundene Recheneinheiten vorgesehen. Davon ist mindestens eine Recheneinheit als lokale Recheneinheit und mindestens eine Recheneinheit als zentrale Recheneinheit ausgeführt. In diesem Fall weist ausschließlich die zentrale Recheneinheit die in einem nicht sicher klassifizierbaren Fall zur Anwendung gelangenden Mittel auf, insbesondere die Datenbank mit von Experten bewerteten Vergleichsdaten.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, at least two computing units connected by data lines are provided. Of these, at least one computing unit is designed as a local computing unit and at least one computing unit is designed as a central computing unit. In this case, only the central computing unit has the means used in a case that cannot be classified with certainty, in particular the database with comparison data evaluated by experts.
Im folgenden wird beispielhaft eine typische Verwendung der Erfindung zur Klassifizierung von Hautanomalien unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der das Zusammenwirken der Komponenten als grafisches Schema dargestellt ist. Dieses Beispiel betrifft die Klassifikation von Hautanomalien, die als Melanome und melanozytäre Veränderungen bekannt sind, in geeignete Kategorien, wie z.B. benigne, verdächtig oder maligne.A typical use of the invention for classifying skin abnormalities is described below by way of example with reference to the drawing in which the interaction of the components is shown as a graphical scheme. This example concerns the classification of skin abnormalities known as melanomas and melanocytic changes into appropriate categories such as benign, suspicious or malignant.
Der Meßkopf enthält eine aus zwei kalibrierten Farbkameras bestehende Kameragruppe zur Erzeugung digitaler Bilder und einen Musterprojektor. Der Musterprojektor ermöglicht bedarfsweise die Beleuchtung der Hautanomalien mit unstrukturiertem Licht, d. h. mit einer im wesentlichen konstanten Beleuchtungsstärke, mit einem Licht-Muster oder mit mehreren, zeitlich nacheinander folgenden Licht-Mustern. Die Objektive und die Positionen der Kameragruppe und des Musterprojektors werden so gewählt, daß mit ihnen eine Fläche von ca. 4x4 cm2 vermessen werden kann. Ein weiterer Bestandteil des Meßkopfes ist eine Fläche (z.B. ein Ring) mit Referenzfarben. Diese dient zum Abgleich der Farb-Meßdaten der Kameragruppe. Dies ist sehr sinnvoll, um Meßergebnisse vergleichen zu können, die mit verschiedenen Meßköpfen erzeugt werden.The measuring head contains a camera group consisting of two calibrated color cameras for generating digital images and a pattern projector. The pattern projector enables the skin anomalies to be illuminated with unstructured light, ie with an essentially constant illuminance, with one light pattern or with several light patterns that follow one another in time. The lenses and the positions of the camera group and the pattern projector are selected so that they can measure an area of approx. 4x4 cm 2 . Another component of the measuring head is an area (e.g. a ring) with reference colors. This is used to compare the color measurement data of the camera group. This is very useful in order to be able to compare measurement results that are generated with different measuring heads.
Um die notwendigen Bilder zur Bestimmung der Meßdaten der Hautanomalien zu gewinnen, eignet sich folgende Vorgehensweise.The following procedure is suitable for obtaining the necessary images to determine the measurement data of the skin abnormalities.
Zunächst wird ein Farbbild eines gesunden Hautbereichs in der Nähe der Hautanomalie aufgenommen. Aus diesem Referenzbild wird die aktuelle Basishautfarbe des PatientenFirst, a color image of a healthy skin area near the skin abnormality is taken. From this reference image, the patient's current baseline skin color is determined
• ♦ ·•♦ ·
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(Grundkomplexion) bestimmt. In Relation zu dieser können die Farbinformationen der Hautanomalie normiert werden.(basic complexion). In relation to this, the color information of the skin anomaly can be standardized.
Anschließend wird der Meßkopf so positioniert, daß sich die Hautanomalie möglichst zentral im Meßbereich der Kameragruppe befindet. Beim Vorliegen von zwei oder mehreren, dicht beieinander liegenden Hautanomalien kann es sinnvoll sein, von dieser Regel abzuweichen, so daß diese Hautanomalien eventuell durch eine einzige Position des Meßkopfes erfaßt werden. Nun kann durch mindestens eine Kamera der Kameragruppe ein als sog. Hellbild bezeichnetes Farbbild aufgenommen werden, bei dem die Hautanomalie mit unstrukturiertem Licht beleuchtet wird. Aus diesem Hellbild werden die aktuellen Farbwerte der Hautveränderung bestimmt.The measuring head is then positioned so that the skin anomaly is as central as possible in the measuring area of the camera group. If there are two or more skin anomalies that are close to each other, it may be advisable to deviate from this rule so that these skin anomalies can be detected by a single position of the measuring head. Now at least one camera in the camera group can take a color image known as a bright image, in which the skin anomaly is illuminated with unstructured light. The current color values of the skin change are determined from this bright image.
Des weiteren werden bei unveränderter Lage des Meßkopfes durch die Kameragruppe Bilder aufgenommen, bei denen in der Regel ein oder zeitlich nacheinander mehrere geeignete Licht-Muster mit Hilfe des Musterprojektors auf die Hautanomalie projiziert werden. Diese Licht-Muster werden verfahrensbedingt benötigt.Furthermore, with the measuring head in an unchanged position, the camera group takes pictures in which one or several suitable light patterns are projected onto the skin anomaly using the pattern projector. These light patterns are required for the procedure.
Die aufgenommenen digitalen Bilder bzw. Bildfolgen sind Grundlage für die Berechnung der Daten der drei- und zweidimensionalen Strukturen der Hautanomalie und ihrer Farbstrukturen in Bezug auf das Referenzbild. Zu diesem Zweck berechnet eine lokale Recheneinheit, ausgehend von den aufgenommenen, digitalen Bildern, in einem ersten Bearbeitungsschritt Oberflächenmeßdaten der Hautanomalie, die aus den 3 D-Koordinaten und den zugehörigen normierten Farbwerten der Oberfläche der Hautanomalie bestehen.The recorded digital images or image sequences are the basis for calculating the data of the three- and two-dimensional structures of the skin anomaly and their color structures in relation to the reference image. For this purpose, a local computing unit calculates surface measurement data of the skin anomaly in a first processing step based on the recorded digital images, which consist of the 3D coordinates and the associated standardized color values of the surface of the skin anomaly.
Zur Bestimmung der 3D-Koordinaten werden die Bilder bzw. die Bildfolgen der Hautanomalie verwendet, bei deren Aufnahme Licht-Muster projiziert wurden. Für die Berechnung werden bekannte oder neuartige Algorithmen aus der Bildverarbeitung verwendet. Diese basieren auf der Bestimmung korrespondierender Punktepaare durch Matchingverfahren und Korrelationsalgorithmen.To determine the 3D coordinates, the images or image sequences of the skin anomaly are used, during which light patterns were projected. Known or new algorithms from image processing are used for the calculation. These are based on the determination of corresponding point pairs using matching methods and correlation algorithms.
Zur Bestimmung der normierten Farbwerte der Hautanomalie werden das Hellbild und das Referenzbild benutzt. Die Farbwerte des Hellbildes werden durch die Aktivität der Hautanomalie aber auch durch die Grundkomplexion der Haut (abhängig vom jahreszeitlich bedingten Bräunungsgrad) beeinflusst. Um letztgenannten Einfluß auf eine Klassifizierung zu minimieren, ist eine Normierung in Bezug auf das Referenzbild sinnvoll. Diese Normierung kann auf klassische Weise (Verwendung eines Offsets und einer Helligkeitskorrektur) oder durch ein neuronales Netz erfolgen. Das Ergebnis sind die normierten Farbwerte. DieThe light image and the reference image are used to determine the standardized color values of the skin anomaly. The color values of the light image are influenced by the activity of the skin anomaly but also by the basic complexion of the skin (depending on the seasonal degree of tanning). In order to minimize the latter influence on a classification, a standardization in relation to the reference image is useful. This standardization can be carried out in the classic way (using an offset and a brightness correction) or by a neural network. The result is the standardized color values. The
Zuordnung der normierten Farbwerte zu den 3D-Koordinaten ist einfach, da beide Datenmengen aus den Bildern denselben Kameras bei gleicher Position bestimmt werden.Assigning the standardized color values to the 3D coordinates is easy because both data sets are determined from images from the same cameras at the same position.
Die auf diese Weise bestimmten Oberflächenmeßdaten der Hautanomalie werden in einem zweiten Bearbeitungsschritt, der ebenfalls auf der lokalen Recheneinheit ausgeführt wird, mittels eines künstlichen neuronalen Netzes einem ersten Klassifizierungsprozeß unterworfen. Das Ergebnis ist eine Zuordnung zu geeigneten Kategorien, z.B. benigne, maligne oder verdächtig. Dieses Ergebnis und die gewonnenen Oberflächenmeßdaten eignen sich gut für eine Dokumentation und Archivierung in einer Patientendatenbank. Werden Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten gemacht, dann können aus deren Dokumentation auch die relativen Änderungen der Oberflächenmeßdaten der Hautanomalie bestimmt werden.The surface measurement data of the skin anomaly determined in this way are subjected to a first classification process using an artificial neural network in a second processing step, which is also carried out on the local computer unit. The result is an assignment to suitable categories, e.g. benign, malignant or suspicious. This result and the surface measurement data obtained are well suited for documentation and archiving in a patient database. If measurements are taken at different times, the relative changes in the surface measurement data of the skin anomaly can also be determined from their documentation.
Zur weiteren Erhöhung der Qualität der Klassifizierung kann optional eine Telematikanwendung aktiviert werden. Hierbei werden die Oberflächenmeßdaten der vom behandelnden Arzt vermessenen Hautanomalie an eine zentrale Recheneinheit übertragen sowie anderweitig erhobene, relevante patientenbezogene Daten wie Alter, Hauttyp, Allergien, dermatoskopische oder sonografische Befunde usw.To further increase the quality of the classification, a telematics application can optionally be activated. The surface measurement data of the skin anomaly measured by the treating doctor is transferred to a central processing unit, as well as relevant patient-related data collected from other sources such as age, skin type, allergies, dermatoscopic or sonographic findings, etc.
Auf der zentralen Recheneinheit kann dann der dritte Bearbeitungsschritt ausgeführt werden: ein weiterer Klassifizierungsprozeß basierend auf modifizierten Algorithmen und/oder eine Auswahl von geeigneten Vergleichsdaten aus mindestens einer Datenbank. Diese Datenbank kann in Form einer zentralen Datenbank Bestandteil der zentralen Recheneinheit sein. Alternativ oder zusätzlich kann diese Datenbank auch als externe Datenbank ausgebildet sein, die z.B. über das Internet zugänglich ist. Diese Datenbanken enthalten bewertete Krankheitsverläufe, die durch zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommene Bilder und berechnete Oberflächenmeßdaten sowie für die Krankheit relevante, patientenbezogene Daten (wie bereits beschrieben)dokumentiert sind. Entscheidend ist, daß diese Krankheitsverläufe mit sehr hoher Sicherheit klassifiziert werden konnten, häufig durch histologische Untersuchungen.The third processing step can then be carried out on the central processing unit: a further classification process based on modified algorithms and/or a selection of suitable comparison data from at least one database. This database can be part of the central processing unit in the form of a central database. Alternatively or additionally, this database can also be designed as an external database that is accessible via the Internet, for example. These databases contain assessed disease courses that are documented by images taken at different times and calculated surface measurement data as well as patient-related data relevant to the disease (as already described). The decisive factor is that these disease courses could be classified with a very high degree of certainty, often through histological examinations.
Aus den genannten Datenbanken detektiert das künstliche neuronale Netz oder ein anderer geeigneter Algorithmus der zentralen Recheneinheit Hautanomalien, deren Oberflächenmeßdaten eine ausreichende Ähnlichkeit aufweisen zu der vom behandelnden Arzt vermessenen Hautanomalie, deren Daten an die zentralen Recheneinheit übertragen wurden. Dabei werden auch die zugehörigen patientenbezogenen Daten berücksichtigt. DadurchFrom the databases mentioned, the artificial neural network or another suitable algorithm of the central processing unit detects skin anomalies whose surface measurement data show sufficient similarity to the skin anomaly measured by the treating doctor, whose data was transmitted to the central processing unit. The associated patient-related data is also taken into account.
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können geeignete Vergleichsdaten erhaltenen werden. Diese sind bewertete Bilder und optional Zusatzinformationen, wie z.B. der histologische Befund und andere interessierende Daten aus dem Krankheitsverlauf Sie werden an den behandelnden Arzt zurückgeschickt. Mit ihnen kann das Klassifizierungsergebnis verbessert werden.suitable comparison data can be obtained. These are evaluated images and optional additional information, such as the histological findings and other interesting data from the course of the disease. They are sent back to the treating doctor. They can be used to improve the classification result.
Eine andere telematische Anwendung besteht in der Konsultation eines Experten, dem die Oberflächenmeßdaten, das KJassifizierungsergebnis und die relevanten patientenbezogenen Daten per Datenleitungen zur Verfugung gestellt wurden. Diese Konsultation kann als Videoconferencing durchgeführt werden.Another telematic application consists in the consultation of an expert who has been provided with the surface measurement data, the classification result and the relevant patient-related data via data lines. This consultation can be carried out as videoconferencing.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen bei folgenden Problemstellungen:Further possible applications of the device according to the invention exist for the following problems:
• Der Meßkopf kann auch zur Diagnoseunterstützung für andere Erkrankungen in der Dermatologie verwendet werden: Ein typischer Anwendungsfall ist die Vermessung und Bewertung von Flechten. Eine weitere Anwendung ist die Vermessung von Färb- und Höhenänderungen hervorgerufen durch Allergietests. Durch Verwendung des Meßkopfes ist eine präzise Dokumentation möglich.• The measuring head can also be used to support the diagnosis of other diseases in dermatology: A typical application is the measurement and evaluation of lichen. Another application is the measurement of color and height changes caused by allergy tests. Using the measuring head enables precise documentation.
• Zur Dokumentation und Einschätzung des Heilungsvorganges von Wunden ist eine Vermessung sehr sinnvoll. Hierbei werden sowohl 2D- und 3D-Daten als auch die farbliche Struktur zu einem oder mehreren Zeitpunkten gemessen. Ähnliches gilt für Verbrennungen, bei denen es außerdem auf die Bestimmung des Verbrennungsgrades ankommt.• Measurement is very useful for documenting and assessing the healing process of wounds. This involves measuring both 2D and 3D data as well as the color structure at one or more points in time. The same applies to burns, where it is also important to determine the degree of the burn.
• Bei Bestrahlungen von Patienten kann es ebenfalls zu Farbänderungen der Haut kommen. Werden diese gemessen, dann können Rückschlüsse auf die Strahlungsempfindlichkeit gezogen werden.• When patients are exposed to radiation, the skin's color may also change. If these are measured, conclusions can be drawn about the sensitivity to radiation.
• Zur Vermessung und Bewertung von Hautfalten (vor allem im Gesicht) kann der Meßkopf ebenfalls eingesetzt werden. Hierfür gibt es einen Bedarf in der Kosmetikindustrie. Es sollen Rückschlüsse auf die Wirksamkeit von Hautcremes gezogen werden.• The measuring head can also be used to measure and evaluate skin folds (especially on the face). There is a need for this in the cosmetics industry. Conclusions can be drawn about the effectiveness of skin creams.
Claims (9)
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