RELAST
Entwicklung eines Systems zur Erkennung einer verringerten Hypertrophie bei der Bildung von Narben
Projektkontext
Im Rahmen des Verbundprojekts „Förderung der atrophischen Narbenreparatur mit Elastin mRNA-basierten Therapeutika“ wurde ein Messsystem zur Erkennung verringerter Hypertrophie bei der Narbenbildung entwickelt. In der klinischen Forschung werden bisher häufig subjektive Skalen zur Bewertung von Narben verwendet [1–3]. In den letzten Jahren wurde der Einsatz stereoskopischer Aufnahmetechniken vorgeschlagen [4]; bisherige Ansätze waren jedoch entweder zu ungenau oder in der Praxis nicht anwendbar.
Aufnahmesystem
Ziel war die Entwicklung eines robusten und praktikablen Systems, das räumliche Strukturen von Narbengewebe erfassen kann. Dazu wurde ein Kamerasystem mit integrierter Beleuchtungseinheit entwickelt, das das Bildfeld automatisch aus vier verschiedenen Richtungen beleuchtet und jeweils ein Bild aufnimmt. Der Aufnahmezyklus dauert weniger als eine Sekunde und ermöglicht die Erfassung von Parametern, die mit der Hypertrophie der Narbe korrelieren.
Bildverarbeitung und Analyse
Die Grundlage für die Berechnungen stammt aus dem Shape-from-Shading-Verfahren [5]. Das Verfahren basiert auf der Annahme einer konstanten Beleuchtung aus definierten Richtungen – diese wird durch das Design des Geräts sichergestellt. Darüber hinaus wird eine stetige Oberfläche vorausgesetzt, was bei Narbengewebe in der Regel zutrifft. Schwieriger ist die Annahme einer konstanten Albedo, also einer gleichmäßigen Rückstrahlung von Licht auf der Oberfläche [6]. Da Hautoberflächen teils glatt und reflektierend sein können, wurde geprüft, ob Bildkorrekturverfahren eine konsistente Analyse ermöglichen.
Die erzeugten Bilder werden homogenisiert und dienen als Grundlage für Algorithmen, die die Hautstruktur und die Hypertrophie des Narbengewebes quantifizieren. Durch diesen Ansatz wird eine objektive Bewertung der Narbenstruktur ermöglicht, die mit klinischen Daten abgeglichen werden kann.
3D-Visualisierung der Messergebnisse
Die hardwareseitige Entwicklung des Messsystems zur Erkennung verringerter Hypertrophie konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Das System steht der klinischen Forschung unter Laborbedingungen zur Verfügung, um Narbenstrukturen und deren Auffälligkeit präzise zu vermessen. Die Funktionsweise wurde an Musterproben nachgewiesen.
Beispiel der 3D-Visualisierung der erzielten Messergebnisse
Download und Förderung
Der vollständige Sachbericht ist verfügbar unter: TIB – Entwicklung eines Messsystems für Narben (Schlussbericht)
Gefördert unter der Kennung E! 12338 RELAST durch: Eurostars-2 joint programme with co-funding from the European Union Horizon 2020 research and innovation programme.
Literatur
- Beausang E, Floyd H, Dunn KW, Orton CI, Ferguson MW. A new quantitative scale for clinical scar assessment. Plast Reconstr Surg. (1998) 102:1954–61.
- van de Kar AL, Corion LUM, Smeulders MJC, Draaijers LJ, van der Horst CMAM, van Zuijlen PPM. Reliable and feasible evaluation of linear scars by the patient and observer scar assessment scale. Plast Reconstr Surg. (2005) 116:514–22.
- Verhaegen PDHM, van der Wal MBA, Middelkoop E, van Zuijlen PPM. Objective scar assessment tools: a clinimetric appraisal. Plast Reconstr Surg. (2011) 127:1561–70. doi: 10.1097/PRS.0b013e31820a641a.
- Peake M, Pan K, Rotatori RM, Powell H, Fowler L, James L, Dale E. Incorporation of 3D stereophotogrammetry as a reliable method for assessing scar volume in standard clinical practice. Burns. 2019 Nov;45(7):1614–1620.
- Zhang R, Tsai P, Cryer J, Shah M. Shape from Shading: A Survey. IEEE Transactions on PAMI, 21(08), Aug 1999, pp. 690–706.
- Pentland AP. Local shading analysis. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 6:170–187, 1984.