Computer-integrierte Endoskopie

Zusammenfassung

Endoskopische Untersuchungen des Körperinneren sind seit Hippokrates bekannt, aber fanden ihren klinischen Durchbruch erst mit der Entwicklung von Bozzinis „Lichtleiter“. Weitere Fortschritte und Verbesserungen in der diagnostischen Endoskopie konnten durch die Verwendung von Glühbirnen bei der Beleuchtung sowie die Nutzung von Glasfasern zur Übertragung von Licht in den und Bildinformationen aus dem Körper erreicht werden. Durch Integration von Foto- und Videokameras am proximalen oder distalen Ende von starren oder flexiblen Endoskopen wurde es Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts möglich Bilder aus dem Körperinneren nicht nur über das Okular zu betrachten, sondern diese zudem als Einzelbilder, Film- oder Videoaufzeichnungen für die Dokumentation, Forschung und Lehre unabhängig von der Anwesenheit des Patienten zu nutzen und auszuwerten. Das mittlerweile schon fort­geschrittene Zeitalter der Digitaltechnik ermöglicht es zudem seit einigen Jahren, endoskopisch erfasste Bilder und Bildsequenzen nicht nur aus dem Körper quasi in Echtzeit durch das Internet an jeden beliebigen Rechner zu übertragen und zu speichern, sondern eröffnet gleichermaßen bislang ungenutzte Möglichkeit, diese Bilder in geeigneter Weise zu manipulieren und für Betrachter aufzubereiten, sowie durch Rechner automatisch aus­zuwerten.

Speziell diese neuen Möglichkeiten, Inhalte endoskopischer Bilder automatisch auszuwerten und die daraus extrahierte Information für die Dokumentation, Diagnose sowie die Therapie zu nutzen, sollen in diesem Beitrag skizziert werden. Einsatzmöglichkeiten solcher neuen Verfahren der digitalen Bildbearbeitung und -analyse sind die automatische Bildverbesserung wie z. B. das intelligente Entfernen von Wabenmustern in Faserendoskopen, die zeitliche Filterung sowie die Bildrektifizierung rotierter Ansichten, neue Möglichkeiten der Ansichtenerweiterung (Augmentierung) durch Panoramaendoskopie und Überlagerung endoskopischer Ansichten mit präoperativen Bild- und Planungsdaten, sowie die Computer-assistierte Detektion von Tumorvorstufen und Tumoren (CADe) und die Computer-assistierte Diagnose (CADx). Da diese neuen Möglichkeiten der Endoskopie inhärent mit der Nutzung von Computern verbunden sind, bezeichnen wir dieses Feld auch als „Computer-integrierte Endoskopie“.

Abstract

Endoscopic examinations of the inside of the human body have been known since Hippocrates. Nevertheless, the breakthrough of endoscopy came not until the development of Bozzinis “Lichtleiter”. Further progress and advancements in diagnostic endoscopy were rea­ched by the use of electric light for illumination as well as glass fibers for the transmission of light into and image information out of the human body. By the integration of video sensors at the proximal or distal end of rigid or flexible endoscopes, it became possible in the last quarter of the last century to observe the inside of the human body not only via the ocular, but also to capture and use still images and video sequences for documentation, research and education, independent from the presence of the patients. Furthermore, the meanwhile well advanced age of digital technologies facilitates the possibility, not only to transmit and store endoscopically acquired images and sequences from inside the human body in real time through the internet towards almost every arbitrary computer, but likewise opens the currently unused possibilities, to manipulate these images for a modified view for the operator, and furthermore condition, evaluate and analyze them using computers.

Specifically, the new possibilities to automatically analyze the content of endoscopic imagery and the application of the extracted information for enhanced documentation, diagnosis and treatment shall be sketched out in this contribution. The field of application of such new methods of digital image processing and analysis include automatic image enhancement such as the intelligent removal of honey comb patterns in fiberscopic images, temporal image filtering, as well as the rectification of rotated images; new possibilities of view extension (augmentation) using panorama endoscopy and the overlay of endoscopic views with preoperative imagery and planning data; and computer aided detection of dysplasia and tumors (CADe) as well as computer-assisted diagnose (CADx). As these possibilities of endoscopy are inherently coupled with the use of computers, these methods and applications can be referred to as new endoscopic “computer-integrated” endoscopy.

Schlüsselwörter

Endoskopie - Bildverarbeitung und -auswertung - Systemintegration

Key words

endoscopy - image processing and analysis - system integration

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