Endoskopie des Larynx mit Hyperspectral Imaging

Zusammenfassung

Hintergrund

Das Hyperspectral Imaging hat sich in der satellitengestützten Erdfernerkundung z. B. für die Klassifikation der Vegetation bewährt. Nachdem wir dieses Verfahren für die In-vivo-Analyse des Larynx mittels Mikroskopie adaptiert haben, zeigen wir hier die Adaptation auf die Endoskopie.

Material und Methoden

Neben einer Weißlicht-Mikrolaryngoskopie (MLS) erfolgte die Laryngoskopie mit einem Operationsmikroskop, das mit einem verstellbaren Monochromator als Lichtquelle und einer synchron getriggerten monochromatischen Charge-coupled-Device(CCD)-Kamera ausgestattet wurde (n = 47 Patienten), sowie mit einem gleichartig modifizierten starren 0°-Endoskop (n = 16 Patienten). Es wurden jeweils hyperspektrale Bildstapel von 390–680 nm gewonnen, rechnergestützt ausgewertet und die Daten von Mikroskopie und Endoskopie verglichen.

Ergebnisse

Bei der Endoskopie imponierte im Vergleich zur Mikroskopie eine homogenere Ausleuchtung bei gleicher räumlicher Auflösung und signifikant kürzerer Belichtung. Ohne externe Information markierte die hyperspektrale Klassifikation die alterierten Schleimhautareale, unabhängig ob sie mit Mikroskop oder Endoskop generiert wurden.

Schlussfolgerung

Das Prinzip des Hyperspectral Imaging lässt sich nicht nur auf die Mikro(laryngo)skopie, sondern auch auf die starre Endoskopie adaptieren. Damit steht sie bereits jetzt für verschiedene klinisch relevante Regionen zur Verfügung (z. B. oberer Aerodigestivtrakt). Bei Adaptation auf flexible Optiken wird sich dieses Spektrum noch erweitern.

Abstract

Background

Hyperspectral imaging has been proven to be useful in remote earth sensing, e.g., satellite-based classification of vegetation. After modifying it for in vivo evaluation of the larynx using microscopy, we show its adoption for endoscopes.

Materials and methods

In addition to routine microlaryngoscopies under white light inspection, the laryngoscopy was also performed with not only a conventional operation microscope mounted with a tuneable monochromatic light source and a synchronously triggered monochromatic CCD camera (n = 47 patients), but also a similarly modified rigid 0° endoscope (n = 16 patients). Hyperspectral image cubes were obtained between 390 and 680 nm, analyzed using established software tools, and the data using microscope versus endoscope were compared.

Results

Under endoscopy, illumination was more even and sterical resolution appeared unchanged at significantly shorter image acquisition times. Hyperspectral classification delineated areas of altered mucosa without further external information irrespective of whether image cubes were generated with microscopy or endoscopy.

Conclusion

Hyperspectral imaging can be transferred not only to micro(laryngo)scopy but also to endoscopy with rigid optics. This opens the way to a variety of clinically relevant anatomical regions (e.g., upper aerodigestive tract). Its adoption to flexible optics will further broaden this spectrum.