Bildanalyse bei in vivo Laserscanning-Mikroskopie

Dermatologische Diagnosen stützen sich oft auf die morphologische Analyse makrokopischer und mikroskopischer Kriterien. Während die makroskopische Untersuchung mit freiem Auge oder einer Lupe keine Belastung für den Patienten darstellt, erfordert die mikroskopische Untersuchung in der Regel die operative Entnahme einer Hautbiopsie mit nachfolgender histotechnischer Präparation. In den letzten Jahren wurden mehrere Methoden vorgestellt, die eine mikroskopische Untersuchung bereits in vivo, ohne Gewebeentnahme, ermöglichen sollten. Als besonders aussichtsreiche Methode erscheint die In vivo-Laser-Scanning-Mikroskopie. Dieses Gerät enthält einen Laser als Lichtquelle, wobei das Licht durch das Mikroskopobjektiv in die Haut projiziert wird. Das reflektierte Licht wird wiederum durch das Objektiv gesammelt und durch eine mikroskopisch kleine Öffnung ("pinhole") auf einen Detektor projiziert. Durch die Bewegung von Objekt oder Ablenkspiegeln kann dann ein scharfes Abbild der Fokusebene synthetisiert werden. An der Haut können die einzelnen Hautschichten bis zu einer Tiefe von etwa 350 m gut unterschieden werden, wobei die laterale Auflösung 0.5 - 1.0 m und die vertikale Schichtdicke 3 - 5 m beträgt. Bisherige Untersuchungen an einzelnen Fällen haben gezeigt, dass sich spezifische Strukturen von Melanomen, gutartigen Muttermalen, anderen Hauttumoren und von entzündlichen Dermatosen sowie altersbedingte Veränderungen der Haut darstellen lassen. Die gegenständliche Studie hat zum Ziel, die in vivo-Laser-Scanning-Mikroskopie durch die Verbindung mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung zu einer diagnostisch anwendbaren Methode in der Dermatologie zu führen. Zuerst werden bildverbessernde Methoden zu besseren subjektiven Beurteilung der in vivo- mikroskopischen Bilder entwickelt. Im Anschluss wird durch bildanalytische und statistische Verfahren nach Möglichkeiten zur automatischen Strukturdetektion gesucht, welche wiederum eine Grundlage für automatisch fassbare quantitative Auswertungen darstellt. Im folgenden wird die diagnostische Aussagekraft hinsichtlich melanozytärer Hauttumoren, insbesondere maligner Melanome, evaluiert. Zusätzlich werden Anwendungen in der mikroskopisch-kontrollierten operativen Dermatologie und bei der Auswertung komplexer in vitro-Modell der Haut untersucht. Das Projekt hat zum Ziel, die Laser-Scanning-Mikroskopie zu einer diagnostischen in vivo-Methode zu entwickeln, die in bestimmten Situationen den Verzicht auf eine operative Biopsie ermöglicht und die das nicht- invasive Verlaufsmonitoring von Hauterkrankungen gestattet.

Hauttumoren stellen weltweit die häufigsten Tumorerkrankungen dar. In der weißen Bevölkerung sind am häufigsten die epithelialen - nicht melanozytären - Hauttumoren, namentlich das Basalzellkarzinom. Das Melanom dagegen, das von den Pigmentzellen ausgeht, ist mit Abstand die häufigste Todesursache im Zusammenhang mit Hauttumoren. Eine frühzeitige Exzision eines Hauttumors bietet eine hohe Wahrscheinlichkeit einer definitiven Heilung. Daher ist es äußerst wichtig, dass Hauttumoren früh erkannt werden und dass hierfür sichere, für den Patienten wenig belastende diagnostische Methoden zur Verfügung stehen. Nachdem oft aber erst bei der mikroskopischen Untersuchung die Gefährlichkeit eines Hauttumors endgültig geklärt werden kann, kommt es oft zu diagnostischen operativen Entfernungen von Hauttumoren, die sich nachträglich doch als gutartig herausstellen. In diesem Forschungsprojekt wurde die konfokale Laserscanmikroskopie in vivo benutzt und hinsichtlich ihrer diagnostischen Treffsicherheit getestet. Bei der konfokalen Laserscanmikroskopie handelt es sich um eine nicht- invasive und daher für den Patienten nicht schmerzhafte und nicht belastende Methode. Sie liefert Bilder, die eine Beurteilung der histologischen und sogar der zytologischen Details erlauben, wie es sonst nur in der konventionellen Histologie anhand von operativ entfernten Präparaten möglich ist. In unserer Studie untersuchten wir mehr als 250 Patienten und erhoben und speicherten viele Tausend Laserscanbilder von verschiedenen Hauttumoren. Diese Bilder wurden in Hinblick auf diagnostische Möglichkeiten zur Erkennung von bösartigen Hautläsionen ausgewertet. Damit die Ergebnisse nicht durch die Erwartungshaltung der beurteilenden Person verfälscht würden, wurden alle diagnostischen Kriterien und diagnostischen Algorithmen von einer größeren Zahl von Untersuchungen unabhängig voneinander bewertet, wobei die Untersucher die tatsächlichen Diagnosen bei den einzelnen Läsionen nicht kannten. Dabei konnte für maligne Melanome, aber auch für andere bösartige Hauttumoren eine Treffsicherheit von mehr als 95 % erzielt werden. Unsere Forschungen zeigen, dass die in vivo-konfokale Laserscanmikroskopie eine wertvolle Methode zur Diagnostik von Hauttumoren darstellt. Wenn diese Methode breit angewandt wird, wird es möglich sein, viele unnötige operative Eingriffe an gutartigen Hautläsionen zu vermeiden und bei Patienten mit bösartigen Hauttumoren frühzeitig und noch vor der Operation eine definitive Diagnose zu stellen.