Farbtexturbasierte optische Gewebeerkennung auf hochauflösenden endoskopischen Farbbildern des Ösophagus

Hintergrund/Einleitung: Endoskopische Untersuchungen bei Patienten mit V.a. Barrett-Ösophagus sind derzeit noch mit einer diagnostischen Unsicherheit behaftet, da makroskopisch nur unbefriedigend zwischen Cardiaschleimhaut, Barrettschleimhaut und Neoplasien unterschieden werden kann. Neue Ansätze dieses Problem zu lösen, sind die Verwendung von Farbstoffen und die Zoomendoskopie.

Zielsetzung: Ein langfristiges Ziel ist dabei eine automatische, bildbasierte Gewebeerkennung im Ösophagus als Ergänzung zur konventionellen Biopsie. Hierdurch soll eine gezieltere Biopsie wie auch eine Objektivierung des Befundes unterstützt werden.

Material und Methoden: Auf einer Stichprobe von zoom-endoskopischen Aufnahmen (115 fach, nach Essigkontrastierung) des Ösophagus bei 35 Patienten wurden 176 histologisch gesicherte Regionen selektiert und zur Evaluierung verwendet. Es handelt sich hierbei um Regionen, die Plattenepithel, Schleimhaut der Cardia, des Corpus sowie Barrett-Schleimhaut zeigen. Ausgewählte Grauwert- und Farbtexturmerkmale aus dem Gebiet der Mustererkennung wurden bezüglich ihrer Klassifikationssicherheit evaluiert. Zur Schätzung der Erkennungsrate wurde das sog. Leaving-One-Out-Verfahren angewendet.

Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass eine automatische Klassifikation der verschiedenen Gewebe mit Erkennungsraten von bis zu 80% im Leaving-one-out Verfahren möglich ist. In der speziellen Problemstellung Cardia- ggü. Barrett-Schleimhaut werden Sensitivitäten von 71% (Cardia) bzw. 92% (Barrett) erreicht. Dabei zeigt sich die Überlegenheit der kombinierten Farbtexturmerkmale gegenüber konventionellen Grauwertalgorithmen respektive Farbhistogrammen.

Schlussfolgerung: Die vorgestellten Ergebnisse zeigen das Potential für eine objektive Arztunterstützung bei der Gewebeerkennung. Die noch vorhandenen Unsicherheiten in der Klassifikation von Barrett-Schleimhaut und Cardia-Schleimhaut beruhen zum einen sicher auf der inhärenten Ähnlichkeit zwischen beiden Geweben. Andererseits führen die Einflüsse der Lichtquellen und Endoskope zu Farbveränderungen und inhomogener Beleuchtung, die sich negativ auf die Verfahren auswirken können. Hierbei erwarten wir uns weitere Verbesserungen durch Farbnormierungs- bzw. Farbkalibrierungsverfahren.