Automatische Erkennung von malignen Melanomen zur Untersuchungsunterstützung

Autoren: David Hämmerle, Christian Martin und Albert Christian Kutej

Einleitung

Das Auftreten von Melanomen hat in den vergangenen Jahren aufgrund des erhöhten Sonnen-konsums drastisch zugenommen. Im fortgeschrittenen Stadium ist die Prognose schlecht und die therapeutischen Möglichkeiten sind gering. Rechtzeitig erkannt besteht jedoch eine sehr hohe Heilungs-chance durch Exzision. Aus diesem Grund haben wir uns dem Thema der Früherkennung von malignen Melanomen gewidmet.
Die von uns entwickelte Software soll den Arzt bei der Diagnose von Muttermalen unterstützen. Die Betonung liegt auf unterstützen; das System soll den Dermatologen keinesfalls ersetzen, sondern auf visuelle Weise darstellen, welche Eigenschaften des Muttermales bedenklich sind.
Grundsätzlich ist ein Muttermal nach folgenden fünf Kriterien zu analysieren:
Erhabenheit, Durchmesser, Asymmetrie, Begrenzung, Farbe.

Unsere Software ermöglicht die Auswertung bezüglich Asymmetrie, Begrenzung und Farbe (die Erhabenheit wird derzeit nicht ausgewertet). Überschreiten diese drei Kriterien in Summe einen festgesetzten Grenzwert, so wird eine optische Warnung ausgegeben, die den Arzt aufmerksam machen soll, sich das betreffende Melanom genauer anzusehen.

Asymmetrie Begrenzung Farbe

Extrahieren des Melanoms

Zuerst wird das Farbbild in ein binäres Bild umgewandelt (mittels Treshold). Anschließend werden die umliegenden Artefakte weg-gefiltert und kleine Löcher innerhalb des Objekts aufgefüllt.

Bewerten des Farbverlaufes

Danach wandelt man das binäre Bild in ein 8-Bit Grau-stufenbild um. Im nächsten Schritt werden die einzelnen Farbschichten extrahiert (rot, grün und blau) und mit dem Graustufenbild multipliziert. Die so erhaltenen Bilder werden zusammen-gesetzt und ergeben wieder ein Farbbild, das nur den ausge-wählten Bereich enthält. Aus diesem Bildausschnitt kann nun eine Bewertung der Farbverläufe durchgeführt werden, da störende umliegende Hautbereiche weggefiltert wurden. Wie bereits erwähnt, kann über den Farbverlauf ein Rückschluss auf die Bösartigkeit erfolgen.

Bestimmung der Symmetrie

Zur Bestimmung der Symmetrie verwenden wir eine Edge-Detection-Funktion. Dazu legen wir ein Gitter über das Melanom und lassen dieses rotieren, um die längste Achse des Melanoms zu erhalten. Diese Achse ist die Grundlage, um das Bild in vier gleich große Quadranten einzuteilen. Damit wird es ermöglicht, das Melanom auf Symmetrie zu untersuchen. Wir haben dabei folgenden Lösungsansatz verwendet:

Die vier Quadranten enthalten jeweils einen Teil des extrahierten Melanoms. Nach Subtraktion der vier Quadranten stellt die Auswertung der übriggebliebenen Fläche ein Maß für die Symmetrie dar.

Begrenzung

Für die Auswertung der Begrenzung wurde das Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse herangezogen. Hauptachse und Nebenachse können wir aus der Berechnung der Symmetrie verwenden. Das Bild wird in Richtung der Nebenachse um den Faktor Hauptachse zu Nebenachse gestreckt. Dadurch wird es möglich, mit Hilfe des Heywood Circularity Factors eine Bewertung der Begrenzung zu erhalten.

Auswertung

Um aus den erhaltenen Werten von Farbverlauf, Symmetrie und Begrenzung eine Aus-wertung für den Befund zu erhalten, haben wir ein Punktesystem laut den unten angeführten Tabellen erstellt.

User Interface

Die untenstehende Abbildung zeigt das User Interface unseres Programms. Die zu unter-suchenden Bilder werden nach Auswahl über einen File Dialog in einem separaten Fenster angezeigt.

Kontakte: Fachhochschule TECHNIKUM Kärnten, Studiengang Medizinische Informationstechnik, Primoschgasse 8, A-9020 Klagenfurt, Tel.: +43 463 90500-0, www.fh-kaernten.at

Autoren: David Hämmerle: 0099hada@edu.fh-kaernten.ac.at, Christian Martin: 0099mach@edu.fh-kaernten.ac.at, Albert Christian Kutej: 0099kual@edu.fh-kaernten.ac.at

Extrahieren des Melanoms Zuerst wird das Farbbild in ein binäres Bild umgewandelt (mittels Treshold). Anschließend werden die umliegenden Artefakte weg-gefiltert und kleine Löcher innerhalb des Objekts aufgefüllt.
Bewerten des Farbverlaufes Danach wandelt man das binäre Bild in ein 8-Bit Grau-stufenbild um. Im nächsten Schritt werden die einzelnen Farbschichten extrahiert (rot, grün und blau) und mit dem Graustufenbild multipliziert. Die so erhaltenen Bilder werden zusammen-gesetzt und ergeben wieder ein Farbbild, das nur den ausge-wählten Bereich enthält. Aus diesem Bildausschnitt kann nun eine Bewertung der Farbverläufe durchgeführt werden, da störende umliegende Hautbereiche weggefiltert wurden. Wie bereits erwähnt, kann über den Farbverlauf ein Rückschluss auf die Bösartigkeit erfolgen.
Bestimmung der Symmetrie Zur Bestimmung der Symmetrie verwenden wir eine Edge-Detection-Funktion. Dazu legen wir ein Gitter über das Melanom und lassen dieses rotieren, um die längste Achse des Melanoms zu erhalten. Diese Achse ist die Grundlage, um das Bild in vier gleich große Quadranten einzuteilen. Damit wird es ermöglicht, das Melanom auf Symmetrie zu untersuchen. Wir haben dabei folgenden Lösungsansatz verwendet:
Die vier Quadranten enthalten jeweils einen Teil des extrahierten Melanoms. Nach Subtraktion der vier Quadranten stellt die Auswertung der übriggebliebenen Fläche ein Maß für die Symmetrie dar. Begrenzung Für die Auswertung der Begrenzung wurde das Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse herangezogen. Hauptachse und Nebenachse können wir aus der Berechnung der Symmetrie verwenden. Das Bild wird in Richtung der Nebenachse um den Faktor Hauptachse zu Nebenachse gestreckt. Dadurch wird es möglich, mit Hilfe des Heywood Circularity Factors eine Bewertung der Begrenzung zu erhalten. Auswertung Um aus den erhaltenen Werten von Farbverlauf, Symmetrie und Begrenzung eine Aus-wertung für den Befund zu erhalten, haben wir ein Punktesystem laut den unten angeführten Tabellen erstellt.