Hyperspektrale Tiefenrekonstruktion durch einen Iso-Punkt-Ansatz zum Verständnis der Licht-Materie-Interaktion in trüben Medien auf einer makroskopischen Skala.

• Antragsteller: Dr.-Ing. Martin Hohmann
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503621669

Die hyperspektrale Bildgebung wird mehr und mehr zu einem Instrument, das von der präklinischen Forschung zur klinischen Anwendung vordringt. Während die hohe spektrale Auflösung der hyperspektralen Bildgebung die Erfassung vieler physiologischer Parameter ermöglicht, erschwert sie gleichzeitig die direkte Analyse der hyperspektralen Bilder durch visuelle Inspektion. Eine Möglichkeit, dies zu überwinden, ist das maschinelle Lernen. Es stellt damit einen der wichtigsten Ansätze für die Weiterentwicklung der hyperspektralen Bildgebung hin zur klinischen Anwendung dar. Viele Aspekte der makroskopischen Wechselwirkung von Licht mit trüben Medien sind noch unvollständig verstanden oder nicht bekannt. Es ist zwar allgemein bekannt, dass die Tiefe eines Einschlusses die Rückreflexionsspektren an der Oberfläche verändert. Bis vor kurzem war es unbekannt, dass es eine Wellenlänge gibt, bei der Intensität der Reflexion von der Tiefe des Einschlusses nicht beeinflusst wird und daher als Iso-Punkt bezeichnet werden kann. Dies konnte im DFG-geförderten Projekt zeigen. Anhand dieses Iso-Punkts kann die Tiefe eines Einschlusses bestimmt werden. Bislang konnte das jedoch nur qualitativ gezeigt werden.Das geplante Forschungsprojekt konzentriert sich daher auf die quantitative Transformation von hyperspektralen Bildern in Tiefenkarten von Einschlüssen durch den Iso-Punkt-Ansatz. So können zum Beispiel dreidimensionale angiographische Informationen mit einem einzigen Bild aus der Ferne nicht-invasiv gewonnen werden. Ziel ist es, dass die Methode für einen breiten Bereich von Streu- und Absorptionskoeffizienten des untersuchten Gewebes anwendbar ist. Im Idealfall kann das Prinzip des Iso-Punkts im geplanten Forschungsprojekt sogar so gut verstanden werden, dass eine Rekonstruktion aus einem RGB-Bild möglich ist. In diesem Fall könnte die vorgestellte Methode problemlos in klinischen Einrichtungen weltweit zur Erkennung von Krankheiten eingesetzt werden, da lediglich eine handelsübliche RGB-Kamera benötigt wird. Aber auch ohne die Möglichkeit, RGB-Bilder zu verwenden, ermöglicht die Iso-Punkt-Methode aufgrund der jüngsten Fortschritte bei kommerziell erhältlichen Hyperspektralkameras die Rekonstruktion von Tiefeninformationen mit einem deutlich kostengünstigeren und einfacheren Aufbau im Vergleich zur photoakustischen Tomographie oder optischen Kohärenztomographie. Da zum Beispiel ein Tumor die dreidimensionalen angiographischen Strukturen verändert, hat die vorgestellte Methode das Potenzial für breite medizinische Anwendungen bei der Tumorerkennung und -bewertung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Michael Schmidt