CH706988A1

CH706988A1 - Apparatus and method for characterization of tissue.

Info

Publication number: CH706988A1
Application number: CH01684/12A
Authority: CH
Inventors: Mathias Bonmarin; Nils Reinke; Andreas Fastrich
Original assignee: Mathias Bonmarin
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-31
Also published as: EP2897520A1; WO2014043822A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Charakterisierung von Gewebe, insbesondere von Hautläsionen, bereitgestellt. Die Vorrichtung (1) umfasst eine Stimulationsvorrichtung (8) zur thermischen Stimulation des Gewebes, eine Modulationsvorrichtung (4) zur Modulation der Temperatur des Gewebes, eine Infrarotkamera (14) zur Erfassung von modulierten Infrarotbildern, eine mit der Infrarotkamera verbundene Recheneinheit (5) zur Demodulation der modulierten Infrarotbilder und ein Anzeigemodul (6) zur Darstellung der von der Recheneinheit demodulierten Bilder. Die Modulationsvorrichtung (4) und die Infrarotkamera (14) sind derart synchronisiert, dass eine vom Gewebe abgestrahlte, modulierte Infrarotstrahlung mittels der Infrarotkamera (14) während der thermischen Stimulation des Gewebes erfassbar ist.A device and method for characterizing tissue, particularly skin lesions, is provided. The device (1) comprises a stimulation device (8) for thermal stimulation of the tissue, a modulation device (4) for modulating the temperature of the tissue, an infrared camera (14) for acquiring modulated infrared images, a computing unit (5) connected to the infrared camera Demodulation of the modulated infrared images and a display module (6) for displaying the images demodulated by the arithmetic unit. The modulation device (4) and the infrared camera (14) are synchronized in such a way that a modulated infrared radiation emitted by the tissue can be detected by means of the infrared camera (14) during the thermal stimulation of the tissue.

Description

Beschreibung description

Hintergrund background

[0001 ] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Charakterisierung von Gewebe, insbesondere von Hautläsionen, gemäss den unabhängigen Ansprüchen. The invention relates to a device and a method for characterizing tissue, in particular skin lesions, according to the independent claims.

Stand der Technik State of the art

[0002] Verfahren zur Charakterisierung von Gewebe sind in vielen Technikbereichen bekannt. Beispielsweise werden solche Verfahren bei der Charakterisierung von Haut verwendet, um Hautläsionen zu detektieren. Bisher haben sich in diesem Bereich die Methoden auf eine visuelle Untersuchung der Haut beschränkt. Diese Methode ist subjektiv und eine nach einer visuellen Charakterisierung der Haut, also nach einer Unterteilung der Haut in Bereiche mit verschiedenen Eigenschaften, stattfindende Diagnose bzw. Identifizierung von Hautläsionen, wie z.B. Krebszellenbereiche, hängt stark von der Erfahrung des jeweiligen Arztes ab. Methods for characterizing tissue are known in many fields of technology. For example, such methods are used in the characterization of skin to detect skin lesions. So far, in this area, the methods have been limited to a visual examination of the skin. This method is subjective and a diagnosis of skin lesions, such as after a visual characterization of the skin, ie after a subdivision of the skin into areas with different properties, such as e.g. Cancer cell areas, depends greatly on the experience of the respective doctor.

[0003] Einige Geräte und Techniken wurden vorgeschlagen, um diese Charakterisierung zu vereinfachen und mit höherer Genauigkeit durchzuführen. Eine solche Technik basiert auf der aktiven Thermographie. Some devices and techniques have been proposed to simplify this characterization and to perform with higher accuracy. Such a technique is based on active thermography.

[0004] Die aktive Thermographie basiert auf einer Erwärmung oder einem Abkühlen eines zu untersuchenden Gewebebereichs und auf einer anschliessenden ortsaufgelösten Aufzeichnung der Oberflächentemperatur des Gewebes. Dabei erzeugt die Erwärmung oder Abkühlung einen nichtstationären Temperaturgradienten innerhalb des zu untersuchenden Gewebes, der wiederum die Verteilung der Oberflächentemperatur beeinflusst. Hat ein Bereich des Gewebes, insbesondere auch unterhalb seiner Oberfläche, unterschiedliche thermo-physikalische Eigenschaften im Vergleich zu seiner Umgebung, wie z.B. eine unterschiedliche Dichte, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, usw., so beeinflusst dieser Bereich den Wärmefluss und folglich auch die zeitabhängige Oberflächentemperatur. Durch die Überwachung der zeitabhängigen Oberflächentemperatur ist es daher möglich, Bereiche mit unterschiedlichen thermo-physikalischen Eigenschaften unterhalb der Oberfläche zu detektieren. Bei der aktiven Thermographie wird der Untersuchungsgegenstand durch Konduktion, Konvektion oder Absorption erhitzt oder durch Konduktion oder Konvektion gekühlt. Dabei kann die Energieübertragung kontinuierlich oder periodisch sein. Die Prinzipien der aktiven Thermographie finden sich z.B. im Dokument «Infrared thermal imaging» von M. Vollmer und K.P. Möllmann, Wiley-VCH, 2010. The active thermography is based on heating or cooling of a tissue region to be examined and on a subsequent spatially resolved recording of the surface temperature of the tissue. The heating or cooling generates a non-stationary temperature gradient within the tissue to be examined, which in turn influences the distribution of the surface temperature. If a region of the fabric, especially below its surface, has different thermo-physical properties compared to its environment, e.g. a different density, heat capacity, thermal conductivity, etc., this area influences the heat flow and consequently the time-dependent surface temperature. By monitoring the time-dependent surface temperature, it is therefore possible to detect areas with different thermo-physical properties below the surface. In active thermography, the object under investigation is heated by conduction, convection or absorption or cooled by conduction or convection. The energy transfer can be continuous or periodic. The principles of active thermography can be found e.g. in the document "Infrared thermal imaging" by M. Vollmer and K.P. Möllmann, Wiley-VCH, 2010.

[0005] Bei der Untersuchung von Haut weisen manche Läsionstypen andere thermo-physikalische Eigenschaften auf als gesunde Haut. Insbesondere werden im Falle von Krebsläsionen eine höhere metabolische Wärmeentwicklung und eine höhere Blutperfusionsrate am Ort der Läsion erwartet. In the study of skin, some types of lesions have different thermo-physical properties than healthy skin. In particular, in the case of cancerous lesions, higher metabolic heat development and a higher blood perfusion rate at the site of the lesion are expected.

[0006] WO 2010 065 052 A1 offenbart ein medizinisches Diagnosesystem, bei dem die Hautoberfläche durch Zufuhr von kalter Luft während maximal einer Minute abgekühlt wird. Mit einer hochempfindlichen stationären InSb-lnfrarotkamera wird das thermische Verhalten der Haut nach der thermischen Stimulation aufgezeichnet. Nach einer Nachbearbeitung der Infrarotbilder zur Kompensation von Bewegungen des Patienten wird die zeitabhängige Temperatur der Haut berechnet und das Ergebnis mit einem Computermodel für die Wärmeübertragung verglichen. Dabei hat sich gezeigt dass sich die thermische Signatur von Melanomen sehr von derjenigen von gesundem Gewebe oder von gutartigen melanozytären Nävi unterscheidet. Ferner wurde herausgefunden dass der thermo-physikalische Hauptparameter, der das thermische Verhalten beeinflusst, die Blutperfusion ist, wobei die anderen oben genannten Parameter eine eher untergeordnete Rolle spielen. [0006] WO 2010 065 052 A1 discloses a medical diagnostic system in which the skin surface is cooled by supplying cold air for a maximum of one minute. With a highly sensitive stationary InSb infrared camera, the thermal behavior of the skin after thermal stimulation is recorded. After post-processing the infrared images to compensate for patient movement, the time-dependent skin temperature is calculated and the result compared to a computer model for heat transfer. It has been shown that the thermal signature of melanoma is very different from that of healthy tissue or benign melanocytic nevi. It has also been found that the main thermo-physical parameter affecting thermal behavior is blood perfusion, the other parameters mentioned above playing a rather minor role.

[0007] In DE 1 9515 317 A1 wird die Hauttemperatur kontaktthermometrisch oder berührungslos nach der Stimulation gemessen, wobei das Dokument keine Aussage über die Vorgehensweise bei der Messung macht. In DE 1 9515 317 A1, the skin temperature is measured by contact thermometry or without contact after stimulation, the document making no statement about the procedure for the measurement.

[0008] Die genannten Verfahren messen die Temperatur der Hautoberfläche nach der Stimulation, wodurch die Ergebnisse relativ ungenau sind. Ferner ist die Messung bei WO 2010065052 AI umständlich, da der Patient derart positioniert werden muss, dass er einerseits nicht zu weit von der Infrarotkamera und andererseits die zu untersuchende Hautpartie für die Kamera sichtbar ist. The above methods measure the temperature of the skin surface after stimulation, whereby the results are relatively inaccurate. Furthermore, the measurement in WO 2010065052 AI is cumbersome, since the patient must be positioned so that it is not too far from the infrared camera on the one hand and on the other hand, the examined skin area for the camera visible.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

[0009] Es ist Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile auszuräumen bzw. zu minimieren. It is an object of the invention to eliminate the disadvantages mentioned or to minimize.

[0010] Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung zur Charakterisierung von Gewebe, insbesondere von Hautläsionen, dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Stimulationsvorrichtung zur thermischen Stimulation des Gewebes, eine Modulationsvorrichtung zur Modulation der Temperatur des Gewebes, eine Infrarotkamera zur Erfassung von modulierten Infrarotbildern, eine mit der Infrarotkamera verbundene Recheneinheit zur Demodulation der modulierten Infrarotbilder und ein Anzeigemodul zur Darstellung der von der Recheneinheit demodulierten Bilder umfasst. Die Modulationsvorrichtung und die Infrarotkamera sind derart synchronisiert, dass eine vom Gewebe abgestrahlte, modulierte Infrarotstrahlung mittels der Infrarotkamera während der thermischen Stimulation des Gewebes erfassbar ist. This object is achieved in the aforementioned device for characterizing tissue, especially skin lesions, characterized in that the device is a stimulation device for thermal stimulation of the tissue, a modulation device for modulating the temperature of the tissue, an infrared camera for detecting modulated infrared images , a computing unit connected to the infrared camera for demodulating the modulated infrared images and a display module for displaying the images demodulated by the computing unit. The modulation device and the infrared camera are synchronized in such a way that a modulated infrared radiation emitted by the tissue can be detected by means of the infrared camera during the thermal stimulation of the tissue.

[0011 ] Ferner wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Charakterisierung von Gewebe, insbesondere von Hautläsionen, mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung gelöst. Dabei wird zunächst ein tragbarer Inspektionskopf auf dem Gewebe aufgesetzt. Anschliessend wird die thermische Stimulation mittels der Stimulationsvorrichtung auf das Gewebe appliziert Furthermore, the object is achieved with a method for characterizing tissue, in particular skin lesions, by means of an apparatus according to the invention. First, a portable inspection head is placed on the fabric. Subsequently, the thermal stimulation is applied to the tissue by means of the stimulation device

2 und die Bilderfassung der Infrarotkamera aktiviert. Danach wird eine Frequenz der Bilderfassung mit der Modulationsfrequenz der Modulationsvorrichtung synchronisiert und modulierte Infrarotbilder mittels der Infrarotkamera erfasst. Die modulierten Infrarotbilder werden danach mittels der Recheneinheit demoduliert und die demodulierten Infrarotbilder auf dem Anzeigemodul dargestellt. Die modulierten Infrarotbilder einer vom Gewebe abgestrahlten, modulierten Infrarotstrahlung werden während der thermischen Stimulation erfasst. 2 and the image capture of the infrared camera activated. Thereafter, a frequency of image acquisition is synchronized with the modulation frequency of the modulation device and modulated infrared images are detected by means of the infrared camera. The modulated infrared images are then demodulated by means of the arithmetic unit and the demodulated infrared images are displayed on the display module. The modulated infrared images of tissue-emitted, modulated infrared radiation are detected during thermal stimulation.

[0012] Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren ist es möglich, erheblich präzisere Ergebnisse des Gewebeverhaltens bei der Stimulation mit Wärme zu gewinnen, da das Verhalten des Gewebes unmittelbar während der Stimulation festgehalten wird und die dadurch gewonnenen zeitabhängigen Temperaturmuster viel besser mit dem Stimulationsmuster korreliert werden können. Die vorliegende Vorrichtung ist daher empfindlicher als bisherige Lösungen. By means of the device according to the invention and the method according to the invention, it is possible to obtain considerably more precise results of the tissue behavior in the stimulation with heat, since the behavior of the tissue is recorded directly during the stimulation and the time-dependent temperature patterns obtained thereby much better with the stimulation pattern can be correlated. The present device is therefore more sensitive than previous solutions.

[0013] Eine Berechnung der absoluten Gewebetemperatur ist schwierig, da dafür Informationen über Parameter wie Gewebeemissivität, Luftübertragungskoeffizienten, usw. notwendig sind. Dadurch dass die lock-in Demodulation direkt durch die Verwendung von Bildern der thermischen Abstrahlung der Haut erfolgen kann, ergibt sich der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass die Berechnung der absoluten Gewebetemperatur nicht notwendig ist. Calculation of the absolute tissue temperature is difficult because it requires information about parameters such as tissue emissivity, air transfer coefficients, etc. The fact that the lock-in demodulation can be effected directly by the use of images of the thermal radiation of the skin, the advantage of the inventive method results that the calculation of the absolute tissue temperature is not necessary.

[0014] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen. Further advantageous embodiments will be apparent from the further dependent claims.

[0015] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Infrarotkamera innerhalb eines tragbaren Inspektionskopfes angeordnet, der auf dem Gewebe aufsetzbar ist. Dabei umfasst der Inspektionskopf mindestens einen Kanal zur Zuführung der thermischen Stimulation auf das Gewebe. Diese Anordnung hat den Vorteil einer kompakten Bauweise des Inspektionskopfes. Dadurch dass die Infrarotkamera im Inspektionskopf eingebaut ist, wird der Aktionsradius der Vorrichtung erweitert und die zu untersuchenden Gegenstände müssen nicht vorgängig in eine bestimmte Lage bzw. Position gebracht werden. Ferner ist bei dieser Anordnung die Kamera stets in einem im Wesentlichen im Vergleich zu bekannten Lösungen konstanten kleinen Abstand von dem zu untersuchenden Gewebebereich. Dadurch verbessert sich die Messgenauigkeit erheblich, da äussere Temperatureinflüsse bzw. Luftströmungen, wie Zugluft, im Untersuchungsraum eine vernachlässigbare Rolle spielen. In a particularly advantageous embodiment, the infrared camera is disposed within a portable inspection head, which is placed on the fabric. In this case, the inspection head comprises at least one channel for supplying the thermal stimulation to the tissue. This arrangement has the advantage of a compact design of the inspection head. The fact that the infrared camera is installed in the inspection head, the range of action of the device is extended and the objects to be examined need not be placed in a certain position or position beforehand. Furthermore, in this arrangement, the camera is always in a substantially constant compared to known solutions, small distance from the tissue to be examined. As a result, the measurement accuracy improves significantly, since external temperature influences or air currents, such as drafts, play a negligible role in the examination room.

[0016] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung sind die Stimulationsvorrichtung und/ oder die Modulationsvorrichtung zu einer periodischen Stimulation bzw. Modulation der Temperatur des Gewebes ausgestaltet. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Messungen bzw. die Auswertung der Messergebnisse erheblich gesteigert. In a further particularly advantageous embodiment of the device, the stimulation device and / or the modulation device are designed for a periodic stimulation or modulation of the temperature of the tissue. This considerably increases the sensitivity of the measurements or the evaluation of the measurement results.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

[0017] Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. It shows

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung; Fig. 1 shows an embodiment of the inventive device;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Inspektionskopfes; FIG. 2 shows a first embodiment of an inspection head; FIG.

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Inspektionskopfes; 3 shows a second embodiment of an inspection head;

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Inspektionskopfes; 4 shows a third embodiment of an inspection head;

Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention

[0018] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1. Sie umfasst eine Stimulationsvorrichtung zur thermischen Stimulation eines Gewebes 8. Die Stimulationsvorrichtung umfasst ein Klimagerät 3 zur Erzeugung einer auf das Gewebe 8 geführten Luftströmung als thermische Stimulation. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Modulationsvorrichtung 4 zur Modulation der Temperatur der Luftströmung und damit des Gewebes 8. Das Klimagerät 3 ist zur Modulation der Luftströmung mit der Modulationsvorrichtung 4 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Modulationsvorrichtung 4 am Luftausgang des Klimageräts 3 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung 1 kann die Modulationsvorrichtung 4 in einem näher zu beschreibenden Inspektionskopf 2, der auf dem Gewebe aufsetzbar ist, angeordnet sein. Das Klimagerät 3 ist mittels mindestens eines flexiblen, thermisch isolierten Schlauchs 7 mit dem mindestens einen Kanal des Inspektionskopfes 2 verbunden. Der Inspektionskopf 2 umfasst mindestens einen Kanal zur Zuführung der thermischen Stimulation auf dem Gewebe 8. Eine Infrarotkamera 14 ist innerhalb des tragbaren Inspektionskopfes 2 angeordnet. Die Infrarotkamera 14 ist über ein Datenkabel 10c mit einer Recheneinheit 5 zur Demodulation der modulierten Infrarotbilder verbunden. Die Recheneinheit 5 ist ausgangsseitig mit einem Anzeigemodul 6 zur Darstellung der von der Recheneinheit demodulierten Bilder 1 1 a, 1 1 b verbunden. Eine Steuerungseinheit 9 dient zur Steuerung der Modulationsvorrichtung 4, um die gewünschte periodische Stimulation zu erzeugen. Sie ist einerseits über ein Kabel 10b mit der Recheneinheit 5 verbunden, um von dieser eine benutzerdefinierte Modulationsart in der Form von digitalen Signalen zu empfangen, und andererseits mit der Modulationsvorrichtung 4, um ein elektrisches Signal für die Erzeugung der periodischen Modulation in der Modulationsvorrichtung 4 an diese zu übertragen. 1 shows an embodiment of the inventive device 1. It comprises a stimulation device for thermal stimulation of a tissue 8. The stimulation device comprises an air conditioner 3 for generating an air flow guided on the tissue 8 as a thermal stimulation. Furthermore, the device 1 comprises a modulation device 4 for modulating the temperature of the air flow and thus of the tissue 8. The air conditioner 3 is connected to the modulation device 4 for modulation of the air flow. In this embodiment, the modulation device 4 is arranged at the air outlet of the air conditioner 3. In another embodiment of the device 1, the modulation device 4 can be arranged in an inspection head 2 to be described in more detail, which can be placed on the fabric. The air conditioner 3 is connected by means of at least one flexible, thermally insulated hose 7 with the at least one channel of the inspection head 2. The inspection head 2 includes at least one channel for delivering thermal stimulation to the tissue 8. An infrared camera 14 is disposed within the portable inspection head 2. The infrared camera 14 is connected via a data cable 10c to a computing unit 5 for demodulation of the modulated infrared images. On the output side, the arithmetic unit 5 is connected to a display module 6 for displaying the images 1 1 a, 1 1 b demodulated by the arithmetic unit. A control unit 9 serves to control the modulation device 4 to generate the desired periodic stimulation. It is connected on the one hand via a cable 10b to the arithmetic unit 5 for receiving therefrom a user-defined type of modulation in the form of digital signals, and on the other hand to the modulating device 4 for supplying an electrical signal for generating the periodic modulation in the modulating device 4 to transfer these.

[0019] Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Inspektionskopfes 2, der mit einem Gewebe 8 in Kontakt ist. Er umfasst in einem Gehäuse 2a einen Kanal 13 zur Zufuhr der periodischen, modulierten, thermischen Stimulation 12a, die über den Fig. 2 shows a first embodiment of the inspection head 2, which is in contact with a fabric 8. It comprises, in a housing 2a, a channel 13 for supplying the periodic, modulated, thermal stimulation 12a, which passes over the

3 Schlauch 7 aus Fig. 1 vom Klimagerät 3 im Zusammenspiel mit der Modulationsvorrichtung 4 generiert wird. Der Kanal 13 führt die thermische Stimulation 12a auf das Gewebe 8, wobei die thermische Stimulation 12a nach dem Kontakt mit dem Gewebe durch eine Evakuationsöffnung 17 entweicht, was mit den Pfeilen 12c dargestellt ist. Damit kann heisses oder kaltes Gas aus dem Inneren des Inspektionskopfes 2 entweichen, so dass sich dieser nicht unnötig aufheizt. Ein Teil der Hitze wird vom Gewebe 8 aufgenommen und von der Gewebeoberfläche 8a in Richtung der Kamera 14 abgestrahlt, was mit den Pfeilen 12b dargestellt ist. Die Infrarotkamera 14, die insbesondere eine Mikrobolometerkamera oder eine Halbleiterbasierte Infrarotkamera 14 oder eine QWIP-Kamera ist, nimmt die zeitabhängige thermische Abstrahlung 12b des Gewebes 8 bzw. der Gewebeoberfläche 8a über das Objektiv 15 auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Infrarotkamera 14 in ihrem Strahlungserfassungsbereich mittels eines Fensters 16 von der Umgebung isoliert, wobei das Fenster 16 transparent für die vom Gewebe 8 abgestrahlte, modulierte Infrarotstrahlung 12b ist. Das Fenster 16 ist zwischen dem Objektiv 15 und dem Gewebe 8 angeordnet und dient einerseits als Filter für die Abstrahlung 12b und andererseits als Schutz der Infrarotkamera 14 gegen Staub und gegen die thermische Stimulation 12a. Das Fenster 16 kann aus einem Infrarottransparenten Material hergestellt sein. 3 hose 7 of Fig. 1 from the air conditioner 3 in interaction with the modulation device 4 is generated. The channel 13 carries the thermal stimulation 12a on the tissue 8, wherein the thermal stimulation 12a escapes after contact with the tissue through an evacuation port 17, which is shown by the arrows 12c. Thus, hot or cold gas can escape from the interior of the inspection head 2, so that it does not heat up unnecessarily. Part of the heat is taken up by the fabric 8 and emitted from the fabric surface 8a towards the camera 14, which is indicated by the arrows 12b. The infrared camera 14, which is in particular a microbolometer camera or a semiconductor-based infrared camera 14 or a QWIP camera, records the time-dependent thermal radiation 12b of the tissue 8 or of the tissue surface 8a via the objective 15. In an advantageous embodiment, the infrared camera 14 is isolated in its radiation detection range by means of a window 16 from the environment, wherein the window 16 is transparent to the radiated from the fabric 8, modulated infrared radiation 12b. The window 16 is arranged between the lens 15 and the tissue 8 and serves on the one hand as a filter for the radiation 12b and on the other hand as protection of the infrared camera 14 against dust and against the thermal stimulation 12a. The window 16 may be made of an infrared transparent material.

[0020] Die Infrarotkamera 14 konvertiert die thermische Emission oder Abstrahlung 12b des Gewebes 8 bzw. der Gewebeoberfläche 8a in Infrarotbildern bei einer definierten Bildrate. Die modulierten Infrarotbilder werden über das Kabel 10c aus Fig. 1 an die Recheneinheit 5 übermittelt und dort digital demoduliert. Alternativ ist eine drahtlose Übertragung der Bilder mittels Bluetooth oder WLAN möglich. Die Infrarotbilder werden nach dem Lock-in Prinzip demoduliert. Die Lock-in Thermographie ist bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Es ergeben sich für jedes Infrarotbild ein Phasenbild 1 1 a und ein Amplitudenbild 1 1 b (vgl. Fig. 1 ). Diese Bilder 11 a, 1 1 b charakterisieren das Gewebe 8 bzw. sein thermisches Verhalten infolge der periodischen Stimulation 12a und werden auf der Anzeigevorrichtung 6 als Graustufen- oder Pseudofarbenbilder dargestellt. In den Bildern 11 a, 1 1 b können anschliessend Zonen mit abnormalen Phasen- oder Amplitudenwerten als mögliche Läsionen identifiziert werden. Das Amplitudenbild 1 1 b stellt dabei die Temperaturvariationen an der Gewebeoberfläche 8a dar und das Phasenbild 1 1 a zeigt eine Darstellung der Phasenverschiebung zwischen dem Modulationssignal und der zeitabhängigen Gewebeoberflächentemperatur. Um die oben genannten Zonen zu identifizieren können die Phasen- und Amplitudenbilder 1 1 a, 11 b mit den ortsgebundenen thermo-physikalischen Eigenschaften des Gewebes korreliert werden. Aufgrund der mittelwertbildenden Eigenschaften der Lock-in Thermographie kann eine erheblich bessere Empfindlichkeit bei der Bildverarbeitung erreicht werden. Beispielsweise können damit Temperaturunterschiede von weniger als 1 mK detektiert werden. Im Vergleich dazu können bei herkömmlichen statischen Temperaturmessungen nur Empfindlichkeiten von ca. 17 mK erreicht werden. Ein anderer Vorteil ist die intrinsische Unempfindlichkeit von Parametern wie eine Variation des Emissionsgrads des Gewebes, ein nicht homogenes Erhitzen/Abkühlen des Gewebes, nicht erwünschte Reflexionen anderer Infrarotquellen, usw. Wenn die Modulationsfrequenz hoch genug gewählt wird, z.B. im Bereich von 1 mHz-1 kHz, kann die Lock-in Thermographie eine laterale Hitzediffusion aus den demodulierten Bildern 1 1 a, 11 b unterdrücken, so dass eine präzisere Lokalisierung der Läsion und Detektion des Läsionsrandes möglich wird. The infrared camera 14 converts the thermal emission or radiation 12b of the tissue 8 or the tissue surface 8a in infrared images at a defined frame rate. The modulated infrared images are transmitted via the cable 10c from FIG. 1 to the arithmetic unit 5 and digitally demodulated there. Alternatively, a wireless transmission of images via Bluetooth or WLAN is possible. The infrared images are demodulated according to the lock-in principle. The lock-in thermography is known and is therefore not explained here. This results in a phase image 1 1 a and an amplitude image 1 1 b for each infrared image (see FIG. These images 11a, 11b characterize the tissue 8 or its thermal behavior as a result of the periodic stimulation 12a and are displayed on the display device 6 as grayscale or pseudocolor images. In the images 11 a, 1 1 b, zones with abnormal phase or amplitude values can then be identified as possible lesions. The amplitude image 1 1 b represents the temperature variations on the tissue surface 8 a and the phase image 1 1 a shows a representation of the phase shift between the modulation signal and the time-dependent tissue surface temperature. In order to identify the above zones, the phase and amplitude images 11a, 11b can be correlated with the localized thermo-physical properties of the tissue. Due to the averaging properties of lock-in thermography, significantly improved image processing sensitivity can be achieved. For example, temperature differences of less than 1 mK can be detected. In comparison with conventional static temperature measurements only sensitivities of about 17 mK can be achieved. Another advantage is the intrinsic insensitivity of parameters such as a variation in the emissivity of the tissue, a nonhomogeneous heating / cooling of the tissue, unwanted reflections of other infrared sources, etc. If the modulation frequency is chosen to be high enough, e.g. In the range of 1 mHz-1 kHz, the lock-in thermography can suppress a lateral heat diffusion from the demodulated images 1 1 a, 11 b, so that a more precise localization of the lesion and detection of the lesion margin is possible.

[0021 ] Für die Wahl der geeigneten Modulationsfrequenz umfasst der Inspektionskopf 2 in den Figuren nicht gezeigte Mittel zur Änderung der Modulation und/oder der Intensität der thermischen Stimulation durch den Benutzer. Diese können beispielsweise Mittel zur Eingabe von Parametern und Mittel zur Übermittlung von eingestellten Parametern an die Recheneinheit, die anschliessend mittels geeigneter Software die Modulation der Temperatur des Luftstroms (Stimulation) 12a über die Leitung 10b an die Steuerungseinheit 9 schickt. Dieses digitale Signal wird von der Steuerungseinheit 9 in eine periodisch modulierte Spannung umgewandelt, mit deren Hilfe ein unten erläutertes Heizelement aufgeheizt wird. For the selection of the appropriate modulation frequency, the inspection head 2 comprises means, not shown in the figures, for modifying the modulation and / or the intensity of the thermal stimulation by the user. These can be, for example, means for inputting parameters and means for transmitting adjusted parameters to the arithmetic unit, which then sends the modulation of the temperature of the air flow (stimulation) 12a via the line 10b to the control unit 9 by means of suitable software. This digital signal is converted by the control unit 9 into a periodically modulated voltage, with the aid of which a heating element explained below is heated.

[0022] Der temperaturmodulierte Luftstrom 12a wird durch das Klimagerät 3 und die Modulationsvorrichtung 4 generiert. Das Klimagerät generiert Luft mit konstanter Geschwindigkeit und Temperatur, welche frei einstellbar sind. Das Klimagerät 3 umfasst mindestens eine elektromagnetische Quelle zur thermischen Stimulation des Gewebes, insbesondere eine Infrarotquelle. Die Infrarotquelle generiert eine Infrarotstrahlung insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 0.1 bis 15 pm. In einer im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläuterten Ausführungsform der Erfindung ist die elektromagnetische Quelle, in diesem Fall vorzugsweise eine Infrarotlampe, im Kanal 13 des Inspektionskopfes 2 angeordnet, wodurch das Klimagerät 3 entfällt. Selbstverständlich befindet sich in diesem Fall auch die Modulationsvorrichtung 4 im Kanal 13 des Inspektionskopfes 2, zwischen der elektromagnetischen Quelle und dem Gewebe 8. The temperature-modulated air flow 12a is generated by the air conditioner 3 and the modulation device 4. The air conditioner generates air at constant speed and temperature, which are freely adjustable. The air conditioner 3 comprises at least one electromagnetic source for thermal stimulation of the tissue, in particular an infrared source. The infrared source generates infrared radiation, in particular with a wavelength in the range of 0.1 to 15 μm. In an embodiment of the invention explained in connection with FIG. 3, the electromagnetic source, in this case preferably an infrared lamp, is arranged in the channel 13 of the inspection head 2, as a result of which the air-conditioning unit 3 is dispensed with. Of course, in this case also the modulation device 4 is located in the channel 13 of the inspection head 2, between the electromagnetic source and the tissue 8.

[0023] In der gezeigten Ausführungsform heizt die Modulationsvorrichtung 4 die aus dem Klimagerät 3 kommende Luft periodisch auf. Dabei umfasst die Modulationsvorrichtung 4 einen elektrischen Schaltkreis umfassend das in der Abstrahlrichtung des Klimageräts 3 angeordnete, oben erwähnte Heizelement das ein elektrischer Widerstand sein kann, was nicht gezeigt ist. Dabei ist eine am Widerstand anliegende Spannung derart mittels der Steuerungseinheit 9 variierbar, dass die durch die thermische Stimulation veränderbare Temperatur des Gewebes modulierbar ist. In einer Ausführungsform ist der Widerstand in einem nicht gezeigten Rohr angeordnet, wobei das Rohr im Luftstrom 12a derart positioniert wird, dass dieser Luftstrom den Widerstand passiert. Wenn eine Spannung am Widerstand angelegt wird, was zur Aufheizung des Widerstands führt, wird die vorbei strömende Luft ebenfalls erhitzt. Ist die Spannung entsprechend periodisch moduliert, so wird auch eine periodisch modulierte Temperatur des Luftstroms erreicht. Durch die Einstellung verschiedener Parameter der periodischen Spannung, wie Frequenz, Amplitude, Form, ist es also möglich, einen temperaturmodulierten Luftstrom zu erzeugen, der auf das zu untersuchende Gewebe 8 gerichtet wird. Die Modulationsamplitude wird derart gewählt, um die minimale und maximale Luftstromtemperatur einzustellen. Je grösser die Modulationsamplitude, desto grösser wird der Temperaturgradient im Gewebe 8 und desto grösser wird auch das zeitabhängige thermische Signal (Abstrahlung). In the embodiment shown, the modulation device 4 heats the air coming from the air conditioner 3 periodically. In this case, the modulation device 4 comprises an electrical circuit comprising arranged in the emission direction of the air conditioner 3, above-mentioned heating element which may be an electrical resistance, which is not shown. In this case, a voltage applied to the resistor can be varied by means of the control unit 9 in such a way that the temperature of the tissue that can be changed by the thermal stimulation can be modulated. In one embodiment, the resistor is disposed in a tube, not shown, wherein the tube is positioned in the airflow 12a such that this airflow passes the resistor. When a voltage is applied to the resistor, resulting in the heating of the resistor, the air passing by is also heated. If the voltage is periodically modulated, then a periodically modulated temperature of the air flow is achieved. By setting various parameters of the periodic voltage, such as frequency, amplitude, shape, it is thus possible to produce a temperature-modulated air flow which is directed to the tissue 8 to be examined. The modulation amplitude is chosen to set the minimum and maximum airflow temperatures. The greater the modulation amplitude, the greater the temperature gradient in the tissue 8 and the greater the time-dependent thermal signal (radiation).

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Claims

In practice, the maximum temperature is chosen so that the tissue temperature does not exceed 42 ° C during the measurement. Furthermore, it is advantageous to keep the minimum temperature above the dew point of water, so that no undesirable condensation effects occur. The thus modulated air flow is sent via the flexible hose 7 to the inspection head 2 and enters the channel 13 of the inspection head 2 a. The inspection head 2 is designed such that the thermal stimulation takes place without touching the tissue by the stimulation and the modulation device. In particular, only one bearing surface of an outer housing of the inspection head 2 touches the tissue surface 8a. The support surface is formed by exchangeable support modules, which are not shown here, with contour adaptable to curvatures of the tissue surface. In particular, silicone can be used for these bearing surfaces, which is known to have a flexible structure. Fig. 3 shows a second embodiment of the inspection head 2. This embodiment corresponds to that of Fig. 2 with the difference that the evacuation opening 17 is not arranged laterally of the camera in the vicinity of the support surface, but behind the camera and parallel to the channel 13 is. Furthermore, in this embodiment, the stimulation device 3 is arranged in the channel 13. It can be an infrared lamp in this case. The modulation device 4 is. arranged in the emission direction of the infrared lamp, i. in the current of the thermal stimulation 12a between the stimulation device 3 and the tissue 8. Of course, this arrangement can also be used in the embodiment of Fig. 2 and for the still to be explained embodiment of FIG. Such an arrangement has the advantage that the flexibility of the device is increased because no stationary air conditioner is needed. Fig. 4 shows a third embodiment of the inspection head 2, which has two channels 13a and two lateral, arranged in the region of the support surface, evacuation openings 17a in this case. In this embodiment, the modulated thermal stimulation is introduced simultaneously through both channels into the inspection head 2. Depending on which type of air flow is to be generated in the interior of the inspection head 2, a suitable embodiment of the inspection head 2 can be selected. This can e.g. depending on the nature of the tissue area or tissue surface to be examined. For example, if the tissue has one or more bends, the third embodiment of the inspection head 2 may be advantageous because the thermal stimulation comes from two directions and more uniformly stimulates the tissue at the bend. In the first embodiment, the air flow comes from only one direction, so that on one side of the curvature a "wind shadow side" would be created, which would be less stimulated than the air flow side facing. This would lead to a greater inaccuracy of the measurement. In general, it is desirable to generate as laminar a flow as possible in order to achieve a uniform stimulation of the entire tissue surface to be examined. In order to avoid as far as possible turbulent flows, a suitable inspection head 2 can be chosen for the examination, depending on the surface condition of the fabric. The invention is not limited to the embodiments described, but it is within the scope of the claims now following a variety of other forms selectable. claims A device for characterizing tissue, in particular skin lesions, comprising: a stimulation device for thermal stimulation of the tissue, a modulation device for modulating the temperature of the tissue, an infrared camera for acquiring modulated infrared images, a computing unit connected to the infrared camera for demodulation of the modulated infrared images , a display module for displaying the images demodulated by the arithmetic unit, characterized in that the modulation device and the infrared camera are synchronized such that a radiated from the tissue, modulated infrared radiation by means of the infrared camera during the thermal stimulation of the tissue can be detected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the infrared camera is arranged within a portable inspection head, which can be placed on the tissue, wherein the inspection head comprises at least one channel for supplying the thermal stimulation on the tissue.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the modulation device is integrated in the inspection head.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stimulation device comprises an air conditioner for generating an air flow guided on the tissue as a thermal stimulation, wherein the air conditioner for the modulation of the air flow is connected to the modulation device.

5. Apparatus according to claim 2 or 3 and claim 4, characterized in that the air conditioner is connected by means of at least one flexible, thermally insulated hose with the at least one channel of the inspection head. 5

6. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stimulation device comprises at least one electromagnetic source for thermal stimulation of the tissue, in particular an infrared source, in particular with a wavelength in the range of 0.1 to 15 pm, in particular wherein the electromagnetic source in Channel of the inspection head is arranged.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the modulation device comprises an electrical circuit with an arranged in the emission direction of the stimulation device electrical heating element, wherein a voltage applied to the resistor is variable by means of a control unit (9) that by the thermal stimulation variable temperature of the tissue is modulated.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stimulation device and / or the modulation device are designed for a periodic stimulation or modulation of the temperature of the tissue.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the infrared camera is a Mikrobolometerkamera or a semiconductor-based infrared camera or a QWIP camera.

10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that the inspection head comprises at least one evacuation opening for the evacuation of cold or hot gas from its interior.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the infrared camera is separated in its radiation detection range by means of a window from the environment, wherein the window is transparent to the radiated by the tissue, modulated infrared radiation.

12. Device according to one of claims 2 to 1 1, characterized in that the inspection head comprises means for changing the modulation and / or the intensity of the thermal stimulation by the user.

13. Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that the inspection head is designed such that the thermal stimulation takes place without touching the tissue by the stimulation and the modulation device, in particular that only one bearing surface of an outer housing of the inspection head touches the tissue ,

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the support surface is formed by exchangeable support modules with adaptable to curvatures of the tissue surface contour.

15. A method for characterizing tissue, in particular skin lesions, by means of a device according to one of claims 1 to 14, characterized in that: - a portable inspection head is placed on the fabric, the thermal stimulation is applied to the tissue by means of the stimulation device, - the image capture of the infrared camera is activated, a frequency of the image acquisition is synchronized with the modulation frequency of the modulation device, - modulated infrared images are captured by means of the infrared camera, - The modulated infrared images are demodulated by means of the arithmetic unit, and the demodulated infrared images are displayed on the display module, characterized in that the modulated infrared images of a tissue-emitted, modulated infrared radiation are detected during the thermal stimulation.

16. The method according to claim 15, characterized in that the modulation of the thermal stimulation of the tissue is carried out periodically.

17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the thermal stimulation is performed without touching the tissue by the stimulation device.

18. The method according to any one of claims 15 to 17, characterized in that the demodulation is a lock-in demodulation and that per modulated infrared image, two demodulated infrared images are generated: a phase image and an amplitude image; wherein the two demodulated infrared images are color or gray scale coded for display by the display module. 6