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Bachelorarbeit: A new hand-held imaging device to investigate the thermal properties of the human skin

Dem Hautkrebs auf der Spur

Im Studiengang Systemtechnik haben Giaele Quadri und Andreas Bachmann einen Prototyp zur Detektion von Hautkrebs weiterentwickelt. Der Clou: Das Gerät erkennt Hautveränderungen rein optisch ohne Gewebeprobe.

Andreas Bachmann und Giaele Quadri
Andreas Bachmann und Giaele Quadri haben sich mit dynamischer Thermografie beschäftigt.

Je früher Hautkrebs als solcher erkannt wird, desto grösser sind die Heilungschancen. Ausserdem kann durch eine frühzeitige Diagnose auch die Ausbreitung auf umliegende Organe verhindert werden. Nicht nur Position und Grösse, sondern auch die Ausbreitung eines Melanoms anhand der Metastasenbildung sind wichtige Informationen, um das Stadium der Erkrankung zu definieren und eine effektive Therapie zu gewährleisten. Diese Informationen erhalten Dermatologen oft erst durch Gewebeproben. Eine vielversprechende Alternative zu solchen schmerzhaften und teuren Untersuchungen ist die dynamische Thermografie. Giaele Quadri und Andreas Bachmann haben sich in ihrer Bachelorarbeit mit dieser neuen Technologie auseinandergesetzt.

«Die thermische Anregung spielt bei diesem Verfahren eine zentrale Rolle.»

Giaele Quadri

Hautveränderungen erkennen

Hautveränderungen werden durch thermische Anregung sichtbar gemacht.

Die dynamische Thermografie ermöglicht eine rein optische und somit absolut schmerzfreie Analyse von Gewebe. «Bei dieser Untersuchungstechnik wird die Haut thermisch stimuliert», erklärt Dozent Mathias Bonmarin, der die Bachelorarbeit am Institute of Computational Physics (ICP) betreut hat. «Während die Haut durch kalte Luft angeregt wird, kann eine Infrarotkamera lokale Unterschiede in der Hauttemperatur erkennen.» Detektierte Temperaturschwankungen können wiederum auf lokale Hautveränderungen zurückgeführt werden – ein mögliches Indiz für Hautkrebs. Diese Untersuchungstechnologie ist bereits in einem von Mathias Bonmarin und der Dermolockin GmbH entwickelten Prototyp implementiert. In ihrer Bachelorarbeit im Studiengang Systemtechnik haben Giaele Quadri und Andreas Bachmann diesen Prototyp weiterentwickelt.

Kleiner und besser

Der Prototyp birgt viel Innenleben auf engem Raum.
Der Prototyp birgt viel Innenleben auf engem Raum.

«Der Prototyp bestand bisher aus drei Teilkomponenten: der Infrarotkamera, dem Transformator und der Halterung für die CO2-Kapsel», erklärt Andreas Bachmann. «Neu sind dank Akkubetrieb weder Transformator noch Netzkabel nötig.» Die übrigen Bestandteile wurden zu einer kompakten Einheit komprimiert. Giaele Quadri erklärt: «Die Halterung für die CO2-Kapsel haben wir platzsparend im Griff integriert.» Zusätzlich haben die beiden das Gerät um einige Funktionalitäten erweitert, wie Andreas Bachmann weiter ausführt: «Bisher musste man sehr viel manuell einstellen; das haben wir automatisiert.» Beispielsweise wird der Kältestrom nun automatisch ein- und ausgeschaltet, um die Haut mit Kaltluftschüben anzuregen. 

Gleichmässige Kaltluft

«Die thermische Anregung spielt bei diesem Verfahren eine zentrale Rolle», sagt Giaele Quadri. «Entscheidend ist, dass die Haut auf dem ausgewählten Bereich gleichmässig stimuliert wird, damit die anschliessende Analyse durch die Infrarotkamera aussagekräftig ist.» Sie und Andreas Bachmann haben zwei geeignete Anregungsmethoden – Konvektion und Konduktion – untersucht und im Prototyp umgesetzt. «Bei der Konvektion wird die Kaltluft direkt auf die Haut geblasen, bei der Konduktion wird eine Glasscheibe gekühlt, die auf der Haut liegt», so Andreas Bachmann. 

Testphase notwendig

Hergestellt haben Giaele Quadri und Andreas Bachmann den Prototyp mittels 3D-Druck. Die Steuerung sowie die Darstellung und Auswertung der Bilder erfolgt mit einer Software auf einem separaten Gerät. «Die technische Funktionalität der Komponenten haben wir durch praktische Versuche während der Entwicklungsphase getestet», so Andreas Bachmann. «Um das Gerät im Zusammenhang mit dem thermografischen Verfahren zu prüfen, muss hingegen noch eine umfassende Testphase durchgeführt werden.» Diese könnte wiederum Inhalt einer weiteren Bachelorarbeit sein.

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