Til venstre: Sår etter paintball. Til høyre: Hyperspektralt bilde av tilsvarende skade. Dataanalyse kan gi et bilde av skaden lag for lag i vevet under huden. (Foto: Til venstre: Lise Randeberg, NTNU. Til høyre: Lise L. Randeberg mfl: Hyperspectral Imaging of Bruises in the SWIR Spectral Region,   Photonic Therapeutics and Diagnostics VIII, Proc. of SPIE Vol. 8207, 2012.)
Til venstre: Sår etter paintball. Til høyre: Hyperspektralt bilde av tilsvarende skade. Dataanalyse kan gi et bilde av skaden lag for lag i vevet under huden. (Foto: Til venstre: Lise Randeberg, NTNU. Til høyre: Lise L. Randeberg mfl: Hyperspectral Imaging of Bruises in the SWIR Spectral Region, Photonic Therapeutics and Diagnostics VIII, Proc. of SPIE Vol. 8207, 2012.)

Kartlegger sår og blåmerker i hundrevis av farger

Fine fargenyanser kan avsløre alderen på et blåmerke, eller varsle at sår ikke gror.

Publisert

Blåmerker og skrubbsår er oftest hverdagslige saker for småbarnsforeldre. Men ikke alle merker og sår er så uskyldige at litt trøsting og bæring og et plaster er nok.

Blåmerker kan komme av mishandling eller annen kriminalitet. Da er det viktig for politiet å fastslå når det ble slått, og hvor hardt.

Og ikke alle sår gror like godt som et skrubbsår på et lite kne. Noen eldre mennesker har dårlig blodforsyning til beina, og kroniske leggsår eller fotsår må holdes under oppsikt. Også brannsår kan være vanskelige å få til å gro.

Fargenyanser forteller

Et hyperspektralt kamera kan komme til hjelp. Det kan skille mellom over hundre forskjellige fargenyanser, mot bare blandinger av rødt, grønt og blått i et vanlig kamera.

–Vi lyser mot huden, og lyset trenger inn. Der absorberes og spres det, av blant annet blodet og bindevevet. Så reflekteres noe av lyset ut igjen, og avbildes hyperspektralt. Fargenyansene i det reflekterte lyset kan fortelle mye om sår og blåmerker, sier Lise Randeberg til forskning.no.

Det hyperspektrale kameraet er produsert av det norske firmaet Norsk Elektro Optikk, men det er Lise Randeberg og hennes forskergruppe som i samarbeid med forskere og leger ved St. Olavs hospital i Trondheim har utviklet de medisinske metodene.

Skader og sår ble skannet med et Hyspex hyperspektralt kamera fra Norsk Elektro Optikk. (Foto: (Bilde: Norsk Elektro Optikk/Martin Denstedt et.al: Hyperspectral imaging as a diagnostic tool for chronic skin ulcers, Photonic Therapeutics and Diagnostics IX, Proc. of  SPIE Vol. 8565, 2013))
Skader og sår ble skannet med et Hyspex hyperspektralt kamera fra Norsk Elektro Optikk. (Foto: (Bilde: Norsk Elektro Optikk/Martin Denstedt et.al: Hyperspectral imaging as a diagnostic tool for chronic skin ulcers, Photonic Therapeutics and Diagnostics IX, Proc. of SPIE Vol. 8565, 2013))

Paintball og stumpe slag

Randeberg er professor i biomedisinsk optikk og fotonikk på NTNU, og har blant annet brukt frivillige mennesker som spiller paintball og dyremodeller i forsøkene med blåmerker.

Slag påført med en stump, tung gjenstand ble sammenlignet med lette, raske slag. De tunge, stumpe slagene kan sammenlignes med slagene fra en tungvektsbokser. De ga dype muskelblødninger.   

Paintballkulene er derimot lette og raske. Slagene fra dem kan sammenlignes med skader fra en bøyelig grein eller en pisk. De ga mer overfladiske skader.

Kan se blåmerker i dybden

Lise Randeberg. (Foto: Rolf Tore Randeberg)
Lise Randeberg. (Foto: Rolf Tore Randeberg)

Det trengs tung databehandling for å hente ut den nyttige informasjonen. Gjemt i hundrevis av fargenyanser ligger forskjellene som Randeberg og kollegene hennes er interessert i.

Først ble data justert i forhold til fargen på det hvite fotolyset. Så ble støy filtrert vekk, og i noen tilfeller ble bildepunkter slått sammen for å finne gjennomsnittsverdier. Enkelte bildepunkter ble valgt ut som spesielt representative, og fargevariasjoner som var uavhengige av hverandre og dermed mest interessante, ble framhevet.

Til slutt ble fargevariasjonene sammenlignet med teoretiske modeller for hvordan lyset ville spre seg gjennom vevet ved forskjellige typer skader.

Slik kunne Randeberg og kollegene hennes danne seg et bilde av skaden som fikk blodet til å hope seg opp, lag på lag innover gjennom muskelen.

Leggsår og sår på løse hudlapper

–Analysene av sår er et annet prosjekt, som har gått over lang tid, forteller Randeberg. Hun kan vise til flere forsøk, dels på pasienter med kroniske leggsår, dels på små stykker hud som var fjernet under plastisk kirurgi, med samtykke fra pasienten.  

Hudlappene ble lagt i en næringsløsning, som holdt hudcellene i live. Så ble huden påført et sår i midten.

Det ble tatt hyperspektrale bilder og vevsprøver av hudlappene hver tredje dag i tre uker. I mesteparten av denne perioden grodde såret på de fortsatt levende hudlappene.

Data fra den første tiden ble brukt som sammenligningsgrunnlag for å følge endringene når såret grodde på hudlappene. Hos pasienten med leggsåret ble såret også vurdert underveis av en hudlege for sammenligning av resultatene.

Øverste rad: Leggsårene fotografert hyperspektralt på dag 0, dag 23 og dag 34. En direkte gjengivelse på vanlig skjerm kan ikke vise all fargeinformasjonen som ligger i bildene. Nederst: Hyperspektral bildeanalyse framhever hvor mye oksygen det er i vevet til de samme tidspunktene. Jo mer oksygen (rødt), desto bedre gror såret. (Foto: (Bilde: Lise Randeberg/Norsk Elektro Optikk/Martin Denstedt et.al: Hyperspectral imaging as a diagnostic tool for chronic skin ulcers, Photonic Therapeutics and Diagnostics IX, Proc. of   SPIE Vol. 8565, 2013))
Øverste rad: Leggsårene fotografert hyperspektralt på dag 0, dag 23 og dag 34. En direkte gjengivelse på vanlig skjerm kan ikke vise all fargeinformasjonen som ligger i bildene. Nederst: Hyperspektral bildeanalyse framhever hvor mye oksygen det er i vevet til de samme tidspunktene. Jo mer oksygen (rødt), desto bedre gror såret. (Foto: (Bilde: Lise Randeberg/Norsk Elektro Optikk/Martin Denstedt et.al: Hyperspectral imaging as a diagnostic tool for chronic skin ulcers, Photonic Therapeutics and Diagnostics IX, Proc. of SPIE Vol. 8565, 2013))

Kunne se hvor det grodde

Etter at data var renset, kunne forskerne se hvordan fargenyansene i de hyperspektrale bildene endret seg.

Forskerne kunne dermed skille mellom uskadet hud rundt såret , nydannet hud etter sårtilheling og områder i såret som ikke grodde.

I ett av forsøkene tok forskerne også 3D-bilder med to vanlige kameraer for å kartlegge dybden av såret. Slik kunne de finne ut hvor mye vev som manglet i leggsåret.

–Det er interessant for legene å vite hvordan sårvolumet endres med tiden, sier Randeberg.

Viktig verktøy

–Hyperspektral fotografering kan bli en rask måte å overvåke sår på som ikke krever prøvetaking av sårvevet, fortsetter hun.

–Nesten en tredjedel av alle amputasjoner skyldes sår som ikke gror, så dette kan bli et viktig verktøy for legene, sier Randeberg.

Referanser:

Lise Lyngsnes Randeberg mfl: Characterization of vascular structures and skin bruises using hyperspectral imaging, image analysis and diffusion theory, Journal of Biophotonics No. 1-2, pp. 53-65, 2010,sammendrag, DOI 10.1002/jbio.200910059

Lise L. Randeberg mfl: Hyperspectral Imaging of Bruises in the SWIR Spectral Region, Photonic Therapeutics and Diagnostics VIII, Proc. of SPIE Vol. 8207, 2012, sammendrag, doi: 10.1117/12.909137

Martin Denstedt mfl: Hyperspectral imaging as a diagnostic tool for chronic skin ulcers, Photonic Therapeutics and Diagnostics IX, Proc. of SPIE Vol. 8565, 2013, sammendrag, doi: 10.1117/12.2001087

Lise Lyngsnes Randeberg mfl: Combined Hyperspectral and 3D characterization of non-healing skin ulcers, Colour and Visual Computing Symposium, IEEE Xplore 2013, sammendrag, doi 10.1109/CVCS.2013.6626271

Lise L. Randeberg mfl: Hyperspectral characterization of an in vitro wound model, Photonic Therapeutics and Diagnostics X, Proc. of SPIE Vol. 8926, 2014, sammendrag, doi: 10.1117/12.2039976

LL Randeberg mfl: Skin changes following minor trauma, Lasers in Surgery and Medicine, sammendrag, Vol. 39 Issue 5, s. 403-413, 2007, sammendrag, DOI: 10.1002/lsm.20494