Photoplethysmographisches Imaging (PPGI) – Erste Erfahrungen mit einer neuen Methode zur Haut-Perfusionsdiagnostik bei Frühgeborenen

Hintergrund: Veränderungen der Hautperfusion können klinische Hinweise u.a. für infektiöse oder kardiovaskuläre Erkrankungen geben. Die Beurteilung des Hautkolorits erfolgt bislang subjektiv. Technische Möglichkeiten zur objektiven Beurteilung bieten u.a. Photoplethysmographie, Thermographie oder die Untersuchung mittels Laser-Doppler. Bisher war nur mittels Thermographie und Laser-Doppler ein Perfusions-Imaging möglich. Mit der Thermographie kann nur indirekt über Wärmegraduierungen auf die Perfusion geschlossen werden. Der Laser-Doppler kann im Gegensatz dazu zwar Pulswellen darstellen, jedoch immer nur gerade an der Stelle, an der sich der Laser beim Abtasten der Oberfläche befindet.

Fragestellung: Lassen sich mithilfe der ortsaufgelösten Photoplethysmographie, die zeitgleich Pulswellen an verschiedenen Hautstellen erfasst, Informationen zum Zustand der Hautperfusion gewinnen?

Versuchsaufbau: Mit dem Kamerasystem „UltraPix FE 250“ des Herstellers „EG&G Life Science Resources“(Cambridge) und einer von uns dafür entwickelten Software wurde die Hautperfusion im Gesichtsbereich bei insgesamt fünf Frühgeborenen (29.-34. SSW.) untersucht. Die Kamera hat eine eine Lichtempfindlichkeit von 3e-6 Lux, einen Spektralbereich von 400–1100 nm, eine maximale Auflösung von 262144 Pixel bei einer Fläche von 7.7×7.7mm (40000 Pixel bei 225cm²), einen Dynamikbereich von 14 bit/84 dB (16 384 Graustufen), eine Ausleserate bis 5.5MHz (8 Bilder/s bei voller Auflösung, 12 Bilder/s bei 220×180 Pixel) und arbeitet mit einer Arbeitstemperatur von -40°C (Peltier-Kühlung).

Ergebnisse: Bei allen fünf Frühgeborenen konnten Pulswellen an jeder beliebigen Stelle des gefilmten Gesichtsbereiches ortsaufgelöst und zeitgleich erfasst werden. Eine Differenzierung unterschiedlicher Amplitudengrößen der Pulswellen war möglich. Auch konnte eine Analyse unterlagerter Frequenzen (z.B. Atmung) mithilfe von Fourier- oder Wavelet-Transformation durchgeführt werden. Nachteilig war die Notwendigkeit, unter stark abgedunkelten Lichtverhältnissen filmen zu müssen (Vermeidung von Streulicht) sowie die Anfälligkeit für Bewegungsartefakte.

Ausblick: Für plethysmographische Grundlagenforschungen erscheint die neue Messmethode interessant, da eine berührungslose, ortsaufgelöste und zeitgleiche Darstellung von Pulswellen erstmals möglich wird. Eine Weiterentwicklung des bisherigen Messsystems ist jedoch notwendig (Bewegungsartefakte, Samplingrate) um klinische Fragestellungen (z.B. Vergleich Hautperfusion bei Sepsis versus Non-Sepsis) bearbeiten zu können.