Braun-Falco's Dermatologie, Venerologie und Allergologie

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Publiziert am: 04.04.2017

Andere bildgebende und funktionelle Verfahren

Verfasst von: Julia Welzel und Elke Sattler

Trotz der einfachen visuellen Zugänglichkeit des Hautorgans ermöglichen nichtinvasive, diagnostische Verfahren in der Dermatologie zusätzlich, strukturelle und funktionelle Veränderungen der Haut in vivo genauer zu erfassen. Neben der Diagnostik können diese Methoden zur Untersuchung dynamischer Prozesse, zur Quantifizierung und zur Verlaufsbeobachtung eingesetzt werden. Zu den Methoden der morphologischen Darstellung gehören neben der Sonografie, die in Kap. Sonografie von Haut und Lymphknoten abgehandelt wird, die konfokale Lasermikroskopie, die optische Kohärenztomografie, die Multiphotonentomografie und die Profilometrie. Parameter der Hautfunktionen – wie Barrierefunktion, Hydratationsstatus, Farbe, pH-Wert, Fettgehalt, Schuppung, Elastizität, Sauerstoffversorgung und Durchblutung – können ebenfalls nichtinvasiv erfasst und quantifiziert werden. Neben dem Einsatz dieser Methoden in Studien zur Quantifizierung von Therapieeffekten haben einige Techniken Eingang in die Routinediagnostik gefunden, zum Beispiel bei der Hautkrebsfrüherkennung oder im Rahmen von Begutachtungen bei Berufserkrankungen.

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Einleitung
Bildgebende Verfahren
Funktionelle Verfahren

Einleitung

Trotz der einfachen visuellen Zugänglichkeit des Hautorgans ermöglichen es nichtinvasive diagnostische Verfahren in der Dermatologie zusätzlich, strukturelle und funktionelle Veränderungen der Haut in vivo genauer zu erfassen. Neben der Diagnostik können diese Methoden zur Untersuchung dynamischer Prozesse, zur Quantifizierung und zur Verlaufsbeobachtung eingesetzt werden. Zu den Methoden der morphologischen Darstellung gehören neben der Sonografie, die in Kap. Sonografie von Haut und Lymphknoten abgehandelt wird, die konfokale Lasermikroskopie, die optische Kohärenztomografie, die Multiphotonentomografie und die Profilometrie. Parameter der Hautfunktionen – wie Barrierefunktion, Hydratationsstatus, Farbe, pH-Wert, Fettgehalt, Schuppung, Elastizität, Sauerstoffversorgung und Durchblutung – können ebenfalls nichtinvasiv erfasst und quantifiziert werden.

Neben dem Einsatz dieser Methoden in Studien zur Quantifizierung von Therapieeffekten haben einige Techniken Eingang in die Routinediagnostik gefunden, zum Beispiel zur Hautkrebsfrüherkennung oder im Rahmen von Begutachtungen bei Berufserkrankungen.

Bildgebende Verfahren

Konfokale Lasermikroskopie

Die konfokale Lasermikroskopie ist ein nichtinvasives bildgebendes Verfahren, mit dem hochauflösend horizontale Schnitte oberflächlicher Hautschichten vom Stratum corneum bis in das obere Stratum reticulare der Dermis dargestellt werden können (Abb. 1). Die Technik bietet eine zelluläre Auflösung von etwa 1 μm. Zur Minimierung von Bewegungsartefakten wird das zu untersuchende Hautareal mit einem Magnetring am Messkopf fixiert. Die Messung erfolgt in Echtzeit. Die kleinen Einzelspots von 500 μm × 500 μm können durch Lateralverschiebung zu zweidimensionalen Mosaiken von mehreren Millimetern zusammengesetzt werden (Abb. 2). Die Lichtquellen und Filter können modifiziert werden, sodass neben einer Reflektionsdiagnostik bei verschiedenen Wellenlängen auch Fluoreszenzfärbungen eingesetzt werden, um Strukturen besser voneinander zu differenzieren.

Die Methode eignet sich zur histologischen Diagnostik von Präkanzerosen und oberflächlichen Hauttumoren (Abb. 3). Studien zu aktinischen Keratosen, Basalzellkarzinomen und melanozytären Tumoren haben eine hohe Spezifität und Sensitivität gezeigt. Bei entzündlichen Hauterkrankungen ist diese nichtinvasive Methode ebenfalls von Interesse, da sich mit ihr zusätzlich zur Morphologie auch dynamische Veränderungen wie Blutfluss, Infiltrate, Spongiose und Wundheilung über die Zeit untersuchen lassen. So ermöglicht die konfokale Lasermikroskopie eine nichtinvasive Differenzierung zwischen toxischen und allergischen Ekzemen. Auch Erreger und Infektionserkrankungen (Demodexmilben, Skabies, Mykose) lassen sich einfach und schnell diagnostizieren. Ex vivo kann die Methode zur Schnellschnittdiagnostik im Rahmen einer mikrografischen Chirurgie eingesetzt werden, wobei das Gewebe frisch und ohne aufwendige Färbe- oder Schneideprozeduren untersucht wird, was eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zur konventionellen Histologie bedeutet.

Optische Kohärenztomografie

Die optische Kohärenztomografie (OCT) ist ebenfalls ein nichtinvasives optisches Verfahren, welches infrarotes Licht zur Bildgebung einsetzt. Im Vergleich zur konfokalen Lasermikroskopie werden hier Tiefenschnitte der Haut mit einer größeren Eindringtiefe des Signals bei geringerer Auflösung dargestellt (Abb. 4 und 5). Hiermit lassen sich Stratum corneum, die lebende Epidermis sowie die obere Dermis hinsichtlich ihrer Schichtdicke vermessen. Größere Zellverbände sowie architektonische Veränderungen sind abgrenzbar, während die Auflösung von Einzelzellen auch aufgrund des geringen Kontrasts nicht gelingt.

Die OCT eignet sich in der Dermatologie zur Diagnostik und Differenzialdiagnostik von Basalzellkarzinomen und aktinischen Keratosen sowie insbesondere zur Verlaufskontrolle nach nichtchirurgischen Therapien, da sich hiermit in kurzer Zeit viele Lokalisationen bzw. ganze Felder untersuchen lassen. Residuen und Rezidive können so mittels OCT nichtinvasiv detektiert werden. Eine Weiterentwicklung stellt die dynamische OCT dar, mit der Blutfluss und Morphologie der Blutgefäße des oberflächlichen Gefäßplexus dargestellt werden kann. Markante Tumorgefäßmuster geben zusätzliche diagnostische Hinweise. Ebenso eignet sich die dynamische OCT zur Quantifizierung von Therapieeffekten auf die Durchblutung.

Multiphotonentomografie

Die Multiphotonentomografie oder Multiphotonenmikroskopie stellt ähnlich der konfokalen Lasermikroskopie Horizontalschnitte der Haut dar, allerdings mit einer noch besseren Auflösung. Die Bildgebung gelingt hier nicht durch die Reflektion eingestrahlten Lichts, sondern durch zwei unterschiedliche physikalische Phänomene, eine Anregung der Eigenfluoreszenz (Multiphotonen-, meist Zweiphotonenfluoreszenz) oder eine Frequenzverdopplung (Second harmonic generation) (Abb. 6). Die Detektionstiefe ist besser als die der konfokalen Lasermikroskopie, aber geringer als bei OCT.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Multiphotonentomografie sind vergleichbar mit denen der konfokalen Lasermikroskopie (Abb. 7). Allerdings ist das Potenzial dieser Methode aufgrund der besseren Auflösung und Gewebedifferenzierung höher. Die Technik befindet sich weitgehend noch in einem experimentellen Stadium.

Profilometrie

Mittels Profilometrie lassen sich Oberflächen hochauflösend darstellen und hinsichtlich ihrer Rauheit vermessen. Neben älteren Techniken, mit denen an Abdrücken Rauheitsprofile erstellt werden, kann in vivo nichtinvasiv mittels digitaler Streifenprojektion ein exaktes Oberflächenrelief der Haut abgebildet werden (Abb. 8 und 9).

In der Dermatologie wird die Profilometrie eingesetzt, um das Makro- oder Mikrorelief der Haut zu quantifizieren. Anwendungsgebiete sind in erster Linie kosmetische Fragestellungen, wie die Objektivierung hautglättender oder Falten-reduzierender Effekte von Externa.

Funktionelle Verfahren

Barrierefunktion

Der transepidermale Wasserverlust (transepidermal water loss, TEWL) ist ein Maß für die Barrierefunktion der Haut. Der TEWL ist abhängig von der Diffusionsstrecke, also der Dicke von Hornschicht und Epidermis, zusätzlich aber auch von der Integrität des Stratum corneum. Bei einer Schädigung der Hautoberfläche durch Herauswaschen epidermaler Lipide oder durch genetisch bedingte Strukturdefekte kommt es zu einem Anstieg des TEWL. Okklusion, zum Beispiel durch eine Salbenbehandlung, verringert den TEWL.

Der TEWL wird gemessen, indem ein offener oder geschlossener Zylinder auf die Hautoberfläche aufgelegt wird. Im Zylinder messen Sensorpaare einen Feuchtigkeitsgradienten. Hierbei wird die Wasserverdunstung über der Hautoberfläche in g/cm² × h bestimmt. Der TEWL-Wert ist temperaturabhängig, sodass der Wert mit der aktuellen Hauttemperatur abgeglichen werden sollte. Die Werte sind sehr von Umgebungsbedingungen wie Zugluft und Schwitzen beeinflusst, sodass die Messungen standardisiert in einem klimatisierten Raum nach einer Akklimatisationsphase durchgeführt werden sollten.

Hydratation

Der Wassergehalt oberflächlicher Hautschichten kann nichtinvasiv mittels Messungen der elektrischen Kapazität, der Impedanz oder des Leitwiderstandes näherungsweise bestimmt werden.

Der Wassergehalt des Stratum corneum hängt von der Integrität der Barrierefunktion, speziell des Hydrolipidfilms ab. Natürliche wasserbindende Substanzen wie Urea, Ceramide und Glycerin sorgen für ein Gleichgewicht zwischen Wasserbindung und Wasserverdunstung. Schädigungen der Hornschicht, zum Beispiel durch Waschprozeduren, führen zu einer Erniedrigung der Hydratation, was klinisch zu einer trockenen, schuppenden Haut führt. Die Hydratation kann durch die topische Therapie mit Feuchtigkeitscremes angehoben werden. Kosmetisch wird dieser Effekt genutzt, um die Hautoberfläche zu glätten und feine Falten aufzupolstern.

Hautfarbe

Die Hautfarbe kann mittels Farbmessinstrumenten exakt qualitativ analysiert und quantifiziert werden. Hierbei wird die Haut beleuchtet, und das reflektierte Licht wird von einem Photometer hinsichtlich seines Spektrums ausgewertet. Es kann ein Erythem- und Melaninindex berechnet werden. Ebenso lässt sich die Farbe als Vektor in einem dreidimensionalen Farbraum nach dem L*a*b*-Farbmetriksystem der CIE darstellen (CIE: Commission Internationale de l’Éclairage; es entsprechen L* hell-dunkel, a* rot-grün und b* blau-gelb).

Farbmessungen spielen in der Dermatologie eine Rolle zur Bestimmung des Hauttyps, des Bräunungsgrades und zur Aufdeckung und exakten Quantifizierung eines Erythems im Rahmen von Verträglichkeits- und Irritationsuntersuchungen.

pH-Wert

Der pH-Wert der Hautoberfläche kann mit pH-Metern gemessen werden. Eine Glaselektrode wird auf die Haut aufgelegt. Eine Reaktion an der Glasmembran führt in Abhängigkeit von der H⁺-Ionenkonzentration zu einem elektrischen Potenzial. Die Potenzialdifferenz zur im Gerät befindlichen Bezugselektrode resultiert in einer Spannung, die weitgehend linear zum pH-Wert ist.

Die freie Haut hat als Teil der Hautschutzfunktion einen physiologischen pH-Wert im sauren Bereich um 5,5. Höhere pH-Werte findet man in intertriginösen Arealen, wodurch Infektionen begünstigt werden können.

Fettgehalt

Der Fettgehalt der Hautoberfläche kann einfach und nichtinvasiv mit der Fettfleckphotometrie quantifiziert werden. Hierbei wird eine matte Folie für 30 s auf die Hautoberfläche gepresst. Durch Absorption der Lipide wird die Folie durchsichtiger, was photometrisch gemessen werden kann.

Die Sebumetrie dient der Quantifizierung trockener oder seborrhoischer (fetter) Haut und der Beurteilung von Therapieeffekten.

Schuppung

Adhäsive Folien werden auf die Haut gepresst und abgezogen. Die daran haftenden Schuppen können semiquantitativ, photometrisch oder mittels Bildanalyse hinsichtlich Dichte und Größe ausgewertet werden. Die Quantifizierung der Hautschuppung wird im Rahmen von kontrollierten Therapiestudien eingesetzt.

Elastizität

Die mechanischen Eigenschaften der Haut können durch unterschiedliche Methoden näherungsweise ermittelt werden. Bei der Elastizitätsmessung wird über ein Vakuum die Haut angesogen. An der Auslenkungskurve der Oberfläche können Parameter wie Elastizität und Viskosität berechnet werden.

Die Elastizität der Haut hängt unter anderem von deren Dicke, dem Wassergehalt und der Zusammensetzung der dermalen Fasern ab. Sie ist ein geeignetes Maß zur Beurteilung von Hautalterungsprozessen.

Sauerstoffversorgung und Durchblutung

Die Sauerstoffversorgung der Haut kann mittels transkutaner oder auch invasiv durch intrakutane Messungen des Sauerstoffpartialdrucks quantifiziert werden. Die tcpO₂-Messungen dienen der Erfassung von Ischämien bei peripherer arterieller Verschlusskrankheit in der Umgebung von Ulzera und der Beurteilung von Wundheilung.

Die Durchblutung der kleinen Hautgefäße wird mit Doppler-Techniken, zum Beispiel Laser-Dopplerflowmetern quantifiziert. Die Methode wird unter anderem eingesetzt, um subklinische Entzündungsreaktionen festzustellen. Zusätzliche morphologische Informationen über die Konfiguration der dermalen Kapillaren, zum Beispiel zur Diagnostik von Kollagenosen, liefern die videogestützte Kapillarmikroskopie , die dynamische optische Kohärenztomographie und die konfokale Lasermikroskopie.

Literatur

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