DE102009010446B4 - Method and apparatus for quantifying blood flow in a tissue area - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Quantifizierung des Blutflusses in einem von Blut durchflossenen Gewebebereich (3, 203), wobei dem Blut ein fluoreszierender Farbstoff zugeführt wird und der vom Blut durchflossene Gewebebereich (3, 203) mit die Fluoreszenz des Farbstoffes anregender Strahlung bestrahlt wird, in welchem mittels eines ersten elektronischen Bildsensors (20) ein Gesamtbild des Gewebebereichs (3, 203) im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung des Farbstoffes zeitaufgelöst aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zweiten elektronischen Bildsensors (22) ein zweites Bild des Gewebebereichs (3, 203) im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung des Farbstoffes zeitaufgelöst aufgenommen wird, wobei das zweite Bild wenigstens ein Teilbild des Gesamtbildes ist und wobei die Zeitauflösung, mit der das zweite Bild des Gewebebereiches (3, 203) aufgenommen wird, höher ist, als die Zeitauflösung, mit der das Gesamtbild des Gewebebereiches (3, 203) aufgenommen wird, und aus den zeitaufgelösten Bilddaten des Gesamtbildes und den zeitaufgelösten Bilddaten des zweiten Bildes der Blutfluss quantifiziert wird.A method for quantifying the blood flow in a blood-perfused tissue region (3, 203), wherein a fluorescent dye is supplied to the blood and the blood-perfused tissue region (3, 203) is irradiated with the fluorescence of the dye exciting radiation, in which by means of a first electronic image sensor (20) an overall image of the tissue region (3, 203) in the wavelength range of the fluorescent radiation of the dye is time-resolved, characterized in that by means of a second electronic image sensor (22) a second image of the tissue region (3, 203) in the wavelength range of Fluorescence radiation of the dye is recorded time-resolved, wherein the second image is at least a partial image of the overall image and wherein the time resolution with which the second image of the tissue region (3, 203) is taken, is higher than the time resolution with which the overall image of the tissue region (3, 203), and from the time-resolved image data of the total image and the time-resolved image data of the second image of the blood flow is quantified.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Quantifizierung des Blutflusses in einem Gewebebereich, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ein medizinisch optisches Beobachtungsgerät und ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a method for quantifying the blood flow in a tissue area, a device for carrying out the method, a medical optical observation device and a computer program product.
Perfusionsmessungen, also Messungen zum Bestimmen des Blutflusses, insbesondere der Flussrate, in einem Gewebebereich spielen in der Medizin beim Vorbereiten und Durchführen von chirurgischen Eingriffen, bei Gewebetransplantationen, bei Herzerkrankungen, Im Rahmen von Krebstherapien, etc. eine Rolle. Bspw. bei der Behandlung Aneurysmen, also Ausbuchtungen von arteriellen Gefäßen im menschlichen Gehirn, besteht ein Bedarf, verschlossene Ausbuchtungen dahin gehend zu überprüfen, ob sie vollkommen verschlossen sind. Weiterhin soll sichergestellt werden, dass intakte arterielle Blutbahnen in der Umgebung der verschlossenen Ausbuchtung ordnungsgemäß vom Blut durchflossen werden. Hierzu werden während der Behandlung Messungen des Blutflusses durchgeführt, die Aufschluss darüber liefern, ob die Ausbuchtung vollständig verschlossen ist und die arteriellen Blutbahnen in der Umgebung der verschlossenen Ausbuchtung ordnungsgemäß vom Blut durchflossen werden.Perfusion measurements, ie measurements for determining the blood flow, in particular the flow rate, in a tissue area play a role in medicine in the preparation and carrying out of surgical interventions, in tissue transplantations, in heart diseases, in the context of cancer therapies, etc. For example. In the treatment of aneurysms, ie bulges of arterial vessels in the human brain, there is a need to check closed bulges to see if they are completely occluded. Furthermore, it should be ensured that intact arterial bloodstreams in the vicinity of the closed bulge are properly perfused by the blood. During the treatment, measurements of the blood flow are made, which provide information on whether the bulge is completely closed and whether the blood flows through the arterial bloodstream around the closed bulge.
Zur Messung der Perfusion stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. In einem Verfahren wird dem Blut ein fluoreszierender Farbstoff, bspw. Indozyanin Grün (ICG) zugegeben, welcher bei Beleuchtung mit einer Wellenlänge von 780 nm mit einer Wellenlänge von 835 nm, also im infraroten Spektralbereich, fluoresziert. Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen des Blutflusses mit Hilfe eines fluoreszierenden Farbstoffes sind bspw. in
Ein alternatives Verfahren zur Messung der Perfusion eines Gewebebereiches bietet die Laser-Doppler-Perfusionsabbildung. Derartige Verfahren zum Ermitteln der Perfusion sowie Vorrichtungen zum Durchführen der Verfahren sind bspw. in
Trotz allem kann es selbst beim Einsatz von schnell auszulesenden CMOS-Sensoren vorkommen, das die Zeitauflösung der Kamera nicht ausreicht, um die genaue Quantifizierung des Blutflusses zuzulassen.Nevertheless, even with the use of fast reading CMOS sensors, the time resolution of the camera may not be enough to allow accurate quantification of blood flow.
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein vorteilhaftes Verfahren, ein vorteilhaftes Computerprogrammprodukt und eine vorteilhafte Vorrichtung zur Quantifizierung des Blutflusses in einem vom Blut durchflossenen Gewebebereich zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine zuverlässige Quantifizierung des Blutflusses realisieren lässt.The object of the present invention is therefore to provide an advantageous method, an advantageous computer program product and an advantageous apparatus for quantifying the blood flow in a tissue region through which blood flows, with which a reliable quantification of the blood flow can be realized.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes medizinisch optisches Beobachtungsgerät zur Verfügung zu stellen, mit dem sich der Blutfluss in einem Beobachtungsbereich zuverlässig quantifizieren lässt.It is a further object of the present invention to provide an advantageous medical optical observation device with which the blood flow can be reliably quantified in an observation area.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 gelöst. Außerdem wird die erste Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 20 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein medizinisch optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen.The first object is achieved by a method according to claim 1 or claim 2 or by a device according to claim 8 or claim 9. In addition, the first object is achieved by a computer program product according to
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Quantifizierung des Blutflusses in einem von Blut durchflossenen Gewebebereich wird dem Blut in einer ersten Alternative ein fluoreszierender Farbstoff zugeführt und der von Blut durchflossene Gewebebereich mit die Fluoreszenz des Farbstoffes anregender Strahlung bestrahlt, oder es wird der von Blut durchflossene Gewebebereich in einer zweiten Alternative mit kohärenter Strahlung bestrahlt, um durch die Bestrahlung mit kohärenter Strahlung eine vom Gewebebereich reflektierte Strahlung zu erzeugen, die eine durch den Blutfluss im Gewebebereich dopplerverschobene Komponente und eine unverschobene Komponente aufweist. Mit anderen Worten, es erfolgt entweder eine Messung des Blutflusses mittels eines Fluoreszenzfarbstoffes, bspw. Indozyanin Grün, oder es folgt eine Messung des Blutflusses mittels Laser-Doppler-Perfusionsmessung. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels eines ersten elektronischen Bildsensors gemäß der ersten Alternative ein Gesamtbild des Gewebebereichs im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung des Farbstoffes oder gemäß der zweiten Alternative ein Gesamtbild des Gewebebereichs im Wellenlängenbereich der reflektierten Strahlung (dopplerverschoben und unverschoben) zeitaufgelöst aufgenommen. Erfindungsgemäß wird außerdem mittels eines zweiten elektronischen Bildsensors wenigstens ein zweites Bild des Gewebebereichs im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung des Farbstoffes oder im Wellenlängenbereich der reflektierten Strahlung (dopplerverschoben und unverschoben) zeitaufgelöst aufgenommen, wobei das zweite Bild wenigstens ein Teilbild des Gesamtbildes ist. Beim Aufnehmen des zweiten Bildes mittels des zweiten elektronischen Bildsensors ist die Zeitauflösung höher als die Zeitauflösung, mit der das Gesamtbild des Gewebebereiches aufgenommen wird. Aus den zeitaufgelösten Bilddaten des Gesamtbildes und den zeitaufgelösten Bilddaten des zweiten Bildes wird dann der Blutfluss quantifiziert. Als Quantifizierung des Blutflusses soll hierbei das Ermitteln wenigstens einer den Blutfluss charakterisierenden Eigenschaft wie etwa die Flussrate, die Flussrichtung, die Flussgeschwindigkeit, etc., verstanden werden.In the method according to the invention for quantifying the blood flow in a tissue region through which blood flows, in a first alternative, the blood is supplied with a fluorescent dye and the tissue region through which blood flows is irradiated with the fluorescence of the dye exciting radiation, or the tissue region through which blood flows The second alternative is irradiated with coherent radiation in order to generate, by the irradiation with coherent radiation, a radiation reflected from the tissue region, which has a component Doppler-shifted by the blood flow in the tissue region and a non-displaced component. In other words, there is either a measurement of the blood flow by means of a fluorescent dye, for example. Indocyanine green, or it follows a measurement of blood flow by means of laser Doppler perfusion measurement. In the method according to the invention, an overall image of the tissue region in the wavelength range of the fluorescence radiation of the dye or according to the second alternative an overall image of the tissue region in the wavelength range of the reflected radiation (Doppler shifted and unshifted) is recorded in a time-resolved manner by means of a first electronic image sensor according to the first alternative. According to the invention, at least a second image of the tissue region in the wavelength range of the fluorescence radiation of the dye or in the wavelength range of the reflected radiation (Doppler shifted and unshifted) is also recorded time-resolved by means of a second electronic image sensor, wherein the second image is at least a partial image of the overall image. When taking the second image by means of the second electronic image sensor, the time resolution is higher than the time resolution with which the overall image of the tissue area is recorded. The blood flow is then quantified from the time-resolved image data of the overall image and the time-resolved image data of the second image. In this case, the quantification of the blood flow should be understood as the determination of at least one characteristic characterizing the blood flow, such as the flow rate, the flow direction, the flow velocity, etc.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass häufig der Blutfluss lediglich in einem Teilbereich oder mehreren Teilbereichen des Gesamtbildes nicht hinreichend genau quantifiziert werden kann, weil die Zeitauflösung zu niedrig ist. In den übrigen Bereichen des Gesamtbildes ist die Zeitauflösung hingegen ausreichend. Die Erfindung basiert nun darauf, das mittels der zweiten Kamera derjenige Teilbereich bzw. diejenigen Teilbereiche des Gesamtbildes, in dem bzw. denen die Zeitauflösung der ersten Kamera nicht ausreicht, um eine hinreichend genaue Quantifizierung des Blutflusses zu ermöglichen, mit höherer Zeitauflösung aufgenommen wird bzw. werden. Die höhere Zeitauflösung ermöglicht dann die Quantifizierung des Blutflusses in dem Teilbereich bzw. den Teilbereichen. Gleichzeitig bietet das Gesamtbild weiterhin den Überblick, bspw. über den gesamten Operationssitus, so dass eine Quantifizierung des Blutflusses über große Bereiche möglich ist.The present invention is based on the recognition that frequently the blood flow can not be quantified with sufficient accuracy only in a subarea or in several subregions of the overall image because the time resolution is too low. In the other areas of the overall picture, however, the time resolution is sufficient. The invention is now based on the fact that by means of the second camera that subarea or those subregions of the overall image in which the time resolution of the first camera is insufficient to allow a sufficiently accurate quantification of the blood flow is recorded with a higher time resolution or become. The higher time resolution then makes it possible to quantify the blood flow in the partial area or partial areas. At the same time, the overall picture continues to provide an overview, for example about the entire surgical site, so that a quantification of the blood flow over large areas is possible.
Es besteht aber grundsätzlich auch die Möglichkeit, mittels des zweiten elektronischen Bildsensors das Gesamtbild mit höherer Zeitauflösung aufzunehmen, bspw. wenn im zweiten Bildsensor das Bild auf weniger Pixel (Bildpunkte) abgebildet wird als im ersten Bildsensor. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass Pixel des zweiten elektronischen Bildsensors zu Pixelblöcken zusammengefasst werden (so genanntes Binning), so dass alle zu einem Pixelblock zusammengefassten Pixel jeweils gemeinsam ausgelesen werden. Da die Zahl an auszulesenden Pixelblöcken geringer ist als die Zahl an auszulesenden Pixeln, wenn jedes Pixel einzeln ausgelesen wird, lässt sich die Auslesegeschwindigkeit des elektronischen Bildsensors durch das Zusammenlegen der Pixel steigern. Allerdings ist das Zusammenlegen der Pixel mit einer Reduktion der Auflösung des Bildsensors verbunden. Dies ist jedoch nicht weiter störend, solange die Auflösung zu einer Quantifizierung des Blutflusses ausreicht, da ja immer noch das erste Gesamtbild mit der hohen räumlichen und der niedrigen zeitlichen Auflösung vorhanden ist und mit dem zweiten Gesamtbild, welches einen niedrigere räumliche und dafür eine höhere zeitliche Auflösung aufweist, überlagert werden kann.In principle, however, it is also possible to record the overall image with a higher time resolution by means of the second electronic image sensor, for example if the image is imaged on fewer pixels (pixels) in the second image sensor than in the first image sensor. This can be achieved, for example, in that pixels of the second electronic image sensor are combined to form pixel blocks (so-called binning) so that all the pixels combined to form a pixel block are read together in each case. Since the number of pixel blocks to be read is less than the number of pixels to be read, if each pixel is read out one by one, the read-out speed of the electronic image sensor can be increased by merging the pixels. However, merging the pixels is associated with a reduction in the resolution of the image sensor. However, this is not further annoying as long as the resolution is sufficient to quantify the blood flow, since the first overall image with the high spatial and the low temporal resolution is still present and with the second overall image, which has a lower spatial and a higher temporal Resolution, can be superimposed.
Neben dem Zusammenfassen von Pixeln besteht auch die Möglichkeit, die Zeitauflösung des zweiten Bildsensors dadurch zu erhöhen, dass beim zeitaufgelösten Aufnehmen des zweiten Bildes des Gewebebereichs nur ein Teilbereich des zweiten elektronischen Bildsensors ausgelesen wird. Dieser Teilbereich entspricht dann demjenigen Bereich des Gesamtbildes, in dem die Zeitauflösung des ersten Bildsensors nicht genügt, um den Blutfluss hinreichend zu quantifizieren. Selbstverständlich können auch mehrere voneinander getrennte Teilbereiche ausgelesen werden, wenn in mehreren Teilabschnitten des Gesamtbildes eine höhere Zeitauflösung der Bilderfassung gewünscht ist. Die Zeitauflösung kann, falls nötig, weiter erhöht werden, wenn in dem auszulesenden Teilbereich bzw. den auszulesenden Teilbereichen des zweiten elektronischen Bildsensors Pixel zu Pixelblöcken zusammengefasst werden.In addition to the combination of pixels, it is also possible to increase the time resolution of the second image sensor in that only a portion of the second electronic image sensor is read during the time-resolved recording of the second image of the tissue region. This subregion then corresponds to that region of the overall image in which the time resolution of the first image sensor is not sufficient to adequately quantify the blood flow. Of course, a plurality of mutually separate subregions can be read out if a higher time resolution of the image acquisition is desired in several subsections of the overall image. If necessary, the time resolution can be increased further if pixels are combined into pixel blocks in the subarea to be read out or the subregions of the second electronic image sensor to be read out.
Eine weitere Möglichkeit, die Zeitauflösung beim Aufnehmen des zweiten Bildes des vom Blut durchflossenen Gewebebereichs zu erhöhen, besteht darin, nur jedes n-te Pixel des zweiten elektronischen Bildsensors auszulesen, bspw. nur jedes zweite oder jedes dritte Pixel. Die dadurch reduzierte Zahl an auszulesenden Pixeln ermöglicht eine höhere Ausleserate als beim Auslesen aller Pixel des Bildsensors. Wie beim Zusammenfassen von Pixeln wird jedoch auch dann, wenn nur jedes n-te Pixel ausgelesen wird, die Auflösung des Bildsensors reduziert. Wie bereits erwähnt, kann dies jedoch in Kauf genommen werden, solange die Auflösung zum Ermitteln des Blutflusses ausreicht, da weiterhin ein Bild mit voller Pixelzahl mittels des ersten elektronischen Bildsensors aufgenommen wird, das mit dem geringer aufgelösten Bild überlagert werden kann.Another way to increase the time resolution when taking the second image of the blood-perfused tissue area is to read only every n-th pixel of the second electronic image sensor, for example only each one second or every third pixel. The resulting reduced number of pixels to be read allows a higher readout rate than when reading out all pixels of the image sensor. However, as with pixel aggregation, even if only every nth pixel is read, the resolution of the image sensor is reduced. However, as already mentioned, this can be tolerated as long as the resolution is sufficient to detect the blood flow, since a full pixel image is further captured by the first electronic image sensor that can be overlaid with the lower resolution image.
Es ist vorteilhaft, wenn der zweite elektronische Bildsensor zum zeitaufgelösten Aufnehmen des zweiten Bildes wenigstens hinsichtlich der auszulesenden und/oder hinsichtlich zusammenzufassender Pixel programmiert werden kann, da dann die räumliche und zeitliche Auflösung des zweiten elektronischen Bildsensors an die vom Blut durchflossenen Gewebebebereich vorgegebenen Anforderungen angepasst werden kann. Insbesondere können aber auch beide elektronische Bildsensoren hinsichtlich der auszulesenden und/oder hinsichtlich zusammenzufassender Pixel programmierbar sein, was die Flexibilität weiter erhöht. Insbesondere können dann auch beide elektronische Bildsensoren identisch ausgestaltet sein.It is advantageous if the second electronic image sensor for time-resolved recording of the second image can be programmed at least with regard to the pixels to be read and / or summarized, since then the spatial and temporal resolution of the second electronic image sensor are adapted to the requirements imposed on the blood-perfused tissue area can. In particular, however, both electronic image sensors can also be programmable with regard to the pixels to be read out and / or with regard to pixels, which further increases the flexibility. In particular, both electronic image sensors can then be designed identically.
Um eine hinreichende Quantifizierung des Blutflusses zu ermöglichen, sollte wenigstens das zweite Bild mit einer Zeitauflösung von 100 Bildern pro Sekunde oder mehr aufgenommen werden. Natürlich ist es vorteilhaft, wenn auch das mittels des ersten elektronischen Bildsensors gewonnene Gesamtbild mit einer Zeitauflösung von mindestens 100 Bildern pro Sekunde aufgenommen wird. In diesem Fall erfolgt die Aufnahme des zweiten Bildes mit einer Zeitauflösung die größer ist als die beim Aufnehmen des ersten Bildes, bspw. mit einer Zeitauflösung von mindestens 150 Bildern pro Sekunde oder mindestens 200 Bildern pro Sekunde.To allow sufficient quantification of blood flow, at least the second image should be taken at a time resolution of 100 frames per second or more. Of course, it is advantageous if the overall image obtained by means of the first electronic image sensor is also recorded with a time resolution of at least 100 images per second. In this case, the recording of the second image takes place with a time resolution which is greater than that when taking the first image, for example with a time resolution of at least 150 images per second or at least 200 images per second.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Quantifizierung des Blutflusses in einem Gewebebereich, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, umfasst einen ersten elektronischen Bildsensor mit einer ersten Zahl an auszulesenden Bildpunkten (Pixeln) und einer ersten Zeitauflösung sowie einen zweiten elektronischen Bildsensor mit einer zweiten Zahl an auszulesenden Bildpunkten und einer zweiten Zeitauflösung. Weiterhin umfasst sie ein optisches Abbildungssystem, welches den Gewebebereich auf den ersten elektronischen Bildsensor und auf den zweiten elektronischen Bildsensor abbildet, und eine Beleuchtungslichtquelle zum Beleuchten des Gewebebereichs mit einer Beleuchtungsstrahlung. Die Beleuchtungsstrahlung kann in einer ersten Alternative eine Wellenlänge umfassen, die einen im durch den Gewebebereich fließenden Blut befindlichen Fluoreszenzfarbstoff zur Emission von Fluoreszenzstrahlung anregt. In einer zweiten Alternative ist die Beleuchtungsstrahlung eine kohärente Strahlung, um durch die Beleuchtung eine vom Gewebebereich reflektierte Strahlung zu erzeugen, die eine durch den Blutfluss im Gewebebebereich dopplerverschobene Komponente und eine unverschobene Komponente aufweist, so dass die reflektierte Strahlung zur Blutflussmessung mittels Laser-Doppler-Perfusionsmessung herangezogen werden kann. Der erste elektronische Bildsensor ist dann auf die Fluoreszenzstrahlung bzw. die reflektierte Strahlung (dopplerverschoben und unverschoben) sensitiv. Mit anderen Worten, mittels des ersten elektronischen Bildsensors wird ein Bild der Fluoreszenzstrahlung aufgenommen bzw. ein Bild der reflektierten Strahlung, wobei die reflektierte Strahlung einen gegenüber der Beleuchtungsstrahlung spektral unverschobenen Anteil sowie einen gegenüber der Beleuchtungsstrahlung dopplerverschobenen Anteil aufweist. Auch der zweite elektronische Bildsensor ist auf die Fluoreszenzstrahlung bzw. die reflektierte Strahlung sensitiv, so dass ein Bild im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung bzw. im Wellenlängenbereich der reflektierten Strahlung, d. h. der unverschobenen und der verschobenen reflektierten Strahlung, aufgenommen wird. Der zweite elektronische Bildsensor hat eine höhere Zeitauflösung oder weist weniger auszulesende Bildpunkte als der erste elektronische Bildsensor auf. Außerdem ist eine Auswerteeinheit vorhanden, die mit dem ersten elektronischen Bildsensor und dem zweiten elektronischen Bildsensor zum Empfang der zeitaufgelösten Bilder zumindest mittelbar verbunden ist und aus den zeitaufgelösten Bildern der beiden elektronischen Bildsensoren den Blutfluss im Gewebebereich quantifiziert, bspw. hinsichtlich der Flussrichtung, der Flussrate, der Flussgeschwindigkeit, etc.A device according to the invention for quantifying the blood flow in a tissue region which is suitable for carrying out the method according to the invention comprises a first electronic image sensor with a first number of pixels to be read (pixels) and a first time resolution and a second electronic image sensor with a second number to be read Pixels and a second time resolution. Furthermore, it comprises an optical imaging system, which images the tissue region onto the first electronic image sensor and onto the second electronic image sensor, and an illumination light source for illuminating the tissue region with an illumination radiation. In a first alternative, the illumination radiation may comprise a wavelength which excites a fluorescent dye in the blood flowing through the tissue region to emit fluorescence radiation. In a second alternative, the illumination radiation is a coherent radiation in order to generate by the illumination a radiation reflected from the tissue region, which has a Doppler-shifted component by the blood flow in the tissue region and a non-displaced component, so that the reflected radiation for blood flow measurement by means of laser Doppler Perfusion measurement can be used. The first electronic image sensor is then sensitive to the fluorescence radiation or the reflected radiation (Doppler-shifted and unshifted). In other words, an image of the fluorescence radiation or an image of the reflected radiation is recorded by means of the first electronic image sensor, wherein the reflected radiation has a component which is spectrally unshifted with respect to the illumination radiation and a component that is doppler-shifted with respect to the illumination radiation. The second electronic image sensor is also sensitive to the fluorescence radiation or the reflected radiation, so that an image in the wavelength range of the fluorescence radiation or in the wavelength range of the reflected radiation, i. H. the unshifted and the shifted reflected radiation is recorded. The second electronic image sensor has a higher time resolution or has fewer pixels to be read than the first electronic image sensor. In addition, an evaluation unit is provided which is at least indirectly connected to the first electronic image sensor and the second electronic image sensor for receiving the time-resolved images and quantifies the blood flow in the tissue region from the time-resolved images of the two electronic image sensors, for example with respect to the flow direction, the flow rate. the flow rate, etc.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Zahl an auszulesenden Bildpunkten des zweiten elektronischen Bildsensors gegenüber der Zahl an auszulesenden Bildpunkten des ersten elektronischen Bildsensors insbesondere dadurch reduziert sein, dass im zweiten elektronischen Bildsensor nur jeder n-te Bildpunkt ausgelesen wird, dadurch dass nur ein Teilbereich oder mehrere Teilbereiche des Sensors ausgelesen wird bzw. werden oder dadurch dass Bildpunkte zu Pixelblöcken zusammengefasst werden.In the device according to the invention, the number of pixels to be read by the second electronic image sensor compared to the number of pixels to be read the first electronic image sensor can be reduced in particular that only every n-th pixel is read in the second electronic image sensor, characterized in that only a portion or more Sections of the sensor is read or be or by the fact that pixels are grouped into blocks of pixels.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen und damit die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile realisieren.With the device according to the invention, the inventive method can be carried out and thus realize the advantages described with reference to the inventive method.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders flexibel einsetzbar, wenn wenigstens einer der elektronischen Bildsensoren hinsichtlich seiner Zeitauflösung und/oder der Zahl an auszulesenden Bildpunkten programmierbar ist. Hierbei besteht insbesondere die Möglichkeit, dass beide elektronische Bildsensoren hinsichtlich ihrer Zeitauflösung und/oder der Zahl an auszulesenden Bildpunkte programmierbar sind, wobei die elektronischen Bildsensoren dann identisch sein können.The device according to the invention can be used particularly flexibly if at least one of the electronic image sensors is to be read with regard to its time resolution and / or the number of Pixels is programmable. In particular, there is the possibility that both electronic image sensors are programmable with regard to their time resolution and / or the number of pixels to be read out, with the electronic image sensors then being able to be identical.
Vorzugsweise kommen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung CMOS-Sensoren als elektronische Bildsensoren zur Anwendung, da diese gegenüber CCD-Sensoren eine höhere Ausleserate ermöglichen und somit eine bessere Zeitauflösung aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Zeitauflösung des ersten elektronischen Bildsensors und/oder des zweiten elektronischen Bildsensors mindestens 100 Bilder pro Sekunde.CMOS sensors are preferably used as electronic image sensors in the device according to the invention, since they allow a higher read-out rate compared to CCD sensors and thus have a better time resolution. Preferably, the time resolution of the first electronic image sensor and / or the second electronic image sensor is at least 100 images per second.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann wenigstens der zweite elektronische Bildsensor eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Zeitauflösung bzw. der Zahl an auszulesenden Pixeln aufweisen. Auf diese Weise kann das zweite Bild, welches mit dem zweiten elektronischen Bildsensor gewonnen wird, an die durch den abzubildenden Gewebebereich vorgegebenen Erfordernisse zum Durchführen einer Quantifizierung des Blutflusses angepasst werden. Selbstverständlich können auch beide elektronischen Bildsensoren eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Zeitauflösung bzw. der Zahl an auszulesenden Pixeln aufweisen, so dass das Verhältnis der Zeitauflösung oder das Verhältnis der Zahl an einzustellenden Pixeln zwischen dem ersten Bildsensor und dem zweiten Bildsensor frei gewählt werden und insbesondere auch an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Wenn beide elektronischen Bildsensoren mit einer derartigen Einstellvorrichtung ausgestattet sind, besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die beiden Bildsensoren identisch auszugestalten. Die unterschiedlichen Zeitauflösungen der beiden Bildsensoren bzw. die unterschiedliche Zahl an auszulesenden Pixeln werden dann lediglich mit Hilfe der Einstellvorrichtung eingestellt und sind nicht fest vorgegeben.In the device according to the invention, at least the second electronic image sensor can have an adjusting device for setting the time resolution or the number of pixels to be read out. In this way, the second image, which is obtained with the second electronic image sensor, can be adapted to the requirements imposed by the tissue region to be imaged in order to carry out a quantification of the blood flow. Of course, both electronic image sensors can also have an adjusting device for setting the time resolution or the number of pixels to be read, so that the ratio of the time resolution or the ratio of the number of pixels to be set between the first image sensor and the second image sensor are freely selected and, in particular, also the respective requirements can be adapted. If both electronic image sensors are equipped with such an adjustment device, it is also possible, in particular, to design the two image sensors identically. The different time resolutions of the two image sensors or the different number of pixels to be read are then set only with the aid of the setting device and are not fixed.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem zweiten elektronischen Bildsensor eine eigene vergrößernde Optik vorgeschaltet, die eine feste oder variable Vergrößerung aufweisen kann. Dies ermöglicht es, einen Teilausschnitt des Gesamtbildes, der mit einer erhöhten Zeitauflösung aufgenommen werden soll, vergrößert auf den zweiten elektronischen Bildsensor abzubilden und so den Nachteil, der durch das Auslesen einer reduzierten Zahl an Pixeln hinsichtlich der räumlichen Auflösung besteht, auszugeichen. Durch die vergrößerte Darstellung lässt sich nämlich dieselbe räumliche Information mit einer geringeren räumlichen Auflösung des zweiten Bildsensors erfassen.In one embodiment of the device according to the invention the second electronic image sensor is preceded by a separate magnifying optics, which may have a fixed or variable magnification. This makes it possible to image a partial section of the overall image to be taken with an increased time resolution magnified on the second electronic image sensor and thus compensate for the disadvantage of reading a reduced number of pixels in terms of spatial resolution. The enlarged representation makes it possible to detect the same spatial information with a lower spatial resolution of the second image sensor.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese eine Speichereinrichtung, die einerseits mit den beiden Bildsensoren zum Empfang der elektronischen Bilder verbunden ist und andererseits mit der Auswerteeinheit. Die mittelbar mit den Bildsensoren zum Empfang der elektronischen Bilder verbundene Auswerteeinheit empfängt dann die gespeicherten elektronischen Bilder von der Speichereinrichtung. Die Speichereinrichtung kann als Puffer zum Zwischenspeichern der Bilder dienen, wenn die Zeitauflösung der elektronischen Bildsensoren und damit die Bildrate, so hoch ist, dass die elektronischen Bilder nicht mit derselben Rate ausgewertet werden können, wie sie aufgenommen werden.In a further embodiment of the device according to the invention, this device comprises a memory device, which is connected on the one hand to the two image sensors for receiving the electronic images and on the other hand to the evaluation unit. The evaluation unit indirectly connected to the image sensors for receiving the electronic images then receives the stored electronic images from the storage device. The memory device may serve as a buffer for buffering the images when the time resolution of the electronic image sensors and thus the frame rate is so high that the electronic images can not be evaluated at the same rate as they are captured.
Ein erfindungsgemäßes medizinisch optisches Beobachtungsgerät, das beispielsweise als Funduskamera, als Endoskop oder insbesondere als Operationsmikroskop ausgebildet sein kann, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Quantifizierung des Blutflusses. Hierbei kann die Optik zur Quantifizierung des Blutflusses insbesondere einen Teil der Optik des optischen Beobachtungsgeräts umfassen. Ebenso kann die Beleuchtungslichtquelle der Vorrichtung in das optische Beobachtungsgerät integriert sein oder mit dessen Beleuchtungslichtquelle identisch sein.An inventive medical optical observation device, which may be designed, for example, as a fundus camera, as an endoscope or, in particular, as an operating microscope, comprises a device according to the invention for quantifying the blood flow. In this case, the optics for quantifying the blood flow may in particular comprise a part of the optics of the optical observation device. Likewise, the illumination light source of the device may be integrated into the optical observation device or be identical to its illumination light source.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Überlagerung der von den beiden elektronischen Bildsensoren aufgenommenen Bilder ist es, wenn die den beiden elektronischen Bildsensoren zugeführten Strahlenbündel aus demselben Strahlenbündel des medizinisch optischen Beobachtungsgeräts ausgekoppelt werden. Wenn das medizinisch optische Beobachtungsgerät als Operationsmikroskop mit zwei stereoskopischen Teilstrahlengängen ausgebildet ist, können insbesondere die den elektronischen Bildsensoren zugeführten Strahlenbündel aus demselben Teilstrahlenbündel des Operationsmikroskops ausgekoppelt werden. Auf diese Weise ist der Betrachtungswinkel auf das Beobachtungsobjekt, d. h. auf den von Blut durchflossenen Gewebebereich, für beide Bilder identisch.It is particularly advantageous with respect to the superposition of the images taken by the two electronic image sensors when the radiation bundles supplied to the two electronic image sensors are coupled out of the same beam of the medical-optical observation device. If the medical optical observation device is designed as a surgical microscope with two stereoscopic partial beam paths, in particular the radiation beams supplied to the electronic image sensors can be coupled out of the same partial beam of the surgical microscope. In this way, the viewing angle on the object to be observed, i. H. on the blood-perfused tissue area, identical for both images.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt enthält computerlesbare Programmmittel zur Ausführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durch einen Computer, wodurch die computerunterstützte Realisierung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Eigenschaften und Vorteile ermöglicht wird.A computer program product according to the invention contains computer-readable program means for carrying out the steps of the method according to the invention by means of a computer, which makes possible the computer-assisted realization of the properties and advantages achievable with the method according to the invention.
Weitere Merkmale und Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features and characteristics and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.
Nachfolgend wird mit Bezug auf
Das Operationsmikroskop
Statt lediglich einer Achromatlinse, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Objektiv
Bildseitig des Objektivs
An den Vergrößerungswechsler
Bei dem in
Der zweiten Kamera
Im Operationsmikroskop
Weiterhin umfasst das Operationsmikroskop
Eine erste Ausführungsvariante der Einstell- und Auswerteeinheit
Die Einstell- und Auswerteeinheit
Die Einstell- und Auswerteeinheit
Eine erste Möglichkeit, wie die Einstelleinheit
Die in
Eine zweite Variante zur Reduktion der auszulesenden Bildpunkte des zweiten CMOS-Sensors
Eine dritte Möglichkeit zum Erhöhen der Ausleserate des zweiten CMOS-Sensors
Obwohl die mit Bezug auf die
Eine zweite Ausführungsvariante der Einstell- Auswerteeinheit
Die in
Die in
Nachfolgend wird mit Bezug auf
Die in
Den beiden Kameras
Die beiden Kameras
Falls einer der Kameras ein Zoomlinsensystem oder ein System in Art eines Galilei-Wechslers vorgeschaltet ist, und die entsprechende Kamera ein vergrößertes Bild eines Teilbereiches des Gesamtbildes aufnimmt, kann die Einstell- und Auswerteeinheit im Computer
Die Vorrichtung
Wenn während einer Operation, bspw. während einer offenen zerebrokranialen Operation, in deren Verlauf Blutgefäße freigelegt werden, der Blutfluss im Operationsitus quantifiziert werden soll, wählt der Chirurg über die Eingabeschnittstelle
Nach dem Aufnehmen wird das Teilbild bzw. werden die Teilbilder der zweiten Kamera automatisch zeitlich und räumlich dem Übersichtbild überlagert. Für die ausgewählten Bereiche werden bspw. die Flussrichtung des Blutes, die Flussgeschwindigkeit und der Intensitätsverlauf in der Auswerteinheit berechnet und anschließend zur Darstellung an den Monitor
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es, den Blutfluss in einem Teilbereich eines Gesamtbildes mit einer erhöhten Zeitauflösung zu dokumentieren und so eine genauere Quantifizierung des Blutflusses in diesen Teilbereich vornehmen zu können. Gleichzeitig kann das Gesamtbild als Übersichtsbild aufgenommen werden, so dass einem Chirurgen das Gesamtbild mit einer ausreichenden Zeitauflösung dargeboten werden kann, während ein besonders interessierender Teilbereich mit einer erhöhten Zeitauflösung dargeboten wird.The method according to the invention and the device according to the invention make it possible to document the blood flow in a subarea of an overall image with an increased time resolution and thus to be able to carry out a more precise quantification of the blood flow into this subarea. At the same time, the entire image can be recorded as an overview image, so that a surgeon can be presented with the complete image with sufficient time resolution, while a particularly interesting subarea with an increased time resolution is presented.
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