DE102006018445B4

DE102006018445B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung arterio-venöser Verhältniswerte durch quantitative Analyse retinaler Gefäße

Info

Publication number: DE102006018445B4
Application number: DE102006018445A
Authority: DE
Inventors: Walthard Dr. Vilser; Christine Kassner
Original assignee: Imedos GmbH; Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Imedos Health De GmbH
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: DE102006018445A1; US7677729B2; JP4898533B2; JP2007283105A; US20070244396A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung arterio-venöser Verhältniswerte durch quantitative Analyse retinaler Gefäße, die eine Netzhautkamera zur Aufnahme von Bildern des Augenhintergrundes, mindestens einen Bildspeicher, Mittel zur Erkennung von arteriellen und venösen Gefäßen in den Bildern, Mittel zur Bestimmung von Gefäßdurchmessern der erkannten arteriellen und venösen Gefäße sowie Mittel zur Berechnung der arterio-venösen Verhältniswerte aus den ermittelten Gefäßdurchmessern enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzhautkamera (2) mit einer Bildfolgesteuereinheit (3) verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, eine an die Periode der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Welle angepasste Steuerung der Zeitabstände oder der Zeitpunkte und eine Steuerung der Anzahl von aufzunehmenden Bildern einer Bildfolge zu übernehmen, für die ein Bildfolgenspeicher (4) zur Bildablage vorgesehen ist, und dass die Mittel (5) zur Berechnung der arterio-venösen Verhältniswerte dafür ausgelegt sind, aus bildweise anhand mindestens zweier Bilder einer Bildfolge ermittelten arterio-venösen Verhältniswerten einen mittleren arterio-venösen Verhältniswert bestimmen zu können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung arterio-venöser Verhältniswerte durch quantitative Analyse retinaler Gefäße, die eine Netzhautkamera zur Aufnahme von Bildern des Augenhintergrundes, mindestens einen Bildspeicher, Mittel zur Erkennung von arteriellen und venösen Gefäßen in den Bildern, Mittel zur Bestimmung von Gefäßdurchmessern der erkannten arteriellen und venösen Gefäße sowie Mittel zur Berechnung der arterio-venösen Verhältniswerte aus den ermittelten Gefäßdurchmessern enthält.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Bestimmung arterio-venöser Verhältniswerte durch quantitative Analyse retinaler Gefäße anhand digitaler Fundusbilder, bei dem mit Abstand um die Papille ein ringförmiger Messbereich gelegt wird, der von einem Zentralgefäß ausgehende, nach Arterien und Venen zu unterscheidende und zu vermessende Gefäßabschnitte enthält, von denen pro Gefäßabschnitt mindestens ein Gefäßdurchmesser bestimmt wird, wobei aus den ermittelten Gefäßdurchmessern der arteriellen und venösen Gefäßabschnitte ein retinales arterielles Gefäßdurchmesseräquivalent, ein retinales venöses Gefäßdurchmesseräquivalent und der arterio-venöse Verhältniswert aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen bestimmt werden.
Mit Hilfe einer quantitativen Gefäßanalyse anhand digitaler Fundusbilder ist es möglich, das vaskuläre Gefäßrisiko, das z. B. durch einen arterio-venösen Verhältniswert (AVR-Wert) nach Hubbard et al (Ophthalmology, Vol 106 Dec 1999, S. 2269-2280) bestimmt werden kann, zu ermitteln. So konnte in einer Studie (ARIC-Studie) ein vom Blutdruck und anderen Risikofaktoren unabhängiger Zusammenhang zwischen dem arterio-venösen Verhältniswert und dem kardio-vaskulären Gefäßrisiko bei Frauen und für den Schlaganfall und Diabetes bei Frauen und Männern nachgewiesen werden. Wong TV et al (Retinal microvascular abnormalities and incident stroke: The Atherosclerosis Risk in Communities Studies, The LANCET Vol 358 (2001) S. 1134-1140) zeigen zur Abschätzung eines systemischen Gefäßrisikos der Mikrogefäße, dass sich anhand des AVR-Wertes Risikogruppen für das Schlaganfallrisiko und andere schwere vaskuläre Erkrankungen klassifizieren lassen.
Allen Systemen zur Bestimmung des arterio-venösen Verhältniswertes gemeinsam sind eine Netzhautkamera, Einheiten zur Speicherung des aufgenommenen Einzelbildes, Mittel zur Erkennung von arteriellen und venösen Gefäßen, Mittel zur Bestimmung von Gefäßdurchmessern und Mittel zur Berechnung des AVR-Wertes.
Ein mit der Netzhautkamera aufgenommenes digitales Fundusbild wird dahingehend ausgewertet, dass nach standardisiertem Protokoll von in einem kreisförmigen Messbereich um die Papille liegenden Arterien und Venen Gefäßdurchmesser bestimmt und nach standardisierter Modellformel zu einem retinalen arteriellen Gefäßdurchmesseräquivalent (AZÄ) und einem retinalen venösen Gefäßdurchmesseräquivalent (VZÄ) zusammengefasst werden, deren Quotient (AZANZÄ) den AVR-Wert liefert. Dabei können verschiedene Modellformeln zur Anwendung kommen. (Knudson MD et al: Revised formulas for summarizing retinal vessel diameters. Current Eye Research Vol 27 (2003) 143-149).
Eine derartige Vorgehensweise ist lediglich für epidemiologische Studien mit hohen Fallzahlen (bis zu 10.000 und mehr) geeignet, da systematische Fehleranteile der einzelnen AVR-Werte im Wesentlichen randomisiert werden und gemeinsam mit dem zufälligen Fehler der einzelnen AVR-Werte für die epidemiologischen Fragestellungen und Auswertungen im Gruppenmittel nur noch eine untergeordnete Rolle spielen.
Für eine individuelle Diagnostik ist die Methodik jedoch sehr unsicher und nur bedingt brauchbar, da aufgrund der zufälligen und individuell unterschiedlichen systematischen Fehler bei individuellen Einzeluntersuchungen die Streuung der individuellen Zentraläquivalente und der der arterio-venösen Verhältnisse sehr hoch sind und eine unbefriedigende Reproduzierbarkeit bewirken. Diese Streuung kann unter bestimmten Bedingungen durchaus über mehrere Risiko-Bewertungsklassen gehen, so dass die Risikoeinordnung eines Patienten bei kurzfristig wiederholten Untersuchungen zwischen starkem und normalen Risiko schwanken kann. Damit ist die statische Gefäßanalyse nur bedingt verwendbar.
Aus der US 5 031 632 A , der US 6 999 812 B2 und der US 6 621 917 B1 ist die Darstellung von Pulsationen bei der Untersuchung retinaler Blutgefäße bekannt, wobei insbesondere die US 5 031 632 A eine Pulsformanalyse durchführt und die US 6 999 812 B2 Pulsationen zur genauen Bestimmung von Venenverengungen im Kreuzungsbereich von Arterien und Venen als atherosklerose Marker ausschaltet. Die US 6 621 917 B1 ermittelt wesentliche klinisch relevante funktionsdiagnostische Kenngrößen anhand elektronischer Bilder oder Bildfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Reproduzierbarkeit individuell bestimmter arterio-venöser Verhältniswerte zu verbessern bzw. die Messunsicherheit bei der Bestimmung der arterio-venösen Verhältniswerte zu reduzieren, um die individuelle Aussagefähigkeit der bestimmten Werte für die Gefäßdiagnostik erheblich zu erhöhen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Analyse retinaler Gefäße der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Netzhautkamera mit einer Bildfolgesteuereinheit verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, eine an die Periode der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Welle angepasste Steuerung der Zeitabstände oder der Zeitpunkte und eine Steuerung der Anzahl von aufzunehmenden Bildern einer Bildfolge zu übernehmen, für die ein Bildfolgenspeicher zur Bildablage vorgesehen ist, und dass die Mittel zur Berechnung der arterio-venösen Verhältniswerte dafür ausgelegt sind, aus bildweise anhand mindestens zweier Bilder einer Bildfolge ermittelten arterio-venösen Verhältniswerten einen mittleren arterio-venösen Verhältniswert bestimmen zu können.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Bildfolgesteuereinheit mit Mitteln zur Bestimmung. von Maxima und Minima der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen oder der Systole im Bereich der Maxima oder der Diastole im Bereich der Minima vasomotorischer Wellen als Bildaufnahmezeitpunkte verbunden ist, die von der Bildfolgesteuereinheit für die Aufnahme der Bilder an die Netzhautkamera gegeben werden.
Geeignete Messmittel sind z. B. kontinuierlich messende Messeinrichtungen für den Blutdruck oder das Blutvolumen (plethysmografische Verfahren), aber auch Methoden, die die Maxima oder Minima der wellenförmigen Herzfrequenzänderungen z. B. auf der Basis von EKG-Signalen bestimmen. Diese Signale spiegeln die Perioden der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen wider. Mittel zur Bestimmung der systolischen und diastolischen Zeitpunkte sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Bildfolgesteuereinheit mit Mitteln zur kontinuierlichen Erfassung der retinalen Gefäßdurchmesser oder des retinalen Blutvolumens, insbesondere einer retinalen Arterie, und Mitteln zur Bestimmung von Maxima und Minima von vasomotorischen Wellen des Gefäßdurchmessers oder des retinalen Blutvolumens als Bildaufnahmezeitpunkte verbunden ist, die von der Bildfolgesteuereinheit für die Aufnahme der Bilder an die Netzhautkamera gegeben werden. Dabei können vorteilhafterweise auch Mittel zur Erfassung der Rotfärbung der Papille zur Erkennung der Maxima und Minima von Vasomotorikwellen benutzt werden.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Mittel zur Bestimmung der arterio-venösen Verhältniswerte eine Bildbewertungseinrichtung aufweisen, mit der die aufgenommenen Bilder visuell oder automatisch validiert werden können. Ferner ist es möglich, dass mittels einer Bildkorrektureinheit eine Bildausrichtung zur Korrektur der Augenbewegungen vorgenommen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Aufzeichnung von Videosequenzen des Augenhintergrundes im kontinuierlichen Licht vorgesehen.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Analyse retinaler Gefäße der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass als auszuwertende Fundusbilder mindestens zwei Bilder nacheinander mit einer an die Periode der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Welle angepassten zeitlichen Abfolge als Bildfolge aufgenommen werden und dass aus bildweise anhand der mindestens zwei Bilder ermittelten arterio-venösen Verhältniswerten ein mittlerer arterio-venöser Verhältniswert gebildet wird.
Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird der arterio-venöse Verhältniswert unter Zuhilfenahme mindestens zweier Bilder einer Bildfolge ermittelt, die zeitlich nicht willkürlich aufgenommen sind, sondern mit einer für die Erfindung wesentlichen zeitlichen Abfolge der Bildaufnahme, die von der Vasomotorik der Gefäße vorgegeben ist. Die Anpassung der zeitlichen Abfolge der Bildaufnahme an eine vasomotorische, insbesondere die individuell am stärksten ausgebildete und somit dominierende vasomotorische Welle hat den wesentlichen Vorteil, dass sich vasomotorische Amplitudenschwankungen der Gefäßdurchmesser, die mit Periodendauern von mehreren Sekunden, wie z. B. Perioden von 10 Sekunden oder 20 Sekunden in den Arterien wesentlich größer gegenüber den auftretenden vasomotorischen Schwankungen in den Venen sind, erfindungsbedingt erheblich geringer auf den arterio-venösen Verhältniswert auswirken. Meist ist die vasomotorische Welle mit einer Periodendauer von 10 Sekunden als eine von mehreren vasomotorischen Wellen dominierend.
Zusätzlich wird durch die Erfindung der durch Änderungen des Abbildungsmaßstabes von Aufnahme zu Aufnahme bedingte systematische Messfehler der Einzelmessung randomisiert und erheblich reduziert. Das betrifft vor allem die Reduzierung der Messunsicherheit bei der Bestimmung der Zentraläquivalente.
Die durch die Anzahl der Bilder und zeitlichen Abstände der Bildaufnahmen bestimmten Bildfolgen können zur Anpassung an die Vasomotorik der Gefäße in unterschiedlicher Weise aufgenommen werden.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb vor, dass die Bildaufnahmen mit einem fest vorgegebenen Zeitabstand erfolgen, der an die durchschnittliche Periodendauer der dominierenden vasomotorischen Welle angepasst ist, indem als Zeitabstand die halbe Periodendauer der dominierenden vasomotorischen Welle vorgesehen ist. Die dominierende vasomotorische Welle und deren Periodendauer kann insbesondere durch kontinuierliche Blutdruck- oder Herzfrequenzmessung, Aufzeichnung des arteriellen oder venösen Gefäßdurchmessers oder durch Aufzeichnung der papillären Rotfärbung ermittelt werden.
Bei Bildaufnahmen mit fest vorgegebenem Zeitabstand ist es unerheblich, zu welchen Zeitpunkten die Aufnahme erfolgt, da bei einer halben Periodendauer als Zeitabstand die Werteschwankungen durch Mittelung eliminiert werden, so dass im Ergebnis weitgehend wertrichtige Gefäßdurchmesser vorliegen.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens mit einem fest vorgegebenen Zeitabstand können vorsehen, dass mindestens zwei Bilder in zeitlich gleichen Abständen von vier bis sechs Sekunden oder einem ungeraden Vielfachen dieses festen Zeitabstandes oder dass mindestens zwei Bilder in zeitlich gleichen Abständen von acht bis zwölf Sekunden oder mit einem ungeraden Vielfachen eines festen Zeitabstandes von acht bis zwölf Sekunden aufgenommen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin derart ausgestaltet sein, dass die Bildfolge eine digitale Videoaufnahme mit einer Aufnahmedauer von mindestens zehn und vorzugsweise zwanzig Sekunden bei kontinuierlicher Beleuchtung und Videonorm von fünfundzwanzig Bildern pro Sekunde ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die tatsächliche Periode der vasomotorischen Welle erfasst wird, indem zur Vorgabe der zeitlichen Abfolge der Bildaufnahme Zeitpunkte gewählt werden, bei denen durch die am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen bedingte Gefäß- oder Blutvolumen- oder Blutdruck- oder Herzfrequenzänderungen Maximal- und Minimalwerte annehmen.
Deshalb kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Bildaufnahmen in einer Systole des Maximums und in einer Diastole des Minimums von am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen des Gefäßdurchmessers, des retinalen Blutvolumens oder des Blutdruckes erfolgen.
Die Bildaufnahmen können aber auch in einer Systole des Minimums und in einer Diastole des Maximums der Herzfrequenz von am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen erfolgen.
Die von einem unveränderten Fundusausschnitt und mit gleichen Aufnahmeeinstellungen eines Bildaufnahmesystems aufgenommenen Bilder der Bildfolge können einer Eignungsprüfung unterzogen werden. Es kann eine Bildausrichtung zur Korrektur von Augenbewegungen vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung sind zur Bildfolgenauswertung folgende Verfahrenschritte vorgesehen:

– Auswahl der zu vermessenden arteriellen und venösen Gefäßabschnitte aus einem ersten Startbild und Speicherung der Koordinaten der ausgewählten Gefäßabschnitte,
– gegenseitige Ausrichtung der Bilder der Bildfolge zur Überdeckung identischer, zu vermessender Gefäßabschnitte, wobei die Koordinaten der Gefäßabschnitte von zum Startbild zeitlich nachfolgend aufgenommenen Folgebildern auf die gespeicherten Koordinaten des Startbild umgerechnet werden,
– bildweise Ermittlung von mittleren Gefäßdurchmessern für die Gefäßabschnitte anhand der umgerechneten Koordinaten der Gefäßabschnitte in den Folgebildern,
– bildweise Bestimmung der Gefäßdurchmesseräquivalente für die Arterien und Venen und des arterio-venösen Verhältniswertes aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen,
– Ermittlung eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Arterien und eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Venen aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Bilder und eines mittleren arterio-venösen Verhältniswertes daraus oder Bestimmung eines mittleren arterio- venösen Verhältniswertes aus den bildweise ermittlelten arterio-venösen Verhältniswerten.

Alternativ zur vorgenannten Ausgestaltung können zur Bildfolgenauswertung folgende Verfahrenschritte vorgesehen sein:

– Auswahl der zu vermessenden arteriellen und venösen Gefäßabschnitte in jedem der Bilder der Bildserie,
– bildweise Ermittlung von mittleren Gefäßdurchmessern für die Gefäßabschnitte,
– bildweise Bestimmung der Gefäßdurchmesseräquivalente für die Arterien und Venen und des arterio-venösen Verhältniswertes aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen,
– Ermittlung eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Arterien und eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Venen aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Bilder und eines mittleren arterio-venösen Verhältniswertes daraus oder Bestimmung eines mittleren arterio- venösen Verhältniswertes aus den bildweise ermittlelten arterio-venösen Verhältniswerten.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Analyse retinaler Gefäße in einer Blockdarstellung.
Zur Untersuchung eines Patientenauges 1 ist eine nonmydriatische oder mydriatische Netzhautkamera 2 mit digitaler Bildgebung oder einem Digitalisierungssystem für die Fundusfotografie vorgesehen, die zur Steuerung der Abfolge von Bildaufnahmen des Augenhintergrundes mit einer Bildfolgesteuereinheit 3 verbunden ist. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgenommenen Bilder werden zumindest temporär mit Bildbezeichnung und Zeitpunkt der Aufnahme in einem Bildfolgenspeicher 4 abgelegt, aus dem eine Bildfolgenauswerteeinrichtung 5 zur Bestimmung eines mittleren AVR-Wertes die Bilder zur Auswertung entnimmt.
Selbstverständlich umfasst die Vorrichtung Ein- und Ausgabemedien für den Dialogbetrieb, zur Ergebnispräsentation und zur -ausgabe, wie z. B. Tastatur, Maus, Bildschirm und Drucker, die jedoch nicht dargestellt sind.
Das erste Ausführungsbeispiel betrifft die Bestimmung von AVR-Werten anhand einer Einzelbildserie, worunter Augenblicksaufnahmen verstanden werden sollen, die in festgelegten Zeitabständen mit Hilfe der Netzhautkamera 2 vom Augenhintergrund aufgenommen werden, wofür die Bildfolgesteuereinheit 3 den festgelegten Zeitabständen entsprechende Steuersignale an die Netzhautkamera 2 liefert.
Mittels der Bildfolgenauswerteeinrichtung 5 wird anhand der aus der Bildfolge stammenden Bilder ein mittlerer AVR-Wert entsprechend der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte bestimmt.
Die Aufnahme der Bilder einer Bildfolge erfolgt mit gleichen Kameraeinstellungen und vom möglichst unveränderten Fundusausschnitt. Aufgrund der Steuerung der Aufnahmezeitpunkte durch die Bildfolgesteuereinheit 3 wird mit der freien Auslösung der ersten Fundusaufnahme durch einen Untersucher ein Zeitregime gestartet, nach dem die weiteren Bilder programmiert ausgelöst werden oder dem Untersucher wird durch ein Signal, wie z. B. ein Piepton, die Auslösung des jeweils nächsten Bildes vorgegeben.
Vorzugsweise werden nach der Startaufnahme drei weitere Bilder alle fünf Sekunden aufgenommen, so dass über fünfzehn Sekunden vier Bilder entstehen und als Bildfolge über den Bildfolgenspeicher 4 für eine AVR-Bildfolgenauswertung zur Verfügung stehen. Vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Analyse retinaler Gefäße auch ein Imagingsystem aufweisen, das bei Bedarf eine Archivierung der gemäß der Erfindung nach zwei Varianten ermittelten AVR-Werte ermöglicht.
Zunächst kann vorgesehen sein, dass die Bilder für eine Validierung visuell oder automatisch einer Bildbewertung unterzogen werden. Bilder, die nicht einer vorgegebenen Bildqualität für die nachfolgende Auswertung entsprechen, werden ausgegliedert oder führen ggf. zum Verwerfen der gesamten Bildfolge und zum Abbruch der Untersuchungen.
Die erste Variante sieht zur Ermittlung von AVR-Werten folgende Verfahrensschritte vor:

– manuelles oder automatisches Festlegen von zu vermessenden arteriellen und venösen Gefäßabschnitten in einem ersten Startbild und Speicherung der Gefäßkoordinaten,
– nacheinander Ausrichten weiterer, dem Bildfolgenspeicher entnommener Bilder der Bildfolge gegenüber dem Startbild, wodurch identische, zu vermessende Gefäßabschnitte übereinander gelegt werden und den Koordinaten der zu vermessenden Gefäßabschnitte des Startbildes entsprechen,
– manuelle oder automatische bildweise Ermittlung eines mittleren Gefäßdurchmessers für jeden Gefäßabschnitt durch segmentweise Messung der Gefäßdurchmesser entlang identischer Gefäßabschnitte,
– bildweise Bestimmung von Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen und eines AVR-Wertes,
– Bestimmung von Gefäßdurchmesseräquivalenten AZÄ, VZÄ, AVR als mittlere Gefäßdurchmesseräquivalente für Arterien und Venen und mittlerer AVR-Werte durch Mittelwertbildung über die Gefäßdurchmesseräquivalente und die AVR-Werte aus den Bildern.

Zusätzlich oder alternativ zum letzten Verfahrensschritt können mittlere Gefäßdurchmesser für die Gefäßabschnitte auch durch Mittelwertbildung über die Bilder der Bildfolge und daraus mittlere für Arterien AZÄm und Venen VZÄm sowie ein mittlerer AVRm-Wert als Quotient von AZÄm/VZÄm bestimmt werden.
Die ermittelten Werte werden anschließend protokolliert, patientenbezogen gespeichert und geeignet ausgegeben.
Eine zweite Variante unterscheidet sich von der ersten dadurch, dass die zu vermessenden Gefäßabschnitte in jedem Bild neu festgelegt werden, wodurch in die Bestimmung eines durchschnittlichen AVR-Wertes Gefäßabschnitte einbezogen werden, die nicht mehr identisch mit denen des Startbildes sein müssen.
Vorteil der ersten Variante ist es, dass eine einmalige Festlegung von Gefäß und Gefäßart ausreichend ist, wodurch sie sich besonders für manuelle Vorgehensweisen anbietet. Die zweite Variante ist dagegen besser für eine automatische Auswertung geeignet, da Fehler bei der Festlegung der zu vermessenden Gefäßabschnitte einen geringeren Einfluss auf das Gesamtergebnis haben und im Falle vieler Bilder sogar vernachlässigt werden können.
Zwar ist bei einer Mindestbildfolge aus 2 Bildern der Bildabstand von 5 s vorteilhaft, doch kann das Zeitregime auch ein ungerades Vielfaches von 5 s sein
Wesentlich für die Erfindung ist die Einbeziehung von mehr als einem Bild in die Bestimmung des AVR-Wertes, wobei die Bildfolgezeit bzw. der feste zeitliche Abstand zwischen den Bildern an die Periode vasomotorischer Wellen angepasst ist. Diese Anpassung gewährleistet, dass zwei aufeinander folgende Bilder näherungsweise immer denselben Betrag der vasomotorischen Abweichung vom tatsächlichen Mittelwert aber mit unterschiedlichem Vorzeichen aufweisen, womit der aus den Messwerten berechnete Mittelwert näherungsweise den tatsächlichen mittleren Gefäßdurchmesser ergibt.
Für die Erfindung ist es unerheblich, nach welchem Protokoll des Standes der Technik die Bestimmung der AVR-Werte erfolgt und mit welcher Formel die Berechnung der Gefäßdurchmesseräquivalente durchgeführt wird oder welche bekannten Vorschriften zur Festlegung der zu vermessenden Gefäßabschnitte zur Anwendung kommen.
Unerheblich ist auch, wie die digitalen Fundusaufnahmen erzeugt (mydriatische oder nonmydriatische Netzhautkamera, Laserscanner oder sonstiges bildgebendes System, im Blitzbetrieb oder bei kontinuierlicher Beleuchtung) und in welcher Weise die Bilder und Daten patientenbezogen gespeichert werden.
Egal ist es, ob die Bildfolge mit einer digitalen oder analogen Foto- oder Videokamera erzeugt wird, solange mittels Framegrabber oder Scanner die Bilder letztlich im Bildfolgenspeicher 4 digitalisiert abgelegt werden.
Vorzugsweise kommt jedoch beim ersten Ausführungsbeispiel die Erstellung der Fundusaufnahmen im Blitzbetrieb zur Anwendung.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung des AVR-Wertes anhand einer „kontinuierlichen" Bildfolge, wie das bevorzugt bei einer Videobildfolge mit vielen Bildern und definierten Zeitabschnitten der Fall ist.
Im Unterschied zu bekannten technischen Lösungen, die ausschließlich geblitzte Aufnahmen auswerten, liefert die Bildfolgesteuereinheit 3 ein Start- und Endsignal an die für digitale Videoaufnahmen modifizierte Netzhautkamera 2 für die Aufnahme der Videobildfolge vorzugsweise bei kontinuierlicher Beleuchtung. Die digitale Videobildfolge wird im Bildfolgenspeicher 4 zumindest temporär gespeichert und die Bildbezeichnungen werden gemeinsam mit den Zeitpunkten der Aufnahme an die Bildfolgenauswerteeinrichtung 5 zur Bestimmung eines mittleren AVR-Wertes übergeben.
Mittels der Bildfolgenauswerteeinrichtung 5 werden aus der Videobildfolge die mittleren Zentraläquivalente und ein mittlerer AVR-Wert über alle Videobilder entsprechend den Verfahrensschritten des ersten Ausführungsbeispieles bestimmt. Die Zentraläquivalente und der AVR-Wert der Bilder der Videobildfolge können als grafische Darstellung in Abhängigkeit von der Zeit ausgegeben werden und liefern zusätzlich zu den über die Zeit berechneten mittleren Werten Aussagen über die zeitliche Variabilität.
Wesentlich für die Erfindung ist auch in diesem Ausführungsbeispiel wieder, dass mehr als ein Bild in die Auswertung einbezogen wird, wobei die Ausschaltung der Fehlereinflüsse der vasomotorischen Wellen durch Mittelung erfolgt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel sieht zwar eine Einzelbildfolge wie im ersten Ausführungsbeispiel vor, doch werden die Aufnahmezeitpunkte der Bilder durch zusätzliche, in der Figur gestrichelt dargestellte Messmittel 6 oder 7 bestimmt.
Das Messmittel 6 dient zur Bestimmung eines systolischen Zeitpunktes im Maximum der vasomotorischen Blutdruckwellen oder eines diastolischen Zeitpunktes im vasomotorischen Minimum. Für das Ausführungsbeispiel stellt das Messmittel 6 eine kontinuierliche Blutdruckmessung dar, wobei Mittel zur Detektion der oben genannten Maxima und Minima vorgesehen sind, die als Zeitpunkte für die Erstellung der Fundusaufnahmen an die Bildfolgesteuereinheit 3 weitergegeben werden.
Ein anderes Vorgehen besteht darin, dass mit dem Messmittel 6 aus den kontinuierlichen Blutdruckwerten nicht die Aufnahmezeitpunkte, sondern die individuelle Periodendauer der dominierenden vasomotorischen Welle bestimmt und an die Bildfolgesteuereinheit 3 weitergegeben wird.
Das Messmittel 7 ist dafür ausgelegt, das systolische Maximum im Bereich des Maximums der dominierenden vasomotorischen Welle bzw. diastolische Minimum im Bereich der Minima der dominierenden vasomotorischen Welle als Auslösezeitpunkte für die auszuwertenden Fundusaufnahmen oder die individuelle Periodendauer der dominierenden vasomotorischen Welle direkt an den Netzhautgefäßen zu bestimmen. Die Ausführung des Messmittels 7 kann eine Messvorrichtung zur Aufzeichnung des arteriellen oder venösen Gefäßdurchmessers gemäß der DE 196 48 935 A1 oder eine kontinuierliche Aufzeichnung der papillären Rotfärbung (Repräsentant für das Blutvolumen) sein, wobei die Bestimmung der Zeitpunkte oder der Periodendauer mit an sich bekannten Mitteln erfolgt.
Die mit beiden Messmitteln 6, 7 bestimmten Zeitpunkte werden an die Bildfolgesteuereinheit 3 zur Generierung von Steuersignalen gegeben, welche die Aufnahmen durch die Netzhautkamera 2 auslösen. Bei derartigen Verfahrensweisen ist es ausreichend, wenn die Bildfolge auf zwei Bilder, je eines im Maximum und im Minimum, beschränkt wird.
Der Vorteil besteht in einer individuell exakten Bestimmung des Zeitabstandes zwischen den Bildaufnahmen.
Für den Fall, dass die individuelle Periodendauer der dominierenden vasomotorischen Welle bestimmt wurde, kann der Untersucher die Startaufnahme selbst auslösen, während ein fester Zeitabstand zwischen den Bildern mit der halben Periodendauer oder dem ungeraden Vielfachen der halben Periodendauer vorgegeben ist.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung arterio-venöser Verhältniswerte durch quantitative Analyse retinaler Gefäße, die eine Netzhautkamera zur Aufnahme von Bildern des Augenhintergrundes, mindestens einen Bildspeicher, Mittel zur Erkennung von arteriellen und venösen Gefäßen in den Bildern, Mittel zur Bestimmung von Gefäßdurchmessern der erkannten arteriellen und venösen Gefäße sowie Mittel zur Berechnung der arterio-venösen Verhältniswerte aus den ermittelten Gefäßdurchmessern enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzhautkamera (2) mit einer Bildfolgesteuereinheit (3) verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, eine an die Periode der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Welle angepasste Steuerung der Zeitabstände oder der Zeitpunkte und eine Steuerung der Anzahl von aufzunehmenden Bildern einer Bildfolge zu übernehmen, für die ein Bildfolgenspeicher (4) zur Bildablage vorgesehen ist, und dass die Mittel (5) zur Berechnung der arterio-venösen Verhältniswerte dafür ausgelegt sind, aus bildweise anhand mindestens zweier Bilder einer Bildfolge ermittelten arterio-venösen Verhältniswerten einen mittleren arterio-venösen Verhältniswert bestimmen zu können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildfolgesteuereinheit (3) mit Mitteln (6) zur Bestimmung von Maxima und Minima der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen als Bildaufnahmezeitpunkte verbunden ist, die von der Bildfolgesteuereinheit (3) für die Aufnahme der Bilder an die Netzhautkamera (2) gegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Bestimmung von Maximum und Minimum von am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Blutdruckwellen kontinuierlich messende Messeinrichtungen für den Blutdruck oder das Blutvolumen oder die Herzfrequenz umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildfolgesteuereinheit (3) mit Mitteln (7) zur kontinuierlichen Erfassung der retinalen Gefäßdurchmesser oder des retinalen Blutvolumens und zur Bestimmung von Maxima und Minima von vasomotorischen Wellen des Gefäßdurchmessers oder des retinalen Blutvolumens als Bildaufnahmezeitpunkte verbunden ist, die von der Bildfolgesteuereinheit (3) für die Aufnahme der Bilder an die Netzhautkamera (2) gegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildfolgesteuereinheit (3) mit Mitteln zur kontinuierlichen Erfassung des Gefäßdurchmessers einer retinalen Arterie verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zur Bestimmung des arteriellen und venösen Zentraläquivalentes und des arterio-venösen Verhältniswertes eine Bildbewertungseinrichtung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildkorrektureinheit zur Echtzeitkorrektur der Bilder vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Aufzeichnung von Videosequenzen des Augenhintergrundes im kontinuierlichen Licht vorgesehen sind.
Verfahren zur Bestimmung arterio-venöser Verhältniswerte durch quantitative Analyse retinaler Gefäße anhand digitaler Fundusbilder, bei dem mit Abstand um die Papille ein ringförmiger Messbereich gelegt wird, der von einem Zentralgefäß ausgehende, nach Arterien und Venen zu unterscheidende und zu vermessende Gefäßabschnitte enthält, von denen pro Gefäßabschnitt mindestens ein Gefäßdurchmesser bestimmt wird, wobei aus den ermittelten Gefäßdurchmessern der arteriellen und venösen Gefäßabschnitte ein retinales arterielles Gefäßdurchmesseräquivalent, ein retinales venöses Gefäßdurchmesseräquivalent und der arterio-venöse Verhältniswert aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als auszuwertende Fundusbilder mindestens zwei Bilder nacheinander mit einer an die Periode der am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Welle angepassten zeitlichen Abfolge als Bildfolge aufgenommen werden und dass aus bildweise anhand der mindestens zwei Bilder ermittelten arterio-venösen Verhältniswerten ein mittlerer arterio-venöser Verhältniswert gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bilder mit einem der halben Periodendauer der dominierenden vasomotorischen Welle entsprechenden festen Zeitabstand aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dominierende vasomotorische Welle und die Periodendauer der Welle durch Blutdruckmessung, Aufzeichnung des arteriellen oder venösen Gefäßdurchmessers, des retinalen oder okulären Blutvolumens oder durch Aufzeichnung der papillären Rotfärbung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bilder in zeitlich gleichen Abständen von vier bis sechs Sekunden aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bilder in zeitlich gleichen Abständen aufgenommen werden, die ein ungerades Vielfaches eines festen Zeitabstandes von vier bis sechs Sekunden betragen.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier Bilder in zeitlich gleichen Abständen von vier bis sechs Sekunden oder einem ungeraden Vielfachen davon aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bilder in zeitlich gleichen Abständen von acht bis zwölf Sekunden oder mit einem ungeraden Vielfachen eines festen Zeitabstandes von acht bis zwölf Sekunden aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dass die auszuwertenden Fundusbilder einer digital abgespeicherten Videobildfolge entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildfolge eine digitale Videoaufnahme mit einer Aufnahmedauer von mindestens zehn Sekunden ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildfolge eine digitale Videoaufnahme mit einer Aufnahmedauer von mindestens zwanzig Sekunden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmen zu Zeitpunkten erfolgen, bei denen durch die am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen bedingte Gefäßdurchmesser- oder Blutvolumen- oder Blutdruck- oder Herzfrequenzänderungen Maximal- oder Minimalwerte annehmen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmen in einer Systole des Maximums und in einer Diastole des Minimums von am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen des retinalen Gefäßdurchmessers oder retinalen Blutvolumens oder des Blutdruckes erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmen in einer Systole des Minimums und in einer Diastole des Maximums der Herzfrequenz von am stärksten ausgebildeten vasomotorischen Wellen erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Verfahrensschritte vorgesehen sind: – Auswahl der zu vermessenden arteriellen und venösen Gefäßabschnitte aus einem ersten Startbild und Speicherung der Koordinaten der ausgewählten Gefäßabschnitte, – gegenseitige Ausrichtung der Bilder der Bildfolge zur Überdeckung identischer, zu vermessender Gefäßabschnitte, wobei die Koordinaten der Gefäßabschnitte von zum Startbild zeitlich nachfolgend aufgenommenen Folgebildern auf die gespeicherten Koordinaten des Startbild umgerechnet werden, – bildweise Ermittlung von mittleren Gefäßdurchmessern für die Gefäßabschnitte anhand der umgerechneten Koordinaten der Gefäßabschnitte in den Folgebildern, – bildweise Bestimmung der Gefäßdurchmesseräquivalente für die Arterien und Venen und des arterio-venösen Verhältniswertes aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen, – Ermittlung eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Arterien und eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Venen aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Bilder und eines mittleren arterio-venösen Verhältniswertes daraus oder Berechnung eines mittleren arterio-venösen Verhältniswertes aus den einzelnen arterio- venösen Verhältniswerten der Bilder.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Verfahrenschritte vorgesehen sind: – Auswahl der zu vermessenden arteriellen und venösen Gefäßabschnitte in jedem der Bilder, – bildweise Ermittlung von mittleren Gefäßdurchmessern für die Gefäßabschnitte, – bildweise Bestimmung der Gefäßdurchmesseräquivalente für die Arterien und Venen und des arterio-venösen Verhältniswertes aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Arterien und Venen, – Ermittlung eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Arterien und eines mittleren Gefäßdurchmesseräquivalents für die Venen aus den Gefäßdurchmesseräquivalenten der Bilder und eines mittleren arterio-venösen Verhältniswertes daraus oder Berechnung eines mittleren arterio-venösen Verhältniswertes aus den einzelnen arterio- venösen Verhältniswerten der Bilder.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder der Bildfolge von einem unveränderten Fundusauschnitt und mit gleichen Aufnahmeeinstellungen eines Bildaufnahmesystems aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder der Bildfolge einer Eignungsprüfung unterzogen werden.