DE102007036635A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Zustandsbedingungen eines zu untersuchenden Objektes - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung von Zustandsbedingungen p<SUB>1</SUB>(chi) eines zu untersuchenden Objektes (1), umfasst die Schritte Bereitstellung einer Vielzahl von Messgrößen aus Messungen am Objekt (1), wobei die Messgrößen durch eine vorbestimmte Systemfunktion in Abhängigkeit von einer Objektantwort S(p<SUB>i</SUB>,lambda) des Objektes (1) und von spektralen Messbedingungen L<SUB>r</SUB>(lambda) der Messungen darstellbar sind, wobei die Objektantwort (S(p<SUB>i</SUB>,lambda) die Zustandsbedingungen p<SUB>i</SUB> als Parameter enthält, und Bi) aus den Messgrößen, wobei die Berechnung der Zustandsbedingungen p<SUB>i</SUB>(chi) eine Anpassung der Parameter der Objektantwort S(p<SUB>i</SUB>lambda) derart umfasst, dass die Messgrößen durch die Systemfunktion repräsentiert werden. Es wird auch eine Messeinrichtung (100) zur Ermittlung von Zustandsbedingungen p<SUB>i</SUB>(chi) eines zu untersuchenden Objektes (1) beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Zustandsbedingungen eines zu untersuchenden Objektes, insbesondere zur Ermittlung von physiologischen Eigenschaften eines biologischen Objektes. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Messeinrichtung, die zur Durchführung des genannten Verfahrens eingerichtet ist, und Geräte, die mit einer derartigen Messeinrichtung ausgestattet sind.
• Es ist allgemein bekannt, Eigenschaften eines zu untersuchenden Objektes durch spektroskopische Messungen zu erfassen. So können Bestandteile einer Probe auf der Grundlage einer charakteristischen spektralen Antwortfunktion dieser Bestandteile detektiert werden (z. B. Messung von Transmission, Reflektion oder Fluoreszenz). Die Detektion vereinfacht sich, wenn die Bestandteile spektroskopisch deutlich verschiedene Eigenschaften aufweisen, so dass durch die Wahl verschiedener spektraler Messbedingungen jeder der Bestandteile spezifisch erfasst werden kann.
• Für einen derart vereinfachten Fall wird in US 6 142 629 vorgeschlagen, das Objekt mit verschiedenen spektralen Verteilungen zu beleuchten und für jede spektrale Verteilung ein Reflexionsspektrum des Objektes aufzunehmen. Die interessierenden Merkmale des Objektes werden aus den Reflexionsspektren abgeleitet. Nachteilig ist, dass bei dem beschriebenen Verfahren nur Spektren ausgewertet werden können, die im wesentlichen von einem einzigen Objektmerkmal abhängen. Spektren, die von mehr als einem Parameter oder Merkmal abhängen, können nicht ausgewertet werden.
• In der Praxis sind jedoch oft Bedingungen gegeben, bei denen sich die spektroskopischen Eigenschaften verschiedener Bestandteile in bestimmten Spektralbereichen überlappen. Die Eigenschaften können durch die Auswahl der spektralen Messbedingungen nicht mehr ohne weiteres getrennt werden. In diesem Fall ist eine komplexe Analyse der unter verschiedenen spektralen Messbedingungen ermittelten Messsignale erforderlich. Besondere Anforderungen bestehen an die Analyse, wenn mit der spektroskopischen Messung nicht nur das Vorhandensein eines Bestandteils in der Probe, sondern ein anderer Probenparameter ermittelt werden soll, der sich auf die spektroskopischen Eigenschaften der Probe auswirkt, wie zum Beispiel eine Dimension, eine Konzentration, histologische Parameter oder dgl.
• In der Publikation „Quantitative analysis of multispectral fundus images" von I. B. Styles et al. („School of Computer Science Research Report-University of Birmingham CSR, 2005, issue 8") wird ein Verfahren zur Ermittlung von histologischen Parametern aus Bildern des Augenfundus beschrieben, die unter verschiedenen spektralen Messbedingungen aufgenommen wurden. Die Bilder umfassen Reflexionsbilder des Augenfundus, die mit einer Funduskamera aufgenommen werden. Die spektralen Messbedingungen werden durch den detektorseitigen Einsatz von verschiedenen spektralen Filtern vor dem Kamerateil der Funduskamera eingestellt. Von I. B. Styles et al. wird eine Systemfunktion vorgeschlagen, welche die Messsignale in Abhängigkeit von den histologischen Parametern repräsentiert. Zur Ermittlung der histologischen Parametern aus den Messsignalen wird aus der Systemfunktion mit einem neuronalen Netzwerk eine Umkehrfunktion ermittelt, die auf die Messsignale angewendet wird. Um entscheiden zu können, ob die histologischen Parameter eindeutig aus den Messsignalen ermittelbar sind, wird von I. B. Styles et al. geprüft, ob die Determinante einer Funktionalmatrix, deren Elemente partielle Ableitungen von der Messsignale nach den histologischen Parametern umfassen, ungleich Null ist
• Die Technik von I. B. Styles et al. hat eine Reihe von Nachteilen, die sich aus der Messtechnik und aus der Prozedur zur Ermittlung der histologischen Parameter ergeben. So ergeben sich Nachteile aus der detektorseitigen Filter-Einstellung der spektralen Messbedingungen, da für alle Messbedingungen eine relativ starke Weißlichtbeleuchtung des Auges erforderlich ist. Eine starke Reizung des Auges kann zu unerwünschten Änderungen der Messbedingungen, z. B. durch ein Schließen der Pupille oder eine Bewegung des Auges führen. Ferner können für die Reflexionsmessung im grünen oder blauen Spektralbereich nur schwache Messsignale erfasst werden. Die schwachen Messsignale ergeben ein verschlechtertes Signal-Rausch-Verhältnis. Dies kann zwar durch eine verstärkte Beleuchtung kompensiert werden, was aber auch mit einer stärkeren Reizung des Auges verbunden wäre. Somit können durch die detektorseitige Filter-Einstellung die ermittelten histologischen Parameter verfälscht werden.
• Ein weiterer Nachteil ist die komplizierte Ermittlung der histologischen Parameter durch die Konstruktion der Umkehrfunktion der Modellfunktion. Die Konstruktion der Umkehrfunktion stellt einen erheblichen Verarbeitungs- und Zeitaufwand dar. Des weiteren sind Funktionen, die das optische System bei I. B. Styles et al. beschreiben, im allgemeinen nicht umkehrbar, so dass die Umkehrfunktion oft nicht ausführbar ist. Nachteilig bei dem Verfahren von I. B. Styles et al. ist ferner, dass die Auswertung der Messsignale unter der unrealistischen Bedingung erfolgt, dass die unter den verschiedenen spektralen Messbedingungen verwendeten Lichtintensitäten mit einander vergleichbar sind, d. h. dass die von dem Detektor erfassten Signale im Falle eines Objektes mit idealer Remission (100%) gleich sind. Dies ist in der Praxis jedoch häufig nicht der Fall. Schließlich ergibt die Evaluierung der Determinante der Funktionalmatrix eine Beschränkung auf Messungen, bei denen die Anzahl der Messsignale gleich der Anzahl der gesuchten Parameter ist. Für eine Verbesserung des SNR besteht jedoch ein Interesse, die Anzahl der Messsignale möglichst hoch zu wählen.
• Nachteilig ist auch, dass sich bei bestimmten Messaufgaben der Einfluss verschiedener Parameter auf die spektrale Antwortfunktion in einen oder mehreren Spektralbereichen aufheben kann. Ein derartiger Fall ist zum Beispiel bei der Bestimmung der Sauerstoffsättigung in einem retinalen Blutgefäß gegeben. Im roten Spektralbereich, zum Beispiel von 600 nm bis 690 nm sinkt die Reflektivität sowohl mit der Abnahme des Gefäßdurchmessers als auch mit der Abnahme der Sauerstoffsättigung. Mit dem von I. B. Styles et al. beschriebenen Verfahren ist eine zuverlässige Trennung der Parametergefäßdurchmesser und Sauerstoffsättigung nur beschränkt möglich.
• Die genannten Probleme bei der Auswertung spektroskopischer Messgrößen an zu untersuchenden Objekten treten nicht nur bei Messungen am Augenhintergrund, sondern auch bei anderen Untersuchungsgegenständen, insbesondere bei biologischen Geweben, wie zum Beispiel Nervengeweben (Gehirn), oder bei nicht-biologischen Untersuchungsgegenständen auf.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Erfassung von Zustandsbedingungen eines zu untersuchenden Objektes bereitzustellen, mit dem Nachteile der herkömmlichen Verfahren überwunden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine verbesserte Messeinrichtung zur Umsetzung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Messeinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Verfahrensbezogen wird die genannte Aufgabe gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, ein Verfahren zur Ermittlungen von Zustandsbedingungen eines zu untersuchenden Objektes bereitzustellen, das die folgenden Schritte umfasst. Zuerst erfolgt eine Bereitstellung von Messgrößen, die durch eine vorbestimmte Systemfunktion in Abhängigkeit von einer Objektantwort des Objektes darstellbar sind, wobei die Objektantwort von spektralen Messbedingungen der Messungen und den gesuchten Zustandsbedingungen abhängig ist. Die Objektantwort enthält die Zustandsbedingungen als variable Parameter. In einem zweiten Schritt erfolgt die Berechnung der Zustandsbedingungen aus den Messgrößen, wobei eine Anpassung (Variation) der variablen Parameter der Objektantwort vorgesehen ist, bis die Messgrößen durch die Systemfunktion repräsentiert werden.
• Die erfindungsgemäße Berechnung der Zustandbedingungen durch eine Parameteranpassung hat den Vorteil, dass die Beschränkungen und Fehler der herkömmlichen Verwendung einer Umkehrfunktion vermieden werden können. Des weiteren kann die Parameteranpassung mit einem geringeren Rechenaufwand realisiert werden, so dass die gesuchten Zustandsbedingungen schneller als bei den herkömmlichen Verfahren berechenbar sind.
• Vorrichtungsbezogen wird die genannte Aufgabe gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, eine Messeinrichtung zur Ermittlungen von Zustandsbedingungen des zu untersuchenden Objektes bereitzustellen, die eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Objektes, eine Kameraeinrichtung zur Messung einer Vielzahl von Messsignalen unter verschiedenen spektralen Messbedingungen, wobei die Messsignale durch die Objektantwort des Objektes bestimmt werden, und eine Auswertungseinrichtung zur Berechnung der Zustandsbedingungen aus den Messgrößen umfasst. Erfindungsgemäß enthält die Auswertungseinrichtung eine Anpassungseinheit, mit der die Zustandsbedingungen durch eine Anpassung der Parameter der Objektantwort derart berechenbar sind, dass die Messgrößen durch die Systemfunktion repräsentiert werden. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung hat den Vorteil eines kompakten Aufbaus. Die erfindungsgemäße Anpassungseinheit kann problemlos in eine Recheneinheit eines Messgerätes integriert werden.
• Vorteilhafterweise besitzt die Erfindung einen im Vergleich zur herkömmlichen Technik erheblich erweiterten Anwendungsbereich. So wird mit dem Begriff "Objekt" ein Untersuchungsgegenstand bezeichnet, der bei Wechselwirkung mit Licht eine charakteristische Objektantwort aufweist. Der Untersuchungsgegenstand kann ein biologisches Objekt, wie zum Beispiel ein biologisches Gewebe, oder ein nicht-biologisches Objekt, wie zum Beispiel eine Probenanordnung chemischer Substanzen (Assay) umfassen.
• Die "Objektantwort" (Response, Spektrum) ist die spektrale Antwortfunktion des Objektes, die beispielsweise spektroskopische Eigenschaften, insbesondere Reflektions-, Transmissions- oder Fluoreszenzeigenschaften, eine Polarisationsantwort, eine Phasenantwortfunktion oder eine Kombination aus diesen, wie zum Beispiel eine wellenlängen- und polarisationsabhängige Phasenantwortfunktion umfasst. Neben den Zu standsbedingungen kann die Objektantwort als variablen Parameter einen Inhomogenitätsfaktor enthalten, der von Abbildungs- und Beleuchtungseigenschaften bei der Messung abhängig ist. Die Objektantwort kann z. B. durch eine Interpolation aus spektroskopischen Messergebnissen an einem Modellobjekt ermittelt werden.
• Mit dem Begriff "Zustandsbedingungen" (Objekteigenschaften) werden Parameter des untersuchten Objektes bezeichnet, von denen die Objektantwort abhängig ist. Die Zustandsbedingungen umfassen insbesondere Parameter der chemischen Zusammensetzung (z. B. Vorhandensein und/oder quantitativer Anteil einer chemischen Verbindung), geometrische Parameter (z. B. Dimensionen von Strukturen des Objektes) und/oder physikalische Parameter (z. B. Aggregatbildung im Objekt). Die Zustandsbedingungen sind allgemein im Objekt ortsabhängig, so dass die Objektantwort vom Messort abhängt.
• Mit dem Begriff "Systemfunktion" wird eine theoretische Funktion bezeichnet, mit der die Messgrößen in Abhängigkeit von der Objektantwort darstellbar sind. Die Systemfunktion ist eine vorbestimmte theoretische Funktion, die analytisch nach einer Modellierung der Lichtausbreitung bei der Messung am Objekt oder numerisch auf der Grundlage von Tabellenwerten vorliegt. Die konkrete Form der Systemfunktion wird in Abhängigkeit von der Konstruktion der erfindungsgemäß verwendeten Messgrößen gewählt.
• Die erfindungsgemäß ausgewerteten Messgrößen basieren auf Messungen am Objekt. Sie werden vorzugsweise aus Messsignalen, die am Objekt erfasst wurden, gebildet. Vorteilhafterweise kann in diesem Fall eine aus den Gesetzen der Lichtausbreitung bei der Messung konstruierte Abbildungsfunktion als Systemfunktion verwendet werden. Die Messsignale A_r können durch die Abbildungsfunktion

  

  mit

  

  gemäß

  

  dargestellt werden, wobei S die Objektantwort, L_r die Messbedingungen, K(x') ein von Abbildungseigenschaften bei der Messung und insbesondere vom Messort abhängiger Inhomogenitätsfaktor, λ die Wellenlänge, p die Zustandsbedingungen des Objektes, x die Ortskoordinate (Messort) auf dem Objekt und x' die Ortskoordinate auf dem Detektor umfassen.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht auf der Variabilität bei der Konstruktion der Messgrößen aus den Messsignalen. Die Messgrößen können in Abhängigkeit von globalen optischen Eigenschaften des Objektes und/oder der Messeinrichtung gewählt werden.
• So kann gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Objektantwort den Inhomogenitätsfaktor als variablen Parameter enthalten. Dies ist z. B. der Fall, wenn die spektralen Merkmale des Objektes, welche von den zu erfassenden Zustandbedingungen abhängig sind, durch andere spektrale Abbildungs- oder Beleuchtungsbedingungen überlagert sind. Diese Bedingung tritt bei ophtalmologischen Messungen beispielsweise auf, wenn die Objektantwort von retinalen Blutgefäßen durch die Remission des hinter dem betrachteten Blutgefäß liegenden Fundus überlagert ist.
• Wenn die Objektantwort den ortsabhängigen Inhomogenitätsfaktor als variablen Parameter enthält, wird die Abbildungsfunktion gemäß Gleichung (1) komplizierter. Von Vorteil ist je doch, dass in diesem Fall die Messgrößen unmittelbar durch die Messsignale der Messungen am Objekt bereitgestellt werden. Jede Messgröße umfasst ein Messsignal. In diesem Fall umfasst die Berechnung der Zustandsbedingungen eine Anpassung aller Parameter der Objektantwort, welche die Zustandsbedingungen und den Inhomogenitätsfaktor umfassen, derart, dass die Messsignale A_r durch die oben genannte Abbildungsfunktion

  

  (S(p_i, K), L_n(λ)) repräsentiert werden.
• Erfindungsgemäß kann der Inhomogenitätsfaktor mit verschiedenen Ansätzen ermittelt werden. Erstens ist eine Iteration möglich, bei der ausgehend von vorbestimmten Startwerten des Inhomogenitätsfaktors und der Zustandsbedingungen eine wiederholte Anpassung der Parameter in Gleichung (1) erfolgt. Zweitens kann die Ermittlung des Inhomogenitätsfaktors in die Anpassung der Parameter der Objektantwort integriert werden. Drittens kann der Inhomogenitätsfaktor, falls ausreichende Informationen über das Messsystem vorliegen, aus einer vorbestimmten Modellfunktion ermittelt werden. Jede der Varianten kann in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung Vorteile in Bezug auf die Genauigkeit der Anpassung und/oder die Rechenzeit haben.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Objektantwort vom Inhomogenitätsfaktor unabhängig sein. Diese Unabhängigkeit ist z. B. bei der Bestimmung der Sauerstoffsättigung in einem Blutgefäß mit einem großen Durchmesser (> 300 μm) gegeben. In diesem Fall wird die erfindungsgemäße Ermittlung der Zustandsbedingungen vorteilhafterweise erheblich vereinfacht. Jede Messgröße umfasst einen Signalquotienten q_nm = A_n/A_m aus zwei Messsignalen A_n, A_m, die verschiedenen spektralen Messbedingungen zugeordnet sind, wobei die Systemfunktion durch den Quotienten der Abbildungsfunktionen

  

  (S(p_i), L_n(λ))/

  

  (S(p_i), L_m(λ)) gegeben ist. Die Berech nung der Zustandsbedingungen umfasst eine Anpassung der Parameter der Objektantwort derart, dass die Signalquotienten durch den Quotienten der Abbildungsfunktionen repräsentiert werden. Durch die Quotientenbildung ist die Systemfunktion nicht mehr vom Inhomogenitätsfaktor abhängig. Auf die obigen Ansätze zur Ermittlung des Inhomogenitätsfaktors kann verzichtet werden.
• Die spektralen Messbedingungen L_r der Messungen, auf denen die Messgrößen basieren, können in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung gewählt werden. Gemäß bevorzugten Varianten der Erfindung umfassen die Messbedingungen Beleuchtungsbedingungen, Detektionsbedingungen oder Kombinationen aus diesen. Die Beleuchtungsbedingungen umfassen eine Beleuchtung des Objektes mit Licht mit vorbestimmten Wellenlängenverteilungen. Die Detektionsbedingungen umfassen eine Detektion des Lichts, das nach der Wechselwirkung mit dem Objekt entsprechend der Objektantwort verändert ist, durch Filter mit vorbestimmten Wellenlängenverteilungen. Die Messung mit verschiedenen Beleuchtungsbedingungen hat zwei Vorteile. Erstens kann die Belastung des Objektes durch die Beleuchtung, insbesondere bei ophthalmologischen Untersuchungen eine übermäßige Reizung des Auges vermindert werden. Zweitens kann die Intensität der Beleuchtung in verschiedenen Spektralbereichen in Abhängigkeit von der erwarteten Objektantwort gewählt werden. Somit kann der Empfindlichkeitsbereich der verwendeten Kameraeinrichtung besser ausgenutzt werden. Die Messung mit verschiedenen Detektionsbedingungen hingegen kann durch eine Vereinfachung der Messtechnik bei bestimmten Untersuchungsgegenständen von Vorteil sein.
• Die spektrale Empfindlichkeit der Kameraeinrichtung kann bei der erfindungsgemäßen Ermittlung von Zustandsbedingungen des Objekts problemlos berücksichtigt werden, indem die spektrale Empfindlichkeit als Beitrag zu den spektralen Messbedingungen L_r betrachtet wird und somit in die Auswertung der Messgrößen eingeht.
• Wenn die spektralen Wellenlängenverteilungen (Emissionsspektrum einer Beleuchtungseinrichtung und/oder Transmissionsspektrum eines Filters) mit einer spektralen Breite im Bereich von 10 nm bis 70 nm gewählt werden, ergeben sich insbesondere Vorteile für die Ermittlung von Zustandsbedingungen, die sich breitbandig auf die Objektfunktion auswirken. Vorzugsweise werden die Wellenlängenverteilungen im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1,5 μm gewählt. Besonders bevorzugt ist der Wellenlängenbereich von 420 nm bis 920 nm, in dem biologisches Gewebe charakteristische spektroskopische Eigenschaften aufweist.
• Da biologische Objekte in der Regel eine komplexe chemische und physikalische Struktur aufweisen, zeichnen sie sich durch eine komplexe Objektantwort aus, die mit herkömmlichen Prozeduren nicht zuverlässig analysiert werden kann. Dies gilt besonders für lebende biologische Objekte, die einer in vivo-Messung unterzogen werden. Daher ist gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung der Untersuchungsgegenstand ein biologisches Objekt, insbesondere ein biologischer Organismus oder ein Teil von diesem. Des Weiteren fehlt es bei biologischen Objekten oft an der Möglichkeit, das Objekt für die Messung zu modifizieren, z. B. durch den Zusatz einer Markersubstanz oder durch eine Temperierung. Dies gilt z. B. für das Auge oder anderes biologisches Gewebe, wie z. B. Nervengewebe oder Gehirngewebe, oder ein Teil von diesen, wie z. B. Blutgefäße (mit dem enthaltenen Blut), insbesondere retinale Blutgefäße (Arterien, Arteriolen, Venen, Venolen). So umfassen die Zustandsbedingungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens eine der Durchblutungsei genschaften Sauerstoffgehalt des Blutes, Hämatokrit und Durchmesser von Blutgefäßen. In diesen Fällen ergeben sich besondere Vorteile, da mit der Erfindung schnell und reproduzierbar, ggf. während einer Untersuchung oder einer Operation Daten über Zustandsbedingungen des Objektes verfügbar gemacht werden können, auf deren Grundlage anschließend eine diagnostische Bewertung oder eine Entscheidung über den weiteren Verlauf der Untersuchung oder Operation erfolgen kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität in Bezug auf den Zeitpunkt der Ermittlung der Zustandsbedingungen aus den Messgrößen aus. So kann gemäß einer Variante der Erfindung die Bereitstellung der Messgrößen unmittelbar durch die Messungen am Objekt, d. h. durch die Ausgabe der Messsignale, Rohsignale oder ggf. bearbeitete Rohsignale, aus der Kameraeinrichtung erfolgen. Die Messsignale sind Bildsignale, die mit der Kameraeinrichtung aufgenommen werden. Die Aufnahme unter verschiedenen Messbedingungen kann zeitlich aufeinander (sequentiell) oder gleichzeitig (parallel) erfolgen. Die Ermittlung der Zustandsbedingungen erfolgt on-line während der Messung.
• Gemäß einer abgewandelten Variante der Erfindung kann die Bereitstellung der Messgrößen durch eine Ausgabe aus einem Datenspeicher, z. B. aus einer Datenbank erfolgen. Die bei den Messungen unter verschiedenen Messbedingungen aufgenommenen Messsignale können zunächst in der Datenbank abgelegt worden sein. Die Bereitstellung der Messgrößen erfolgt dann über ein Computernetzwerk, wie z. B. über das Internet, an eine Auswertungseinrichtung, mit der die gesuchten Zustandsbedingungen ermittelt werden.
• Bei der Gestaltung der Messeinrichtung und/oder vor der Bereitstellung der Messgrößen durch die Messungen ist eine Aus wahl der spektralen Messbedingungen mit einer Optimierungsprozedur vorgesehen. Die Optimierungsprozedur umfasst eine Maximierung einer Determinante, die aus einer Funktionalmatrix J (Jacobi-Matrix) berechnet ist, deren Elemente partielle Ableitungen der theoretischen Objektantwort nach den Zustandsbedingungen enthalten. Die Maximierung der Determinante hat den Vorteil, dass ein echtes Maß für die Fehlerminimierung und die Trennbarkeit der Einflüsse der verschiedenen Zustandsbedingungen bereitgestellt wird. Die Optimierungsprozedur kann alternativ auch bei der o. g. Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, bei der die Bereitstellung der Messgrößen aus einem Datenspeicher erfolgt.
• Die Maximierung der Determinante kann bei der Gestaltung der Messeinrichtung (z. B. Design der Beleuchtungseinrichtung) durch die partielle Differenzierung der Objektantwort ohne Kenntnis der Zustandsbedingungen eines untersuchten Objekts erfolgen. Alternativ kann die Optimierung der spektralen Messbedingungen unmittelbar vor der Messung vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren Alternative können die zuerst bei der Gestaltung der Messeinrichtung ausgewählten spektralen Messbedingungen unmittelbar vor der Messung weiter optimiert werden, wobei ggf. spezifische Eigenschaften des Objekts, wie eine am Objekt gemessene Remission von Gewebe neben Blutgefäßen, berücksichtigt werden.
• Erfindungsgemäß kann unmittelbar die Determinante der Funktionalmatrix maximiert werden. Für den allgemeinen Fall, in dem die Anzahl der Messgrößen größer als die Anzahl der gesuchten Zustandsbedingungen ist, die Funktionalmatrix J also nicht quadratisch wäre, ist besonders bevorzugt ist eine Maximierung der Größe

  

  vorgesehen. Das Produkt der Funktionalmatrix J mit ihrer transponierten Matrix J^T ergibt eine Quadratform. Vorteilhafterweise können somit im Vergleich zur herkömmlichen Technik mehr Messgrößen ausgewertet werden, so dass die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der erfindungsgemäßen Ermittlung von Zustandsbedingungen verbessert wird.
• Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei der Maximierung der Größe

  

  mindestens ein vorbestimmter Bereich im Parameterraum der Zustandsbedingungen fest vorgegeben wird, kann die Optimierungsprozedur vorteilhafterweise beschleunigt werden. Beispielsweise können realistische Intervalle der Sauerstoffsättigung, des Hämatokrit und/oder der Blutgefäßdimensionen vorgegeben werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Beleuchtungseinrichtung der Messeinrichtung Leuchtdioden, die verschiedene spektrale Emissionen aufweisen. Es können zum Beispiel drei Leuchtdioden mit Emissionsmaxima im Roten (R), Grünen (G) und Blauen (B) Spektralbereich oder Gruppen von Leuchtdioden mit Emissionen in den R-, G- und B-Bereichen vorgesehen sein. Die konkret gewünschten Beleuchtungsbedingungen können durch die Betriebsparameter der Leuchtdioden eingestellt werden. Die Leuchtdioden haben den besonderen Vorteil, dass sie eine kompakte Lichtquelle darstellen und leicht steuerbar sind. Es können Leuchtdioden auf der Basis von organischen oder anorganischen Halbleitermaterialien verwendet werden. Alternativ kann die Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einem Laser ausgestattet sein. Es kann zum Beispiel ein durchstimmbarer Laser oder eine Gruppe von mehreren Lasern (z. B. Laserdioden) vorgesehen sein. Die Verwendung von Lasern kann Vorteile in Bezug auf die Genauigkeit und Stabilität der Wellenlängeneinstellung und der Beleuchtungsintensität haben. Gemäß einer weiteren Variante kann die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Blitzlampe in Kombination mit mindestens einem Filter umfassen. Es kann bei spielsweise eine einzige Blitzlampe mit mehreren Filtern zur Einstellung der spektralen Beleuchtungsbedingungen oder alternativ eine Gruppe von Blitzlampen mit verschiedenen Filtern vorgesehen sein. Blitzlampen können Vorteile in Bezug auf die erreichbaren Beleuchtungsintensitäten und die Verfügbarkeit an vorhandenen Messgeräten haben. Gemäß einer weiteren Variante kann eine Kombination der genannten Lichtquellen als Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein.
• Die Beleuchtungseinrichtung kann für die Einstellung der oben genannten Beleuchtungsbedingungen, insbesondere die genannten Wellenlängenbereiche eingerichtet sein. Gemäß einer Variante der Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn die genannten Lichtquellen, insbesondere die Leuchtdioden oder die Laser mit mindestens einem Filter kombiniert werden. In diesem Fall kann die Wellenlängenverteilung des zur Beleuchtung verwendeten Lichts mit erhöhter Genauigkeit an das zu untersuchende Objekt angepasst und optimiert werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kameraeinrichtung der Messeinrichtung einen CCD-Sensor. CCD-Sensoren haben den Vorteil, dass die Messsignale der Kameraeinrichtung unmittelbar der erfindungsgemäßen Ermittlung der Zustandsbedingungen unterzogen werden können, ohne das eine Zwischenbearbeitung der Signale erforderlich ist. Des Weiteren kann die spektrale Empfindlichkeit der CCD-Sensoren problemlos als Beitrag zu den spektralen Messbedingungen in die Auswertung der Messsignale integriert werden.
• Wenn die Messsignale mit dem CCD-Sensor paarweise unmittelbar vor Beginn und nach Beendigung einer Zwischenspeicher-Phase des CCD-Sensors erfasst werden, in der Ladungszustände von CCD-Elementen des CCD-Sensors in Zwischenspeichern gespeichert werden, können vorteilhafterweise Fehler vermindert werden, die sich aus einer Bewegung des Objektes zwischen zwei Messungen mit verschiedenen Messbedingungen ergeben würden. Um diesen Vorteil auch bei Messungen zu erhalten, bei denen mehr als zwei verschiedene spektrale Messbedingungen eingestellt werden, ist für die paarweise Erfassung der Messsignale A_r bei aufeinander folgenden Zwischenspeicher-Phasen eine Permutation der spektralen Messbedingungen vorgesehen.
• Wegen der bevorzugten Untersuchung biologischer Objekte ist die Messeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in ein medizinisches Gerät integriert. Vorzugsweise sind somit die Beleuchtungseinrichtung und die Kameraeinrichtung Teile des medizinischen Messgeräts. Besonders bevorzugt sind die Beleuchtungseinrichtung und die Kameraeinrichtung Teile einer Funduskamera, die für ophthalmologische Untersuchungen vorgesehen ist, oder eines Mikroskops, insbesondere eines Operationsmikroskops, das für die Beobachtung während einer mikrochirurgischen Operation eingerichtet ist. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung in der Funduskamera oder dem Mikroskop, insbesondere dem Operationsmikroskop, die Funduskamera und das Mikroskop stellen eigenständige Gegenstände der Erfindung dar.
• Weitere Gegenstände der Erfindung sind ein Computer-Programmprodukt, das sich auf einem Computer-lesbaren Speichermedium befindet, mit einem Programmcode zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine Vorrichtung, die ein Computer-lesbares Speichermedium umfasst, das Programmanweisungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• 1: ein Flussdiagramm, das Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert;
• 2: eine schematische Blockdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
• 3: eine schematische Illustration einer bevorzugten Anwendung der Erfindung;
• 4: eine Kurvendarstellung zur Illustration der Konstruktion einer Objektantwortfunktion; und
• 5: ein Flussdiagramm zur Illustration der Optimierung von spektralen Messbedingungen.
• Die Erfindung wird im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf die ortsaufgelöste Analyse von Zustandsbedingungen eines biologischen Objektes, insbesondere die Ermittlung der Sauerstoffsättigung von retinalen Blutgefäßen des Augenhintergrundes beschrieben. Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern entsprechend auch mit anderen biologischen oder nicht-biologischen Objekten möglich. Es sind insbesondere in vivo- oder in vitro-Anwendungen an biologischen Objekten möglich. Alternativ zu der Ermittlung von Zustandsbedingungen des Augenhintergrundes kann erfindungsgemäß beispielsweise die Bestimmung der Sauerstoffsättigung und ggf. weiterer Parameter in optisch zugänglichen Gefäßen oder Kapillargebieten in biologischem Gewebe, die Bestimmung der Trübung und ggf. weiterer Parameter der Augen linse, die Bestimmung physiologischer Parameter der Hornhaut (Cornea) und/oder die Erkennung von verschiedenen Gewebetypen (Ermittlung von Zustandsbedingungen von gesundem Gewebe oder erkranktem Gewebe, insbesondere Tumorgewebe) vorgesehen sein. Beispiele für die Ermittlung von Zustandsbedingungen nicht-biologischer Objekte sind beispielsweise mit der Messung an Halbleiterstrukturen gegeben, bei denen z. B. die Kristallqualität oder die Ladungsträgerkonzentration als Zustandsbedingungen ermittelt werden.
• 1. Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
• In 1 sind die Hauptschritte bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch illustriert. Einzelheiten, mathematische Grundlagen und die praktische Umsetzung dieser Schritte werden unten unter Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
• In einem ersten Schritt S1 ist eine Bereitstellung von Messgrößen vorgesehen, die aus Messsignalen von spektroskopischen Messungen gebildet sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können die Messgrößen durch die Messsignale als solche oder durch Quotienten von Messsignalen gebildet werden. Die Bereitstellung der Messgrößen erfolgt unmittelbar durch Messungen am Objekt (Schritt S0.1) oder nach einer Ausgabe der Messsignale von in der Vergangenheit erfolgten Messungen aus einem Datenspeicher (Schritt S0.2). Die Schritte S0.1 und S0.2 sind nicht zwingende Merkmale der Erfindung, sie werden jedoch bei bevorzugten Anwendungen der Erfindung in Verbindung mit den Schritten S1 und S2 ausgeführt.
• Die Messungen umfassen zum Beispiel die Aufnahme von mindestens zwei Objektbildern, insbesondere Reflexionsbildern, unter verschiedenen spektralen Beleuchtungsbedingungen. Jedes Messsignal ist ein Bildsignal mit einer Vielzahl von Bilddaten, die den einzelnen Messorten des auf der Kameraeinrichtung abgebildeten Gebietes zugeordnet sind.
• Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wichtig, dass alle Messsignale (Bildsignale) den selben Bildausschnitt des Objektes abbilden. Falls dies nicht der Fall ist, werden die Teilbilder relativ zueinander ausgerichtet (übereinander gelegt). Dies kann durch eine paarweise Korrelation der Bildsignale realisiert werden. Hierzu werden an sich bekannte Korrelationsverfahren verwendet, wie zum Beispiel die von W. H. Press et al. in "Numerical Recipes in C++" (Cambridge University Press, 2003) beschriebenen Verfahren.
• Bei Schritt S2 erfolgt die Ermittlung der Zustandsbedingungen des Objektes aus den Messgrößen. In einer Darstellung der Messgrößen als Werte einer Systemfunktion, die von der Objektantwort abhängt, werden variable Parameter der Objektantwort variiert, bis die Werte der Systemfunktion eine Approximation der Messgrößen darstellen. Die Approximation der Messgrößen durch die Systemfunktion mit den angepassten Parametern der Objektantwort stellt eine Näherung der Werte der Systemfunktion an die Messgrößen dar, die im Rahmen der bei der konkreten Anwendung der Erfindung geforderten Toleranz ausreichend ist. Die angepassten Parameter sind die gesuchten Zustandsbedingungen des Objektes.
• Schließlich folgt bei Schritt S3 eine weitere Datenverarbeitung der ermittelten Zustandsbedingungen. Die Datenverarbeitung kann zum Beispiel mindestens eines von einer Ausgabe, einer Speicherung und einer Visualisierung (Anzeige) der Zustandsbedingungen umfassen. Im Ergebnis werden zum Beispiel gedruckte Daten, gespeicherte Daten oder visuell angezeigte Daten bereitgestellt, welche die Zustandsbedingungen reprä sentieren. Schritt S3 stellt kein zwingendes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, er wird jedoch gemäß bevorzugten Anwendungen der Erfindung in Kombination mit den Schritten S1 und S2 realisiert. Schritt S3 liefert keine diagnostische Information über das untersuchte Objekt, sondern vielmehr Daten, die anschließend, ggf. nach einer weiteren Datenverarbeitung, zur Ermittlung einer Diagnose unterzogen werden können. Eine diagnostische Datenverarbeitung kann zum Beispiel einen Vergleich mit Referenzdaten und die Ausgabe einer physiologischen Information im Ergebnis des Vergleichs mit den Referenzdaten umfassen.
• Die Anzeige der Zustandsbedingungen kann bei ophtalmologischen Anwendungen der Erfindung insbesondere die folgenden Teilschritte umfassen. Auf einem Anzeigegerät, z. B. einem Bildschirm oder einem Drucker der Messeinrichtung wird ein Fundusbild des Augenhintergrundes dargestellt. Das Fundusbild wird mit einem Parameterbild der ermittelten Zustandsbedingungen überlagert. Es kann eine vollständige Überlagerung des gesamten Fundusbildes mit dem gesamten Parameterbild vorgesehen sein. Für praktische Anforderungen genügt jedoch in der Regel eine Teilüberlagerung, bei der das Parameterbild auf einen interessierenden Bereich im Fundusbild, z. B. auf bestimmte Blutgefäße, beschränkt wird. Das Parameterbild umfasst z. B. eine Falschfarbendarstellung der ermittelten Zustandsbedingungen. Beispielsweise wird ein Blutgefäß mit einer Falschfarbendarstellung der Sauerstoffsättigung im betreffenden Abschnitt des Blutgefäßes überlagert.
• 2. Ausführungsformen der Messeinrichtung
• 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 100 mit einer Beleuchtungseinrichtung 10, einer Kameraeinrichtung 20, einer Auswertungs einrichtung 30 und einer optional vorgesehenen Ausgabeeinrichtung 40. Die Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst mindestens eine Lichtquelle, wie zum Beispiel eine Vielzahl von Leuchtdioden, mit der das Objekt 1 mit einer vorbestimmten spektralen Wellenlängenverteilung beleuchtet werden kann. Die Kameraeinrichtung 20 enthält einen CCD-Sensor 21 zur Aufnahme der Messsignale vom Objekt 1. Die Auswertungseinrichtung enthält die erfindungsgemäß vorgesehene Anpassungseinheit 31, mit der die Zustandsbedingungen durch die Anpassung der Parameter der Objektantwort berechenbar sind. Die Ausgabeeinrichtung umfasst zum Beispiel einen Drucker, einen Datenspeicher und/oder einer Anzeige. Die Teile 10 und 20 können Teil eines Messgerätes sein, wie dies in 3 mit weiteren Einzelheiten gezeigt ist. Die Teile 30 und 40 können Teile einer Steuereinrichtung (Rechner) sein, die in das Messgerät integriert ist.
• Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung umfasst das Messgerät eine ophthalmologische Funduskamera 200, die schematisch in 3 gezeigt ist. Die Messeinrichtung 100 mit der Beleuchtungseinrichtung 10, der Kameraeinrichtung 20 und der Auswertungseinrichtung 30 ist Bestandteil der Funduskamera 200. Die optional vorgesehene Ausgabeeinrichtung 40 kann ebenfalls in die Funduskamera 200 integriert oder wie dargestellt eine separate Komponente sein.
• Die Funduskamera 200 ist zum Beispiel so aufgebaut, wie ein Ringlicht-Ophthalmoskop, das in DE 10 2004 050 807 A1 beschrieben ist. So umfasst die Beleuchtungseinrichtung 10 eine ringförmige Lichtquelle 11 mit einer Vielzahl von Leuchtdioden, die in verschiedenen Spektralbereichen emittieren und eine Ophthalmoskoplinse 12, mit der Beleuchtungslicht auf das Auge 1, insbesondere auf den Augenhintergrund 2 gerichtet wird. Die Leuchtdioden haben z. B. die Zentralwellenlängen 463 nm, 521 nm, 624 nm, 642 nm und 815 nm. Die Ophthalmoskoplinse 12 erzeugt ein Bild (Reflexionsbild) des beleuchteten Augenhintergrunds 2, das mit dem Objektiv 22 auf den CCD-Sensor 21 der Kameraeinrichtung 20 abgebildet wird.
• Die Auswertungseinrichtung 30 enthält eine Steuereinheit 32, die mit der Anpassungseinheit 31, der Beleuchtungseinrichtung 10 und der Kameraeinrichtung 20 verbunden ist. Die Steuereinheit 32 dient der Auswahl der gewünschten Operationsparameter der Beleuchtungseinrichtung 10, insbesondere der Intensitäten, der spektralen Wellenlängenverteilungen und/oder eines Schalttaktes, und der Steuerung der Kameraeinrichtung 20, insbesondere eines Auslestaktes des CCD-Sensors 21. Die Kameraeinrichtung 20 umfasst zum Beispiel eine Schwarz/Weiß-Digitalkamera mit einer Farbtiefe von 12 bit und etwa 10⁶ CCD-Elementen 23 (z. B 1392·1040 Pixel), zum Beispiel vom Typ AVT Dolphin 145B (Hersteller Allied Vision Technologies GmbH, Deutschland, Stadtroda).
• Die Auswahl des Schalttakts der Lichtquelle 11 und des Auslesetakts des CCD-Sensors 21 erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf der Grundlage der folgenden Überlegungen. Wenn für die Aufnahme der Bilder des Objektes (zum Beispiel der Reflexionsbilder des Augenhintergrunds 2) mit verschiedenen spektralen Wellenlängenverteilungen wie dargestellt ein einziger Detektor verwendet wird, muss die Aufnahme der Bilder sequentiell erfolgen. Dabei kann es zu Fehlern durch Bewegungen des Objektes (z. B. durch Augenbewegungen) zwischen den einzelnen Bildaufnahmen kommen. Um diese Fehler zu minimieren, werden der Schalttakt und der Auslesetakt synchronisiert.
• Bei der Bildaufnahme sind abwechselnd Messphasen, in denen CCD-Elemente 23 der CCD-Sensoren 21 lichtsensitiv geschaltet sind, und Zwischenspeicherphasen vorgesehen, in denen die durch den Lichteinfall in den CCD-Elementen 23 erzeugten Ladungsträger in einen Zwischenspeicher verschoben werden (zum Beispiel so genannter "Interline Transfer"). Nach der Zwischenspeicherphase wird der CCD-Sensor wieder in die Messphase umgeschaltet, während derer der Zwischenspeicher ausgelesen und gelöscht wird. Typischerweise ist die Dauer der Verschiebung der Ladungsträger in den Zwischenspeicher (z. B. 1 ms) sehr viel kürzer als die Dauer der Messphase (z. B. 60 ms). Erfindungsgemäß kann die Beleuchtung des Objektes nun so erfolgen, dass am Ende einer ersten Messphase eine Beleuchtung mit einer ersten spektralen Wellenlängenverteilung (z. B. R-Verteilung) und zum Beginn einer nächsten (zweiten) Messphase die Beleuchtung mit einer zweiten spektralen Wellenlängenverteilung (z. B. G-Verteilung) erfolgt. Die Belichtungszeiten (z. B. 1 ms bis 20 ms) sind erheblich kürzer als die Messphasen.
• Durch diese Technik kann der zeitliche Abstand der Aufnahmen der beiden Bilder mit den verschiedenen spektralen Wellenlängenverteilungen wesentlich kürzer als die Bildwiederholperiode der Kamera sein. Vorteilhafterweise werden in der Praxis Bildaufnahmen mit einem zeitlichen Abstand von wenigen Millisekunden bis zu wenigen 10 Millisekunden, insbesondere im Bereich von 1 ms bis 60 ms erreicht. Vorteilhafterweise können damit zwei vergleichbare Bilder sogar für bewegte Objekte gewonnen werden, wenn deren Geschwindigkeit ausreichend gering in Bezug auf die Zeitskala des zeitlichen Abstandes der aufgenommenen Bilder ist.
• In der Praxis besteht das Interesse, mehr als zwei Bilder unter vergleichbaren Abbildungsbedingungen aufzunehmen. Hierzu wird vorzugsweise die folgende Messung mit einer Permutation der spektralen Beleuchtungsbedingungen realisiert. Die ge nannte paarweise Erfassung von Bildsignalen (Aufnahme von Doppelbildern) wird mehrfach wiederholt, wobei für jeweils ein Paar von Doppelbildern jeweils eine der beiden verwendeten spektralen Wellenlängenverteilungen in beiden Doppelbildern verwendet wird. Somit kann ein eventuell auftretender Unterschied in der Abbildung anhand der doppelt verwendeten spektralen Wellenlängenverteilung normiert und kompensiert werden.
• Bei der Messung der Sauerstoffsättigung in retinalen Blutgefäßen wird diese Permutation mit drei spektralen Verteilungen (R, G, B) wie folgt realisiert. Es wird davon ausgegangen, dass zwei Doppelbilder mit der folgenden Kombination spektraler Wellenlängenverteilung aufgenommen wurden: (R, G) und (R, B). Dabei ergeben sich in Abhängigkeit der auf abhängigen Parameter Sauerstoffsättigung, Hämatokrit und Gefäßdurchmesser (s, h und d) die Signale A_r1(s, h, d), A_g1(s, h, d) (erstes Doppelbild) und A_r2(s, h, d), A_b2(s, h, d) (zweites Doppelbild). Die Teilbilder der Doppelbilder werden relativ zueinander durch eine paarweise Korrelation der Bildsignale ausgerichtet (übereinander gelegt). Die Signale werden dann als Messgrößen für die erfindungsgemäße Ermittlung der Zustandsbedingungen des Objektes wie folgt bereitgestellt:

  
• Vorteilhafterweise ist es möglich, eine entsprechende Normierung oder Kompensation der Objektbewegung für jede Anzahl von spektralen Wellenlängenverteilungen analog zu realisieren.
• Es ist noch anzumerken, dass für die Bildaufnahme im infraroten Spektralbereich (Zentralwellenlänge z. B. 815 nm) eine Doppelbildaufnahme nicht erforderlich ist, da in diesem Spektralbereich keine störende Reizung des Auges vorliegt.
• 3. Weitere Einzelheiten der Ermittlung der Zustandsbedingungen des Objektes
• Die ortsaufgelöste Ermittlung der Zustandsbedingungen durch eine Anpassung der Parameter der Objektantwort basiert auf der folgenden Darstellung der Messgrößen mit einer Systemfunktion.
• Das zu untersuchende Objekt 1 hat eine spektrale Antwortfunktion, die hier als Spektrum oder Objektantwort S bezeichnet wird. Die Objektantwort kann zum Beispiel als Reflexionsbild oder als Transmissionsbild vorliegen. Die Objektantwort S(p(x), λ) hängt von n Parametern, der Wellenlänge λ und dem Ort x auf dem Objekt ab. Die n Parameter, welche die gesuchten Zustandsbedingungen p_i darstellen, werden als Komponenten eines Vektors

  

  zusammengefasst. Alle Parameter im Vektor p können eine Abhängigkeit vom Ort x auf dem Objekt aufweisen.
• Für die Ermittlung von Zustandsbedingungen biologischen Gewebes kann die Objektantwort in Abhängigkeit von der konkreten Zusammensetzung des Gewebes gebildet werden. Die Objektantwort wird z. B. auf der Grundlage der Transmission von Hämoglobin gemäß S = exp{–(sΓ0(λ) + (1 – s)Γ0(λ))hd}gebildet, wobei Γ₀(λ) der Absorptionskoeffizient von nicht oxygeniertem Hämoglobin, Γ₁(λ) der Absorptionskoeffizient von oxygeniertem Hämoglobin, s die Sauerstoffsättigung, h der Hämatokrit und d die Schichtdicke sind. Die Größen s und hd bilden die zu ermittelnden Zustandsbedingungen des untersuchten Objekts. Die Größen Γ₀(λ) und Γ₁(λ) sind beispielhaft in 4 dargestellt.
• Alternativ ist möglich, dass die Objektantwort mit Hilfe der aufgenommenen Bildsignale erst generiert wird. So spielt insbesondere bei retinalen Blutgefäßen mit sehr kleinen Gefäßdurchmesser die Reflektivität des Fundusgewebes auf der Rückseite des Blutgefäßes eine wichtige Rolle. Diese Remission kann nach Anwendung einer Bildverarbeitung aus der Remission in der Umgebung des betrachteten Gefäßabschnitts abgeschätzt und in der Konstruktion der Objektantwort berücksichtigt werden.
• Es ist möglich, dass die Objektantwort nur bei einem Teil des abgebildeten Objektes relevant ist. So hat zum Beispiel ein Modell für die Reflexion oder Transmission von Blut in Abhängigkeit von der Sauerstoffsättigung, dem Hämatokrit und der Gefäßdicke bei einer Fundusaufnahme nur dort eine Bedeutung, wo sich tatsächlich Blutgefäße auf der Retina befinden.
• Die mit der Kameraeinrichtung registrierten Intensitäten (Messsignale) hängen von den spektralen Messbedingungen (insbesondere Beleuchtung- und/oder Detektionsbedingungen) L_r(x), die ihrerseits eine Ortsabhängigkeit aufweisen, und der Objektantwort ab. Ein Gebiet F auf dem Objekt wird mit der Ka meraeinrichtung auf ein Gebiet F' auf dem CCD-Sensor abgebildet. Ein Punkt x auf dem Objekt wird dem Punkt x' auf dem CCD-Sensor zugeordnet. Ein Vektor p(x') wird verwendet, um die Parameter des auf den Punkt x' auf dem CCD-Sensor abgebildeten Gebiets F auf dem Objekt zu beschreiben. Dies kann unter der vereinfachenden Annahme erfolgen, dass die Parameter über F im Wesentlichen konstant sind.
• Die gesuchten Zustandsbedingungen p_i(x) (konkrete Objekteigenschaften) sind als Parameter in der Objektantwort enthalten. Zur Ermittlung der Zustandsbedingungen werden eine Vielzahl von M Bildern des Objektes mit paarweise verschiedenen spektralen Wellenlängenverteilungen aufgenommen. Die spektralen Wellenlängenverteilungen bilden verschiedene spektrale Messbedingungen, welche durch die Funktionen L_r(λ), r = 0...M – 1 beschrieben werden. Die spektralen Messbedingungen können durch verschiedenartige Beleuchtungsbedingungen (z. B. Leuchtdioden mit verschiedenen spektralen Emissionen), durch verschiedene Filter vor einer breitbandigen Beleuchtung, durch verschiedene Filter vor der Kameraeinrichtung oder eine Kombination von diesen eingestellt werden.
• Wenn M Bilder des Objektes mit den spektralen Verteilungen L_r(λ) aufgenommen werden, so werden M Messsignale A_r(p(x')) in jedem Punkt x' des auf den CCD-Sensor abgebildeten Objektes bereitgestellt. Für eine gegebene Messbedingung L_r(λ) existiert somit für jeden Punkt x' eine Funktion, die den Parametervektor p(x) auf A_r(p(x')) abbildet. Unter der Annahme, dass ein Punkt x auf dem Objekt bei der Bildaufnahme mit der Messbedingung L_r(λ) im Gebiet F anteilmäßig mit einer Funktion I(x) auf den Punkt x' auf dem CCD-Sensor abgebildet wird und das sich die Objektantwort S(p(x), λ) im auf x' abgebildeten Gebiet F nur geringfügig ändert, d. h. über F hinweg kann der Parametervektor p innerhalb der Messunsicherheit als konstant angenommen werden, berechnet sich A_r(p(x')) gemäß der oben genannten Gleichung (1):

  

  wobei

  

  den oben genannten Inhomogenitätsfaktor K darstellt. Gleichung (1a) zeigt den Funktionszusammenhang zwischen dem Messsignal A_r(p(x')) und der Objektantwort S sowie den Messbedingungen L_r(λ) gemäß

  

  wobei

  

  als Abbildungsfunktion bezeichnet wird.
• Während Gleichung (1a) den funktionalen Zusammenhang speziell zwischen den Messsignalen und der Objektantwort sowie den Messbedingungen mit der Abbildungsfunktion darstellt, können allgemein Messgrößen, die aus Messsignalen berechnet sind, durch eine Systemfunktion dargestellt werden, die aus der Abbildungsfunktion

  

  konstruiert ist. Die Konstruktion der Messgrößen aus den Messsignalen und der Systemfunktion aus der Abbildungsfunktion stellt zwar zunächst einen Zusatzaufwand dar. Sie kann jedoch bei der Ermittlung der Zustandsbedingungen des Objektes zu einer erheblichen Vereinfachung führen, wie unten erläutert wird.
• In jedem Fall basiert die erfindungsgemäße Ermittlung der Zustandsbedingungen auf einer Anpassung, insbesondere eine iterative Variation oder eine numerische Approximation, der in der Abbildungsfunktion

  

  oder allgemein einer daraus kon struierten Systemfunktion enthaltenen Komponenten des Parametervektors, bis die Messsignale (oder allgemein Messgrößen) durch die Abbildungsfunktion oder Systemfunktion angenähert werden.
• Im folgenden werden zwei unterschiedliche Fälle behandelt, die bei der praktischen Umsetzung der Erfindung bevorzugt realisiert werden. Die beiden Fälle unterscheiden sich darin, ob die Objektantwort selbst vom Inhomogenitätsfaktor

  

  abhängt oder von diesem im Wesentlichen unabhängig ist.
• Im ersten Fall (S(p(x), λ, K)) werden die gesuchten Zustandsbedingungen (Komponenten des Parametervektors) unmittelbar durch die Anpassung in Gleichung (1a) ermittelt, wie im Folgenden dargestellt wird.
• Die Objektantwort S kann neben den Parametern p_i(x) auch von weiteren, zunächst unbekannten Größen abhängen (R(λ)) abhängen. Oft sind diese Größen aber durch die Messung bestimmbar. So hängt die Objektantwort von Vollblut in retinalen Blutgefäßen nicht nur von den Parametern Sauerstoffsättigung (s), Gefäßdurchmesser (d) und Hämatokrit (h), sondern auch von der Remission (R_bg(λ)) des Gewebes ein, das sich hinter den Blutgefäßen befindet. Diese Remission ist individuell verschieden und somit zum Zeitpunkt der Messung unbekannt. Eine Messung von R_bg(λ) kann aber neben dem betrachteten Gefäß erfolgen, da R_bg(λ) eine geringe Ortsabhängigkeit (im Verhältnis zum Gefäßdurchmesser) aufweist. Das neben dem Gefäß messbare Signal ist aber nicht R_bg(λ) sondern

  
• Der hier auftretende Term

  

  kann im allgemeinen nicht durch eine einfache Quotientenbilung wie in Gleichung (1a) eliminiert werden (siehe unten). Vielmehr muss der Term

  

  durch einen der folgenden Lösungsansätze ermittelt werden.
• Gemäß einem ersten Lösungsansatz ist zur Ermittlung des Terms

  

  eine Schätzung von

  

  vorgesehen, die auf Eingangswerten für die Parameter p_i(x) beruht.
• Mit dem geschätzten Wert für

  

  können dann die Parameter bestimmt werden. Mit diesen neuen bestimmten Parametern wird dann

  

  neu festgelegt. Dieses Verfahren wird iteriert, bis der für

  

  gefundene Wert konvergiert (d. h. eine vorbestimmte absolute oder relative Toleranz wird erreicht).
• Oft ist es möglich, wie Messung unter anderem in einem Spektralbereich durchzuführen, in dem sich die Objektantwort vereinfachen lässt. Führt diese Vereinfachung auf eine lineare Abhängigkeit von R, kann der Term

  

  durch diese Messung bestimmt und für die Berechnungen der Objektantwort in dem anderen Spektralbereich verwendet werden. Auch diese Methode beruht wie oben beschriebenen auf Eingangswerten für die Parameter p_i(x).
• Gemäß einem zweiten Lösungsansatz wird die Größe

  

  als weiterer Parameter in die Anpassungsaufgabe zur Ermittlung der Zustandsbedingungen integriert. Der Ausgangswert für die numerische Bestimmung kann durch eine einfache (eindimensionale, z. B. standard least square-Verfahren) Bestimmung des besten

  

  für die Startparameter p_i(x) (noch ohne

  

  festgelegt werden.
• Lässt sich die Objektantwort der Größen R_bg(λ) durch eine Modellfunktion beschreiben, kann gemäß einem dritten Lösungsansatz

  

  über die Verwendung dieser Modellfunktion und der neben dem Gefäß gemessenen Werte berechnet werden. Eine Variante dieses Lösungsansatzes beinhaltet eine Iteration (ähnlich der iterativen Anpassung von

  

  im ersten Lösungsansatz) zur Anpassung von Parametern, welche die Modellfunktion der Größen R_bg(λ) beschreiben.
• Wenn im zweiten Fall die Objektantwort S vom Inhomogenitätsfaktor unabhängig ist, vereinfacht sich die Ermittlung der Zustandsbedingungen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden als Messgrößen Quotienten q_nm(p(x')) der Messsignale A_r(p(x')) gebildet:

  
• In diesem Fall wird die Systemfunktion durch die Quotienten der oben genannten Abbildungsfunktion für die verschiedenen Messungen n, m gebildet. Vorteilhafterweise kürzt sich der Term

  

  in diesem Fall aus der Funktionsdarstellung der Messgrößen heraus. Dies gilt insbesondere unter der Voraussetzung, dass die Beleuchtungsunterschiede an jedem Punkt x des Objektes für alle Messbedingungen L_r(λ) gleich sind und das Inhomogenitäten in der Abbildung für alle verwendeten spektralen Messbedingungen ebenfalls als gleich angenommen werden können. Da in der Realität Identität praktisch nicht erreichbar ist, wird hier unter Gleichheit eine im Rahmen der Messgenauigkeit oder der gewünschten Genauigkeit für die Berechnung der Zustandsbedingungen ausreichende Übereinstimmung verstanden.
• Unter der Voraussetzung, dass die Signale A_r(p(x')) für alle relevanten Werte für p(x') linear unabhängig sind, lassen sich M – 1 linear unabhängige Signalquotienten q_nm finden. In der Praxis können häufig Einschränkungen für p(x') auf realistische Parameterbereiche angegeben werden. Die genannte Voraussetzung für die relevanten Werte soll somit für alle p(x') gelten, die innerhalb dieser Einschränkung liegen. So kann beispielsweise die Sauerstoffsättigung des Bluts nie größer als 1 werden. Es können auch mehrere relevante Bereiche für p(x') angegeben werden, die sich überschneiden können.
• Zur Ermittlung der gesuchten Zustandsbedingungen werden die Parameter in Gleichung (3) variiert, bis die Signalquotienten q_nm durch die dargestellte Systemfunktion repräsentiert werden.
• Die Anpassung der Parameter in der Objektantwort gemäß den oben genannten Ausführungsformen, d. h. in der Abbildungsfunktion oder in dem Quotienten der Abbildungsfunktionen erfolgt mit an sich bekannten numerischen Verfahren, wie zum Beispiel durch das Newton-Rhapson-Verfahren, das Powell-Verfahren, den Levenberg-Marquard-Algorithmus oder die Methode der konjugierten Gradienten (siehe z. B. obige Publikation von W. H. Press et al.).
• Es werden zum Beispiel numerische Verfahren zur mehrdimensionalen Nullstellenbestimmung verwendet. In Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung kann eine Optimierung der numerischen Standardverfahren vorgesehen sein. Dies kann in Verbindung mit der Auswertung der Bildsignale bei mehrdimensionaler Abbildung (z. B. 2D-Bild) erfolgen. So kann zum Beispiel bei RGB-Aufnahmen des Augenhintergrundes durch eine Bilderkennung, vorzugsweise an einer Aufnahme im grünen Spektralbereich, zunächst die Lage der Gefäße und die Gefäßdicke festgestellt werden. Im Anschluss kann dann die Gefäßdicke als Startwert für die erfindungsgemäße spektrale Auswertung verwendet werden. Nachfolgend kann man weitere Startwerte für die Sauerstoffsättigung und den Hämatokrit festlegen. Durch eine stückweise Linearisierung der Objektantwort und eine anschließende Anpassung der Parameter lassen sich in wenigen Iterationsschritten die lokal gültigen Werte für die Sauerstoffsättigung, die Gefäßdimension und den Hämatokrit ermitteln.
• 4. Optimierung der spektralen Messbedingungen
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Optimierung der spektralen Messbedingungen vorgesehen, um die gesuchten Zustandsbedingungen des Objektes mit möglichst hoher Sicherheit zu bestimmen. Hierzu wird vor der Messung am Objekt (Schritt 0.1 in 1), insbesondere beim Design der Messeinrichtung, nach dem folgenden Verfahren eine Determinante maximiert, die von einer Funktionalmatrix abgeleitet ist, deren Elemente partielle Ableitungen der theoretischen Objektantwort nach den Zustandsbedingungen umfassen. Dieses Verfahren wird im Folgenden unter beispielhaften Bezug auf die Rechnung mit Quotienten q^* _i (∫SL_rdλ/∫SL_gdλ) auf der Basis der theoretischen Objektantwort für paarweise verschiedene Messbedingungen L_{r , g} beschrieben.
• Es wird die Abbildung P: (p(x')) → (q^* _i, i ∊ {0, ..., k – 1}) betrachtet. Die Quotienten q^* _i sind aus der Menge der Quotienten q^* _nm so auszuwählen, dass sie linear unabhängig sind (es gilt: k ≤ M). Mit der bekannten Objektantwort S kann die Funktionalmatrix (Jakobimatrix) J der Abbildung P unter Verwendung der Gleichungen (1a) und (3) berechnet werden:

  
• Die Elemente von p(x') können nur dann berechnet werden, wenn die Gesamtzahl k der ausgewählten Quotienten q^* _i größer oder gleich der Anzahl N der zu ermittelnden Zustandsbedingungen und kleiner oder gleich der Anzahl M der aufgenommenen Bilder ist (N ≤ k < M). Für den Spezialfall N = k ist die Matrix J quadratisch. In diesem Fall werden die spektralen Messbedingungen L_r so gewählt, dass die Determinante der Funktionalmatrix J maximal wird. Für den in der Praxis häufiger auftretenden Fall N ≠ k ist die Funktionalmatrix J nicht quadratisch. In diesem Fall wird der Ausdruck

  

  in den Punkten der oben beschriebenen relevanten Gebiete im Raum der Elemente von p(x') durch die geeignete Wahl der spektralen Wellenlängenverteilungen maximiert, die für die Messungen verwendet werden. In diesem Fall ist die Bestimmung der Komponenten von p(x') aus den aufgenommenen Bildern in der Umgebung des jeweils betrachteten Punktes mit maximaler Genauigkeit möglich. Dabei ist

  

  ein Maß für die Eindeutigkeit der Bestimmung der Komponenten von p(x').
• In 5 ist ein Verfahren zur Maximierung von

  

  für den Fall N ≠ k dargestellt (Maximierung von

  

  Für N = k wird die Größe |det(J)| maximiert.
• Für die Maximierung von

  

  werden zuerst die Objektantwort S (Schritt S01) und n spektrale Verteilungen L_r (Schritt S02) bereitgestellt. Auf der Grundlage der Objektantwort S werden die partiellen Ableitungen

  

  berechnet (Schritt S03) und in Bezug auf die Wellenlänge integriert, wobei eine Wichtung mit den aktuellen spektralen Verteilungen L_r vorgesehen ist (Schritt S04). Die Berechnung der partiellen Ableitungen bei Schritt S03 kann analytisch oder numerisch erfolgen. Es ist bevorzugt, dass die verwendete Modellfunktion in den relevanten Parameterbereichen einfach diffe renzierbar ist. Alternativ kann eine numerische Differentiation (z. B. bei tabellarischen oder interpolierten Werten) vorgesehen sein.
• Anschließend werden die Funktionalmatrix J (Schritt S05) und die Größe

  

  (Schritt S06) berechnet. Bei Schritt S07 wird abgefragt, ob die Größe

  

  ein Maximum erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, werden die spektralen Verteilungen L_r variiert und für eine wiederholte Abarbeitung der Schritte S04 bis S06 bereitgestellt. Falls die Größe

  

  ein Maximum erreicht hat, werden die aktuellen spektralen Verteilungen gespeichert und zur Ansteuerung der Messeinrichtung 100 (siehe zum Beispiel 3), insbesondere zur Ansteuerung der Lichtquelle 11 verwendet.
• Falls N < k gilt, so sind die Zeilen der Funktionalmatrix nicht voneinander unabhängig. In diesem Fall ist es möglich, k – N Größen, die nicht unmittelbar mit dem Problem zusammenhängen, in die Optimierung der spektralen Verteilungen einzubeziehen. Derartige Größen sind zum Beispiel weitere Eigenschaften des optischen Aufbaus, sowie der Preis der zur Erzeugung der spektralen Verteilung benötigten Komponenten (Lichtquellen, Optiken und dergleichen).
• In der Praxis kann sich das Maximum von

  

  für jeden Ort (repräsentiert durch p) im Parameterraum unterscheiden. In diesem Fall wird aus den unterschiedlichen Werten für

  

  ein Mittelwert gebildet, der dann maximiert werden kann. Diese Mittelwertbildung kann gewichtet erfolgen, um besonders relevante Punkte im Rahmen der Komponenten von p besonders zu berücksichtigen oder um Bereiche von verminderter Bedeutung wenig oder nicht zu berücksichtigen. In einem Gebiet im Raum der Komponenten von p ist deren Bestimmung aus den aufgenommenen Bildern dann eindeutig möglich, wenn das Vorzeichen von det(J^TJ) im gesamten betrachteten Bereich gleich ist.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können einzeln oder auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - US 6142629 [0003]
• - DE 102004050807 A1 [0057]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• - I. B. Styles et al. („School of Computer Science Research Report-University of Birmingham CSR, 2005, issue 8" [0005]
• - W. H. Press et al. in "Numerical Recipes in C++" (Cambridge University Press, 2003 [0051]
• - W. H. Press et al. [0089]

Claims (31)

1. Verfahren zur Ermittlung von Zustandsbedingungen p_i(x) eines zu untersuchenden Objektes (1), mit den Schritten: – Bereitstellung einer Vielzahl von Messgrößen aus Messungen am Objekt (1), wobei die Messgrößen durch eine vorbestimmte Systemfunktion in Abhängigkeit von einer Objektantwort S(p_i, λ) des Objektes (1) und von spektralen Messbedingungen L_r(λ) der Messungen darstellbar sind, wobei die Objektantwort S(p_i, λ) die Zustandsbedingungen p_i als Parameter enthält, und – Berechnung der Zustandsbedingungen p_i(x) aus den Messgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Berechnung der Zustandsbedingungen p_i(x) eine Anpassung der Parameter der Objektantwort S(p_iλ) derart umfasst, dass die Messgrößen durch die Systemfunktion repräsentiert werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem – die Messgrößen aus Messsignalen A_r aus den Messungen am Objekt (1) gebildet sind, und – die Messsignale A_r durch eine Abbildungsfunktion

   

   , L_r(λ)darstellbar sind gemäß

   

   wobei K(x') ein von Abbildungseigenschaften bei den Messungen abhängiger Inhomogenitätsfaktor ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem – die Objektantwort S(p_i, λ) den Inhomogenitätsfaktor K(x') als weiteren Parameter enthält, – jede Messgröße ein Messsignal A_r umfasst und die Systemfunktion durch die Abbildungsfunktion

   

   (S(p_i, λ), L_r(λ)) gegeben ist, – die Berechnung der Zustandsbedingungen p_i eine Anpassung der Parameter der Objektantwort S(p_i, λ) derart umfasst, dass die Messsignale A_r durch die Abbildungsfunktion

   

   (S(p_i λ), L_r(λ) repräsentiert werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem – der Inhomogenitätsfaktor K durch eine Iteration, bei der von vorbestimmten Startwerten K', p ' / i ausgegangen wird, bei der Anpassung der Parameter der Objektantwort S(p_i, λ) oder aus einer vorbestimmten Modellfunktion ermittelt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem – die Objektantwort S(p_i, λ) vom Inhomogenitätsfaktor K(x') unabhängig ist, – jede Messgröße einen Signalquotienten q_nm = A_n/A_m aus zwei Messsignalen A_n, A_m umfasst, die verschiedenen spektralen Messbedingungen L_n(λ), L_m(λ) zugeordnet sind, und die Systemfunktion durch den Quotienten der Abbildungsfunktionen

   

   S(p_i, λ), L_n(λ))/

   

   (S(p_i, λ), L_m(λ)) gegeben ist, und – die Berechnung der Zustandsbedingungen p_i(x) eine Anpassung der Parameter der Objektantwort S(p_i, λ) derart umfasst, dass die Signalquotienten q_nm durch den Quotienten der Abbildungsfunktionen repräsentiert werden.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die spektralen Messbedingungen L_r(λ) umfassen: – Beleuchtungsbedingungen mit vorbestimmten spektralen Wellenlängenverteilungen, und/oder – Detektionsbedingungen mit vorbestimmten spektralen Wellenlängenverteilungen.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem – die spektralen Wellenlängenverteilungen mit einer spektralen Breite im Bereich von 10 nm bis 70 nm im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1,5 μm gewählt sind.
8. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – das Objekt (1) ein biologischer Organismus oder ein Teil von diesem ist.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem – das Objekt (1) ein Auge oder ein biologisches Gewebe oder ein Teil von diesen, insbesondere der Augenhintergrund (2) ist.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem – das Objekt (1) retinale Blutgefäße umfasst.
11. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem – die Zustandsbedingungen p_i(x) mindestens eine der Größen Sauerstoffgehalt von Blut, Hämatokrit von Blut und Durchmesser eines Blutgefäßes umfassen.
12. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Bereitstellung der Messgrößen unmittelbar durch die Messungen am Objekt (1) oder durch eine Ausgabe aus einem Datenspeicher erfolgt.
13. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt: – Auswahl der spektralen Messbedingungen L_r(λ) mit einer Optimierungsprozedur, die eine Maximierung einer Determinante umfasst, die von einer Funktionalmatrix J abgeleitet ist, deren Elemente partielle Ableitungen der Objektantwort nach den Zustandsbedingungen p_i(x) umfassen.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem – die Auswahl der spektralen Messbedingungen L_r(λ) eine Maximierung der Größe

    

    umfasst.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem – bei der Maximierung der Größe

    

    mindestens ein vorbestimmter Bereich im Parameterraum der Zustandsbedingungen p_i(x) fest vorgegeben wird.
16. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Beleuchtungsbedingungen mit einer Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellt werden, die Leuchtdioden (11), Laser-Quellen und/oder eine Blitzlampe umfasst.
17. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Messungen am Objekt (1) mit einer Funduskamera (20) oder einem Mikroskop erfolgen.
18. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Messsignale A_r mit einem CCD-Sensor (21) erfasst werden.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem – die Messsignale A_r mit dem CCD-Sensor (21) paarweise unmittelbar vor Beginn und nach Beendigung einer Zwischenspeicher-Phase des CCD-Sensors (21) erfasst werden, in der Ladungszustände von CCD-Elementen (23) des CCD-Sensors (21) in Zwischenspeichern gespeichert werden.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem – für die paarweise Erfassung der Messsignale A_r bei aufeinander folgenden Zwischenspeicher-Phasen eine Permutation der spektralen Messbedingungen L_r(λ) vorgesehen ist.
21. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – eine ortsausgelöste Visualisierung der Zustandsbedingungen p_i(x) vorgesehen ist.
22. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem – die Visualisierung der Zustandsbedingungen p_i(x) eine mindestens teilweise Überlagerung eines Bildes des Objektes mit einem Parameterbild umfasst, das die Visualisierung der Zustandsbedingungen p_i(x) enthält.
23. Messeinrichtung (100) zur Ermittlung von Zustandsbedingungen p_i(x) eines zu untersuchenden Objektes (1), die umfasst: – eine Beleuchtungseinrichtung (10), die zur Beleuchtung des Objektes (1) unter verschiedenen spektralen Messbedingungen L_r(λ) eingerichtet ist, und – eine Kameraeinrichtung (20), die zur Messung einer Vielzahl von Messsignalen A_r unter den spektralen Messbedingungen L_r(λ) eingerichtet ist, wobei die Messsignale A_r durch eine Objektantwort S(p_i, λ) bestimmt werden, welche die Zustandsbedingungen p_i als Parameter enthält, wobei – die Messsignale A_r als Messgrößen durch eine vorbestimmte Systemfunktion in Abhängigkeit von der Objektantwort S(p_i, λ) und von den spektralen Messbedingungen L_r(λ) darstellbar sind, und – eine Auswertungseinrichtung (30), die zur Berechnung der Zustandsbedingungen p_i(x) aus den Messgrößen eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet dass die Auswertungseinrichtung (30) eine Anpassungseinheit (31) enthält, mit der die Zustandsbedingungen p_i(x) durch eine Anpassung der Parameter der Objektantwort S(p_i, λ) derart berechenbar sind, dass die Messgrößen durch die Systemfunktion repräsentiert werden.
24. Messeinrichtung gemäß Anspruch 23, bei der – die Beleuchtungseinrichtung (10) für eine Beleuchtung des Objekts (1) mit einer spektralen Breite im Bereich von 10 nm bis 70 nm im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1,5 μm eingerichtet ist.
25. Messeinrichtung gemäß Anspruch 23 oder 24, bei der – die Beleuchtungseinrichtung (10) und die Kameraeinrichtung (20) Teile einer Funduskamera (30) oder eines Mikroskops sind.
26. Messeinrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 23 bis 25, bei der – die Beleuchtungseinrichtung (10) Leuchtdioden (11), Laser-Quellen und/oder eine Blitzlampe umfasst.
27. Messeinrichtung gemäß Anspruch 26, bei der – die Beleuchtungseinrichtung (10) mit mindestens einem Filter ausgestattet ist.
28. Funduskamera (200), die eine Messeinrichtung (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 23 bis 27 aufweist.
29. Operationsmikroskop, das eine Messeinrichtung (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 23 bis 27 aufweist.
30. Computer-Programmprodukt, das sich auf einem Computerlesbaren Speichermedium befindet, mit einem Programmcode zur Ausführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22.
31. Vorrichtung, die ein Computer-lesbares Speichermedium umfasst, das Programmanweisungen zur Ausführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22 enthält.