DE102014008224A1

DE102014008224A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung retinaler Gefäße

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Publication number: DE102014008224A1
Application number: DE201410008224
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung retinaler Gefäße (16). Das Verfahren umfasst die Schritte:
a) bildgebende Aufnahme einer Netzhaut mit retinalen Gefäßen (16),
b) Auswahl zumindest eines retinalen Gefäßes (16),
c) Bestimmung der Morphologie des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) und
d) Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard,
Dabei umfasst Schritt c) die Teilschritte:
c1) Darstellung des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) im Tiefenschnittbild (25),
c2) quantitative und qualitative Ermittlung eines Schallschattens (26) des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) und
c3) Bestimmung der Breite des Schallschattens (26)
c4) Bestimmung der Intensität des Schallschattens (26) unterhalb des Gefäßes (16) im Vergleich zur Umgebung.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Untersuchung retinaler Gefäße (16) sowie auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Morphologie zumindest eines retinalen Gefäßes (16) und zur Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung von retinalen Gefäßen.
Die Retina (Netzhaut) bietet die einzigartige Möglichkeit, Gefäße direkt abzubilden. Es ist daher möglich, Veränderungen der Gefäße leichter zu erkennen und mit der Entwicklung von kardiovaskulären Erkrankungen und anderen gefäßassoziierten Krankheiten zu vergleichen (Liew G, Wang JJ. Retinal vascular signs: a window to the heart?. Rev Esp Cardiol. 2011, 64, 515–521).
Zahlreiche systemische kardiovaskuläre Erkrankungen wie arterielle Hypertonie, konorare Herzkrankheit, Diabetes mellitus oder Adipositas sind eng mit strukturellen Veränderungen von Gefäßen der Retina verknüpft (Flammer J, Konieczka K, Bruno RM, Virdis A, Flammer AJ, Taddei S. The eye and the heart. European Heart Journal 2013, 34, 1270–1278).
Es konnte in verschiedenen Studien belegt werden, dass eine Beziehung zwischen der Verringerung des retinalen Gefäßdurchmessers und arterieller Hypertonie besteht (Ikram MK, de Jong FJ, Bos MJ, Vingerling JR, Hofman A, Koudstaal PJ, de Jong PT, Breteler MM. Retinal vessel diameters and risk of stroke: The Rotterdam Study. Neurology 2006, 66, 1339–1343; Smith W, Wang JJ, Wong TV, Rochtchina E, Klein R, Leeder SR, Mitchell P. Retinal arteriolar narrowing is associated with 5-year incident severe hypertension: The Blue Mountains Eye Study. Hypertension 2004, 44, 442–447; Chew SK, Xie J, Wang JJ. Retinal arteriolar diameter and the prevalence and incidence of hypertension: a systematic review and meta-analysis of their association. Curr Hypertens Rep 2012, 14, 144–151).
Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass strukturelle retinale Veränderungen ein früher Indikator für das Vorhandensein und den Schweregrad von koronarer Herzkrankheit sind (Michelson EL, Morganroth J, Nichols CW, MacVaugh H III. Retinal arteriolar changes as an indicator of coronary artery disease. Arch Intern Med 1979, 139, 1139–1141; Tedeschi-Reiner E, Strozzi M, Skoric B, Reiner Z. Relation of atherosclerotic changes in retinal arteries to the extent of coronary artery disease. Am J Cardiol 2005, 96, 1107–1109; Wong TV, Cheung N, Islam FM, Klein R, Criqui MH, Cotch MF, Carr JJ, Klein BE, Sharrett AR. Relation of retinopathy to coronary artery calcification: The multi-ethnic study of atherosclerosis. Am J Epidemiol 2008, 167, 51–58).
Eine der wichtigsten Folgen der arteriellen Hypertonie ist der Schlaganfall. Durch die effektive Behandlung der Hypertonie und eine nachhaltige Reduzierung der Schlaganfall-Risikofaktoren kann – basierend auf internationalen Studien – eine Senkung des Schlaganfallrisikos um bis zu 70% erreicht werden. Für die erfolgreiche Prävention der Folgeerscheinungen ist die Erkennung von gefährdeten Patienten notwenig.
Die Bestimmung eines retinalen Gefäß-Risiko-Indexes, der vaskuläre Schädigungen des zerebrovaskulären Gefäßsystems anzeigt, könnte als gezieltes Screening auf das Schlaganfall- und Herzinfarkt-Risiko bei großen Teilen der Bevölkerung eingesetzt werden.
Gattungsgemäße Verfahren zur Untersuchung der Netzhaut und ihrer Gefäße sind aus dem Stand der Technik im Prinzip bekannt. So beschreibt US 2004/036 838 A1 ein Verfahren zur Untersuchung der Netzhaut, bei dem Daten und Flächenbilder der Netzhaut mittels einer ersten Systemkomponente, welche eine Abtasteinheit enthält, erzeugt werden. Zudem werden zweite Daten und zweite Tiefenschnittbilder aus der Netzhaut mittels eines OCT-Interferometers erzeugt. Die Position dieser Tiefenschnittbilder ist aus dem Flächenbild bekannt und/oder wird durch dieses vorgegeben. Mittels Sägezahn-Generator wird die einzige Abtasteinheit angesteuert. Die Strahlung für die Flächenbilder und die Tiefenschnittbilder gelangt dabei über eine Einheit zur Fokuseinheit auf die gleiche gemeinsame Abtasteinheit. Nach US 2004/036 838 A1 ist eine voneinander unabhängige Erzeugung und Manipulation der Flächenbilder einerseits und der Tiefenschnittbilder andererseits nicht ohne Weiteres möglich.
Aus WO 2008/052 793 A1 sind ein Verfahren und ein Gerät zur Netzhautdiagnostik bekannt, in welchen das Tiefenschnittbild aus der Netzhaut durch Rückkopplung der mittels des Flächenbildes gemessenen Augenbewegungen auf die Abtasteinheit der zweiten Systemkomponente stabilisiert wird, wobei diejenige Stelle der Netzhaut, an der das Tiefenschnittbild gewonnen wird, den Augenbewegungen nachgeführt wird.
Weiterhin beschreibt Nagel (Nagel E, Vilser W, Lindloh C, Klein S. Measuring retinal vascular diameter using the scanning laser ophthalmoscope and computer. Initial results, Ophthalmologe. 1992, 89, 432–436.) ein integriertes System, welches mittels Scanning-Laser-Ophthalmoskopie Oberflächenbilder der Netzhaut erstellt und Gefäßdurchmesser automatisch anhand vorgegebener Algorithmen ausgibt. Hinweise zu Korrelationen zu Tiefenschnittbildern sind dem Aufsatz von Nagel nicht zu entnehmen.
Darüber hinaus offenbart Fischer (Fischer JG, Mewes H, Hopp HH, Schubert R. Analysis of pressurized resistance vessel diameter changes with a low cost digital image processing device. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 1996, 50, 23–30.) ein System, welches in Oberflächenbildern der Netzhaut die Gefäßwände automatisiert erkennt und darüber sowohl Wanddicke als auch Gefäßdurchmesser bestimmt.
Ferner ist aus EP 1 487 322 B1 ein Verfahren bekannt, welches zur Untersuchung von Gefäßen der Netzhaut eines Auges dient und die Bestimmung der Gefäßwanddicke ermöglicht. Hierbei wird mittels Laserabtastung zum einen der äußere Durchmesser und zum anderen der innere Durchmesser des Gefäßes und schließlich aus den derart ermittelten Daten die Wanddicke des Gefäßes bestimmt. Die Bestimmung des äußeren Gefäßdurchmessers erfolgt aus den Daten eines Flächenbildes und der innere Durchmesser entsprechend dem Durchmesser der bewegten Blutsäule aus den Daten eines Laser-Doppler-Bildes. Eine umfassende Untersuchung oder Diagnostik der Netzhaut ist in EP 1 487 322 B1 nicht ohne Weiteres möglich.
Ausgehend von den vorstehend genannten Nachteilen des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein technisches Verfahren zur Untersuchung retinaler Gefäße anzugeben, welches in einfacher Weise eine umfassende Untersuchung ermöglicht. Dabei soll das Verfahren durch nicht-medizinisches Personal problemlos und funktionssicher durchführbar sein und mit einem geringen Aufwand zuverlässige Ergebnisse liefern. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Untersuchung retinaler Gefäße bereitzustellen, das einen einfachen und funktionssicheren Aufbau aufweist, einen geringen Bedienungsaufwand erfordert und eine optimierte und umfassende Netzhautuntersuchung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Untersuchung retinaler Gefäße (16) gelöst, das die Schritte umfasst:

a) bildgebende Aufnahme einer Netzhaut mit retinalen Gefäßen (16),
b) Auswahl zumindest eines retinalen Gefäßes (16),
c) Bestimmung der Morphologie des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) und
d) Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard

c1) Darstellung des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) im Tiefenschnittbild (25),
c2) quantitative und qualitative Ermittlung eines Schallschattens (26) des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) und
c3) Bestimmung der Breite des Schallschattens (26)
c4) Bestimmung der Intensität des Schallschattens (26) unterhalb des Gefäßes (16) im Vergleich zur Umgebung.

Der Begriff ”Untersuchung” wird in der vorliegenden Erfindung technischwissenschaftlich verwendet und bezieht sich nicht auf Untersuchungen im medizinischen Sinne. Eine ”Untersuchung” im Sinne der Erfindung kann insbesondere durch nicht-medizinisches Personal durchgeführt werden.
Unter ”Morphologie” im Sinne der vorliegenden Erfindung werden verschiedene Parameter eines einzelnen Gefäßes bezeichnet. Dies schließt u. a. den Gefäßdurchmesser, das Gefäßlumen, die Gefäßwanddicke, die Gefäßform, den Gefäßaufbau und die Veränderung der Signalintensität unterhalb eines Gefäßes im Vergleich zur Umgebung ein.
Mit ”externer Standard” werden in der vorliegenden Erfindung werden empirische Vergleichswerte aus einem selektierten Patientenkollektiv bezeichnet.
Unter ”Schallschatten” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung der Informationsverlust tiefer liegender Strukturen durch darüber liegende Strukturen in einem Tiefenschnittbild verstanden.
Der Schallschatten (26) variiert in seiner Ausprägung abhängig von der Strukturbeschaffenheit und Morphologie eines retinalen Gefäßes (16). Die Ausprägung des Informationsverlusts trifft daher eine Aussage zur Beschaffenheit und Morphologie der Struktur, welche diesen auslöst.
Ein erfindungswesentliches Merkmal ist die Bestimmung der Intensität des Schallschattens (26) unterhalb des Gefäßes (16) im Vergleich zur Umgebung, d. h. insbesondere die Veränderung der Signalintensität.
Die Veränderung der Signalintensität unterhalb des Gefäßes (16) im Vergleich zur Umgebung korreliert mit Veränderungen der Gefäßmorphologie. Durch den unterschiedlichen Aufbau der Gefäße (16) kommt es zu intra- und interindividuellen Variationen der Resorption der Laserwellen, so dass die Signalintensität unterhalb des Gefäßes (16) ebenfalls abnimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, mit überschaubarem Aufwand die Wanddicke retinaler Gefäße (16) zu ermitteln und mit einem externen Standard zu vergleichen. Dabei können die im Stand der Technik prinzipiell bekannten und vorstehend erwähnten Untersuchungen sowohl schneller als auch mit größerer Präzision durchgeführt werden. Die durch den Vergleich mit einem externen Standard festgestellten Risiken können anschließend ausgewertet werden. Etwaige Therapien sowie weitere medizinische Behandlungen sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Zudem stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine nicht-invasive Bestimmung der Wanddicke retinaler Gefäße (16) bereit, so dass breite Bevölkerungsschichten mit geringem Aufwand im Rahmen eines Screenings untersucht werden können.
Ferner lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund seiner schnellen Arbeitsweise und seines geringen Aufwandes erhebliche Kostenreduzierungen im Gesundheitswesen erzielen. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren durch nicht-medizinisches Personal durchgeführt werden, das lediglich in das erfindungsgemäße Verfahren und an der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingewiesen wurde.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Schritt a) die Teilschritte:

a1) Aufnahme eines Flächenbildes (15) und
a2) Aufnahme eines Tiefenschnittbildes (25).

Unter ”Flächenbild” ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Aufsichtsaufnahme zu verstehen, während mit ”Tiefenschnittbild” ein Querschnittsbild des Zielgewebes bezeichnet wird.
Das Flächenbild (15) bietet den speziellen Vorteil der oberflächlichen Darstellung der Retina. Oberflächlich vorhandene Strukturen können auf diese Weise in ihrer zweidimensionalen Ausprägung beschrieben werden. Das Tiefenschnittbild (25) bietet die Möglichkeit eines Einblicks in tiefer liegende Strukturen und kann so Strukturen darstellen, welche im Flächenbild (15) nicht ersichtlich sind.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Auswahl des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) zunächst anhand des Flächenbildes (15) erfolgt, bevor das ausgewählte Gefäß (16) durch Ortsdaten (5) im Tiefenschnittbild (25) lokalisiert wird.
”Ortsdaten” im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten Positionen von Strukturen in einem Tiefenschnittbild im Verhältnis zu einem Flächenbild.
Die Ortsdaten (5) ermöglichen die gegenseitige Lokalisierung von Strukturen im Tiefenschnittbild (25) im Verhältnis zum Flächenbild (15). Dies bietet den Vorteil, Strukturen in drei Ebenen quantitativ zu beschreiben.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Schritt c) ferner die Teilschritte umfassen:

c5) Bestimmung des äußeren Durchmessers und des inneren Durchmessers des zumindest einen retinalen Gefäßes (16),
c6) Bestimmung der Wanddicke des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).

Über äußeren Durchmesser, inneren Durchmesser und Wanddicke wird zusätzlich das innere Gefäßlumen beschrieben. Diese Faktoren liefern u. a. eine makroskopische Beschreibung der Gefäßmorphologie. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass diese Faktoren eine hohe Korrelation mit Gefäßerkrankungen zeigen.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens ferner den Teilschritt umfasst:

c7) Korrelation der in Schritt c3) bestimmten Breite des Schallschattens (26) mit dem in Schritt c5) bestimmten äußeren Durchmesser und/oder inneren Durchmesser des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).

Der Schallschatten (26) liefert Informationen, welche über die makroskopischen Informationen aus den Teilschritten c5) und c6) hinausgehen, hierbei insbesondere zur zellulären Gefäßbeschaffenheit und Gefäßverkalkung.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Schritt c) ferner den Teilschritt umfassen:

c8) Bestimmung der Gefäßform des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).

Mit ”Gefäßform” wird in der vorliegenden Erfindung insbesondere der Querschnitt eines Gefäßes bezeichnet, beispielsweise rund oder oval. Dies liefert Aussagen zur Gefäßmorphologie selbst, als auch im Verhältnis zu einem Schallschatten deutlich genauere Aussagen zur Gefäßverkalkung.
Die vorstehenden Aufgaben werden in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zur Untersuchung retinaler Gefäße (16) gelöst, die insbesondere zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Diese Vorrichtung umfasst:

– eine Abtasteinheit (3) zur Aufnahme zumindest eines Flächenbildes (15),
– eine Abtasteinheit (4) zur Aufnahme zumindest eines Tiefenschnittbildes (25),
– eine Bildverarbeitungseinheit (7) zur Verarbeitung zumindest eines Flächenbildes (15) und/oder zumindest eines Tiefenschnittbildes (25),
– eine Kontroll- und Verarbeitungseinheit (8) zur Steuerung der Bildverarbeitungseinheit (7) und zur Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard aus einer Datenbank (11),
– eine weitere Einheit (9), welche eine Schnittstelle (10) zu der Datenbank (11) und/oder Speicher und/oder eine CPU oder weitere Rechenmodule enthält, und
– eine Anzeigeeinheit (12).

Die Abtasteinheiten (3, 4) für Flächenbilder (15) und Tiefenschnittbilder (25) finden sich in der ersten Systemkomponente (2), während die Bildverarbeitungseinheit (7), Kontroll- und Verarbeitungseinheit (8), die weitere Einheit (9) und die Datenbank (11) in der zweiten Systemkomponente (6) befinden.
Mit ”Abtasteinheit” wird nachfolgend eine technische Vorrichtung benannt, welche das Zielgewebe mittels Lichtwellen erfasst und in digitale Daten umwandelt.
”Bildverarbeitungseinheit” bezeichnet eine technische Vorrichtung, welche in der Lage ist, erstellte Flächenbilder (15) und Tiefenschnittbilder (25) zu verarbeiten und morphologische Charakteristika zu erkennen.
Eine ”Schnittstelle” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, welche den Abgleich von Daten der Kontroll- und Verarbeitungseinheit (8) mit einer externen Standard der Datenbank (11) ermöglicht. Die letztendliche Darstellung durch eine Anzeigeeinheit (12) kann dabei mittels Angabe von statistischen Kennzahlen erfolgen, ohne dass insoweit eine Beschränkung für andere Anzeigemöglichkeiten erfolgt.
”Kontroll- und Verarbeitungseinheit” bezeichnet in der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, welche eine Bildverarbeitungseinheit (7) steuert und gegebenenfalls durch manuelle Eingriffe in der Lage ist, die Ergebnisse dieser Bildverarbeitungseinheit (7) zu optimieren, sowie Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard aus einer Datenbank (11) ermittelt.
Der Kontroll- und Verarbeitungseinheit (8) ist eine Anzeigeeinheit (12) angeschlossen, mittels welcher Flächenbilder (15), Tiefenschnittbilder (25) sowie Ergebnisse der Bildverarbeitungseinheit (7) und Kontroll- und Verarbeitungseinheit (8) dargestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren auf. Mit einem überschaubaren apparativen Aufwand kann die Wanddicke retinaler Gefäße (16) ermittelt und anschließend mit einem externen Standard verglichen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet insbesondere nicht-invasiv. Hierzu können teilweise bereits vorhandene Geräte eingesetzt werden, womit eine erhebliche Kostenreduzierungen im Gesundheitswesen erzielt werden kann, obwohl breite Bevölkerungsschichten im Rahmen eines Screening zur Früherkennung etwaiger Erkrankungen untersucht werden können.
In einem dritten Aspekt zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Morphologie zumindest eines retinalen Gefäßes (16) und zur Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard.
Die erfindungsgemäße Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung schafft darüber hinaus erheblich erweiterte Einsatzmöglichkeiten bereits vorhandener Komponenten wie beispielsweise abtastender Lasergeräte oder Ophthalmoskope.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Verkalkung des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) verwendet wird. Wie bereits eingangs beschrieben, lässt die Studienlage vermuten, dass eine hohe Korrelation zwischen der Gefäßverkalkung/veränderung der Retina und der Gefäßverkalkung/-veränderung anderer Organe, insbesondere des Herzens, besteht.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform,
2 ein Flächenbild 15 einer Netzhaut mit retinalen Gefäßen 16,
3 einen Ausschnitt aus dem Flächenbild der 2 mit markierten Wänden von retinalen Gefäßen 16 und
4 ein Tiefenschnittbild 25 mit beispielhaft markiertem Schallschatten 26 und markierten Schichten 27.
Die Laser-Scanning-Technik wird allgemein zur Erzeugung von Flächenbildern 15, Angiographiebildern und Autofluoreszenzbildern der Netzhaut eingesetzt. Dabei wird die Netzhaut mit einem Laserstrahl bestimmter Wellenlänge in einem zweidimensionalen Feld Punkt für Punkt abgetastet, und es entstehen kontinuierlich laufende (Live-)Bilder oder Referenzbilder, wobei 10 bis 50 Bilder pro Sekunde typisch sind. Die Angiographie, insbesondere in Form der Fluoreszein-Angiographie (FA) und der Indozyaningrün-Angiographie (ICGA), ist ein wichtiges Analyseverfahren, wobei im Wesentlichen zweidimensionale Bilder der Netzhautoberfläche und ggf. tiefer liegender Schichten der Netzhaut durch punktweises Beleuchten und Rastern bzw. Abtasten erzeugt werden.
Ferner können Flächenbilder 15 der Netzhaut durch flächige Beleuchtung und Erfassung eines geeigneten Bildsensors, wie beispielsweise einer CCD-Kamera (Charge Coupled Device) oder einer Fundus-Kamera erzeugt werden. Weiterhin gelangt bei der Netzhautuntersuchung die Spektraldomänen Optische Kohärenz Tomographie (OCT) zum Einsatz, welche zweidimensionale Tiefenschnittbilder im Wesentlichen senkrecht zur Netzhautoberfläche liefert, sogenannte B-Scans, welche linienförmig aus in die Tiefe gehenden A-Scans zusammengesetzt sind.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beruht auf sog. OCT-Untersuchungen. In der OCT-Technik kommt es (wie bspw. beim Ultraschall) nach der Aussendung von Wellen nachfolgend zu einer Reflektion. Über die reflektierten Wellen kann ein Tiefenschnittbild 25 erstellt werden. Im Unterschied bspw. zum Ultraschall wird jedoch ein Laser eingesetzt, dessen Leistung bei der Untersuchung der Netzhaut immer noch ungefährlich ist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die OCT-Aufnahme der Netzhaut (d. h. ein Querschnitt an einer bestimmten Stelle) mit einer ”normalen” Fundusaufnahme der Netzhaut kombiniert. Hierbei kann es sich um eine Aufnahme mit einem ”Scanning Laser Ophthalmoskop” (SLO), einer CCD-Kamera oder einer konventionellen Funduskamera handeln. Das bedeutet, die Fundusaufnahme entspricht dem Flächenbild 15 der Netzhaut, während durch die OCT-Technik das Tiefenschnittbild 25 erhalten wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Laserwellen bei der Erzeugung eines OCT-Bildes abhängig von der Dichte des Gewebes unterschiedlich stark zurückgeworfen werden. Erfindungsgemäß werden durch einen Abgleich der verschiedenen Gewebedichten Veränderungen an den retinalen Gefäßen 16 beobachtet. Je stärker beispielsweise die Verkalkung der retinalen Gefäße 16 fortgeschritten ist, desto stärker wird der Laser zurückgeworfen und es entsteht konsekutiv der sog. Schallschatten 26 unterhalb der retinalen Gefäße 16. Dieser Schallschatten 26 wird erfindungsgemäß ausgemessen und mit einer externen Datenbank 11 verglichen. Auf diese Weise können der Grad der Gefäßverkalkung und andere Gefäßveränderungen erfasst werden.
In ersten Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Abschwächung der Signalintensität (Berechnung: Signalintensität unterhalb eines Gefäßes 16 im Verhältnis zur Signalintensität in der Umgebung – dies jeweils für jede Schicht einzeln) unterhalb eines Gefäßes 16 signifikant mit dem Alter gesunder Probanden (statistische Signifikanz p-Wert < 0,01, Anzahl der untersuchten Augen: 20) korreliert. Das wird als ein Hinweis darauf gewertet, dass der Parameter ebenfalls mit Verkalkungen der Gefäße 16 (die Atherosklerose ist ein natürlicher Alterungsprozess) oder anderen morphologischen Veränderungen korreliert.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer speziellen Ausführungsform beschrieben. 1 stellt die verwendete Vorrichtung im Zusammenhang mit dem Auge 1 einer Person schematisch dar.
Zunächst erfolgen Aufnahmen der Netzhaut des Auges 1 in Form von Flächenbildern 15 und Tiefenschnittbildern 25, wie sie in den 2 und 4 zu sehen sind. Hierzu können handelsübliche Aufnahmegeräte (Abtasteinheiten 3, 4) der ersten Systemkomponente 2 eingesetzt werden. Zum einen können einzelne Tiefenschnittbilder 25 erzeugt werden, zum anderen aber auch mehrere Tiefenschnittbilder 25, die automatisch zu einem einzigen Bild gemittelt werden. Wie vorstehend bereits erwähnt, können die Tiefenschnittbilder 25 durch ein ”Scanning Laser Ophthalmoskop” (SLO), eine CCD-Kamera oder eine konventionelle Funduskamera erstellt werden.
Anhand des Flächenbildes 15, das im Wesentlichen eine normale Fotografie darstellt, in der die retinalen Gefäße 16 gut zu erkennen sind, wird eine Gefäßerkennung mittels der Bildverarbeitungseinheit 7 durchgeführt. 2 zeigt beispielhaft das Flächenbild 15 einer Netzhaut. Durch Ortsdaten 5 des Tiefenschnittbildes 25 werden die Gefäße 16 aus dem Flächenbild 15 im Tiefenschnittbild 25 lokalisiert und nach diversen Beschaffenheit ausgewertet. 3 zeigt eine Detailaufnahme von retinalen Gefäßen 16 der in 2 abgebildeten Netzhaut mit vollständig markierten Gefäßen 21 und Gefäßen 23 mit markiertem inneren Gefäßdurchmesser. Eine weitere Beschaffenheiten kann beispielsweise die Wanddicke der retinalen Gefäße 16 sein.
Insbesondere werden gemäß der vorliegenden Erfindung die retinalen Gefäße 16 im Tiefenschnittbild 25 dargestellt. 4 stellt ein typisches Tiefenschnittbild 25 der Retina dar. In der genannten Abbildung ist exemplarisch eine Schicht 27 markiert, sowie ein Schallschatten 26 eines Gefäßes 16 aufgezeigt. Diese Darstellung erfolgt auf der Grundlage der Quantität der reflektierten Laserwellen. Aus der Darstellung der retinalen Gefäße 16 im Tiefenschnittbild 25 lassen sich erfindungsgemäß die Stärke und die Ausprägung des Schallschattens 26 ermitteln. Insbesondere die Breite und Ausprägung des Schallschattens 26 führt im Verhältnis zum Durchmesser des untersuchten retinalen Gefäßes 16 zu Daten, die mit der externen Datenbank 11 über eine Schnittstelle 10 verglichen werden können.
Weiterhin wird die Ausprägung des Schallschattens 26 (Abschwächung der Signalintensität durch darüber liegendes Gefäß 16) durch Vergleich der Signalintensität unterhalb des Gefäßes 16 mit der Signalintensität in der Umgebung in jeder einzelnen Schnitt ermittelt. Exemplarisch ist in 4 eine Schicht 27 markiert. Dies kann ebenfalls mit der externen Datenbank 11 über die Schnittstelle 10 verglichen werden.
An die Kontroll- und Verarbeitungseinheit 8 ist eine weitere Einheit 9 zur Bedienung und Auswertung angeschlossen, welche zudem vorteilhaft eine Anbindung an eine Datenbank 11 und/oder Speicher und/oder eine CPU oder weitere Rechenmodule enthält. In der externen Datenbank 11 werden bevorzugt Daten vorgehalten, die sowohl an völlig gesunden Personen, wie auch an Patienten mit unterschiedlichen Krankheitsbildern in unterschiedlich fortgeschrittenen Stadien ermittelt wurden. Schließlich ist an die Kontroll- und Verarbeitungseinheit 8 eine Anzeigeeinheit 12 angeschlossen, mittels welcher Flächenbilder 15, Tiefenschnittbilder 16 sowie Ergebnisse der Bildverarbeitungseinheit 7 und Kontroll- und Verarbeitungseinheit 8 dargestellt werden.
Für das Verfahren der vorliegenden Erfindung werden retinale Gefäße 16 in einem und/oder beiden Augen einer Person untersucht.
Bezugszeichenliste

1: Auge
2: erste Systemkomponente
3: Abtasteinheit mit Abtaststeuerung für Flächenbilder 15
4: Abtasteinheit mit Abtaststeuerung für Tiefenschnittbilder 25
5: Ortsdaten von Strukturen im Tiefenschnittbild 25 im Verhältnis zum Flächenbild 15
6: zweite Systemkomponente
7: Bildverarbeitungseinheit
8: Kontroll- und Verarbeitungseinheit
9: weitere Einheit
10: Schnittstelle zum externen Standard aus einer Datenbank 11
11: Datenbank
12: Anzeigeeinheit
15: Flächenbild
16: retinales Gefäß
20: vergrößerter Ausschnitt aus einem Flächenbild 15 mit markiertem äußeren Gefäßdurchmesser
21: vollständig markiertes Gefäß
22: vergrößerter Ausschnitt aus dem Flächenbild 15 mit markiertem inneren Gefäßdurchmesser
23: Gefäß mit markiertem inneren Gefäßdurchmesser
25: Tiefenschnittbild
26: Schallschatten
27: markierte Schicht im Tiefenschnittbild 25

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/036838 A1 [0008]
WO 2008/052793 A1 [0009]
EP 1487322 B1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Liew G, Wang JJ. Retinal vascular signs: a window to the heart?. Rev Esp Cardiol. 2011, 64, 515–521 [0002]
Flammer J, Konieczka K, Bruno RM, Virdis A, Flammer AJ, Taddei S. The eye and the heart. European Heart Journal 2013, 34, 1270–1278 [0003]
(Ikram MK, de Jong FJ, Bos MJ, Vingerling JR, Hofman A, Koudstaal PJ, de Jong PT, Breteler MM. Retinal vessel diameters and risk of stroke: The Rotterdam Study. Neurology 2006, 66, 1339–1343 [0004]
Smith W, Wang JJ, Wong TV, Rochtchina E, Klein R, Leeder SR, Mitchell P. Retinal arteriolar narrowing is associated with 5-year incident severe hypertension: The Blue Mountains Eye Study. Hypertension 2004, 44, 442–447 [0004]
Chew SK, Xie J, Wang JJ. Retinal arteriolar diameter and the prevalence and incidence of hypertension: a systematic review and meta-analysis of their association. Curr Hypertens Rep 2012, 14, 144–151 [0004]
Michelson EL, Morganroth J, Nichols CW, MacVaugh H III. Retinal arteriolar changes as an indicator of coronary artery disease. Arch Intern Med 1979, 139, 1139–1141 [0005]
Tedeschi-Reiner E, Strozzi M, Skoric B, Reiner Z. Relation of atherosclerotic changes in retinal arteries to the extent of coronary artery disease. Am J Cardiol 2005, 96, 1107–1109 [0005]
Wong TV, Cheung N, Islam FM, Klein R, Criqui MH, Cotch MF, Carr JJ, Klein BE, Sharrett AR. Relation of retinopathy to coronary artery calcification: The multi-ethnic study of atherosclerosis. Am J Epidemiol 2008, 167, 51–58 [0005]
Nagel E, Vilser W, Lindloh C, Klein S. Measuring retinal vascular diameter using the scanning laser ophthalmoscope and computer. Initial results, Ophthalmologe. 1992, 89, 432–436 [0010]
Fischer JG, Mewes H, Hopp HH, Schubert R. Analysis of pressurized resistance vessel diameter changes with a low cost digital image processing device. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 1996, 50, 23–30 [0011]

Claims

Verfahren zur Untersuchung retinaler Gefäße (16), umfassend die Schritte: a) bildgebende Aufnahme einer Netzhaut mit retinalen Gefäßen (16), b) Auswahl zumindest eines retinalen Gefäßes (16), c) Bestimmung der Morphologie des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) und d) Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard, wobei Schritt c) die Teilschritte umfasst: c1) Darstellung des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) im Tiefenschnittbild (25), c2) quantitative und qualitative Ermittlung eines Schallschattens (26) des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) und c3) Bestimmung der Breite des Schallschattens (26) c4) Bestimmung der Intensität des Schallschattens (26) unterhalb des Gefäßes (16) im Vergleich zur Umgebung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt a) die Teilschritte umfasst: a1) Aufnahme eines Flächenbildes (15) und a2) Aufnahme eines Tiefenschnittbildes (25).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) die Auswahl des zumindest einen retinalen Gefäßes (16) zunächst anhand des Flächenbildes (15) erfolgt, bevor das ausgewählte Gefäß (16) durch Ortsdaten (5) im Tiefenschnittbild (25) lokalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt c) ferner die Teilschritte umfasst: c5) Bestimmung des äußeren Durchmessers und des inneren Durchmessers des zumindest einen retinalen Gefäßes (16), c6) Bestimmung der Wanddicke des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt c) ferner den Teilschritt umfasst: c7) Korrelation der in Schritt c3) bestimmten Breite des Schallschattens (26) mit dem in Schritt c5) bestimmten äußeren Durchmesser und/oder inneren Durchmesser des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt c) ferner den Teilschritt umfasst: c8) Bestimmung der Gefäßform des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).
Vorrichtung zur Untersuchung retinaler Gefäße (16), insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – eine Abtasteinheit (3) zur Aufnahme zumindest eines Flächenbildes (15), – eine Abtasteinheit (4) zur Aufnahme zumindest eines Tiefenschnittbildes (25), – eine Bildverarbeitungseinheit (7) zur Verarbeitung zumindest eines Flächenbildes (15) und/oder zumindest eines Tiefenschnittbildes (25), – eine Kontroll- und Verarbeitungseinheit (8) zur Steuerung der Bildverarbeitungseinheit (7) und zur Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard aus einer Datenbank (11), – eine weitere Einheit (9), welche eine Schnittstelle (10) zu der Datenbank (11) und/oder Speicher und/oder eine CPU oder weitere Rechenmodule enthält, und – eine Anzeigeeinheit (12).
Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Bestimmung der Morphologie zumindest eines retinalen Gefäßes (16) und zur Ermittlung von Abweichungen der Morphologie von zumindest einem externen Standard.
Verwendung nach Anspruch 8, insbesondere zur Bestimmung der Verkalkung des zumindest einen retinalen Gefäßes (16).