DE10257743A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Perfusion in einem Gewebebereich und des Blutflusses durch einzelne Blutgefäße - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Perfusion in einem Gewebebereich und des Blutflusses durch einzelne Blutgefäße Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Blutflusses durch einen ausgewählten Blutgefäßabschnitt, vorzugsweise in einem lebenden Organismus oder funktionierenden Organ, insbesondere zur qualitativen Beurteilung des Blutflusses sowie zur numerischen Bestimmung der Blutdurchflussrate. Die Vorrichtung umfasst: eine Bestrahlungsvorrichtung (44) zur Bestrahlung eines das ausgewählte Blutgefäß enthaltenden Bereichs (46) mit einem anregenden Strahlungsbündel (45), das zur Erzeugung von Sekundärstrahlung (47) in einem in das ausgewählte Blutgefäß eingebrachten Chromophor geeignet ist, eine Bilderzeugungsvorrichtung (42) zur Aufnahme von Sekundärstrahlung (47), die von dem in das ausgewählte Blutgefäß eingebrachten Chromophor erzeugt wurde, und zur Erzeugung und Aufzeichnung von die Sekundärstrahlung repräsentierenden Bildern in vorbestimmten Zeitabständen, und eine Berechnunganordnung (14) zur Berechnung der Blutdurchflussrate des Blutflusses durch den ausgewählten Blutgefäßabschnitt auf der Grundlage der scheinbaren Bewegung, von Bild zu Bild, der jeweils hellsten Pixelansammlung innerhalb der digitalen Bilder sowie auf der Größe des Blutgefäßabschnitts.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung, vorzugsweise in einem lebenden Organismus oder funktionierenden Organ, des Blutflusses durch ein ausgewähltes Blutgefäß, insbesondere zur qualitativen Beurteilung des Blutflusses sowie zur numerischen Bestimmung der Blutdurchflussrate, sowie zur Bestimmung der Perfusion in einem ausgewählten Gewebebereich, insbesondere zur qualitativen Beurteilung der Perfusion sowie zur numerischen Bestimmung der relativen Perfusionsrate.
  • Bilder sind Informationsträger mit großer unmittelbarer Wirkung. Betrachtet man die Armaturenbretter kommerzieller Flugzeuge, stellt man fest, dass Echtzeitdaten und Rückmeldungen von Flugkontrollinstrumenten überwiegend visualisiert und graphisch angezeigt werden, nicht als Zahlenwerte. Überall dort, wo die unmittelbare Interpretation von Daten ausschlaggebend ist, hat die visuelle Übermittlung von Informationen einen hohen Stellenwert. Andererseits ist die Auswertung numerischer Daten eine notwendige Ergänzung eines derartigen Kontrollsystems, wenn visuelle Informationen nicht eindeutig oder nicht genau genug sind, um Schlussfolgerungen daraus zu ziehen, d.h. Entscheidungen zu treffen bzw. zu korrigieren.
  • Es gibt bereits Geräte, die dynamische Parameter des Blutflusses durch Gefäße bestimmen. Dies sind Geräte, die im allgemeinen als Strömungs-Sonden bezeichnet werden und mit Ultraschallsignalen arbeiten. Hauptsächlich stellen sie durch indirekte Messung gewonnene, numerische Daten bereit, liefern jedoch kein Bild des Blutgefäßes, kein direktes dynamisches Bild des Strömungsprozesses und keine elektronische Datenbank, womit die aufgezeichneten Daten bequem gespeichert, analysiert, später – postoperativ – überprüft, kopiert und archiviert werden können.
  • Eine Methode und ein Apparat zur Durchführung intraoperativer Angiographie werden in WO 01/22870 offenbart. In dieser Patentanmeldung wird auf die Eignung der Vorrichtung zur Aufnahme und Wiedergabe von Bildern von Blutgefäßen hingewiesen. Die Möglichkeit, mit der Vorrichtung numerische Daten aus Messungen zu gewinnen oder dynamische Parameter des Blutflusses durch einzelne Blutgefäße zu analysieren, wird nicht erwähnt. Es wird erwähnt, dass diese offenbarte Vorrichtung dafür geeignet ist, den Durchmesser eines Blutgefäßes – einen konstanten Wert – zu berechnen, indem sie die Anzahl der Pixel, die dem Blutgefäßdurchmesser entspricht, in Beziehung setzt zur Anzahl der Pixel, die einer vorher definierten Maßeinheit entspricht (vergl. Anspruch 39 und Beschreibung Seite 4, Zeilen 18-26).
  • In bestimmten Fällen mag die Bestimmung von Blutgefäßdurchmessern allein ausreichend sein, in der Regel jedoch ist die Berechnung dieser nicht das, woran praktizierende Mediziner der Chirurgie – dem Gebiet, auf dem die vorliegende Erfindung in erster Linie Anwendung sucht – interessiert sind. Der Durchmesser eines Blutgefäßes kann generell als unveränderliche Größe betrachtet und während eines Eingriffes mit hinreichender Genauigkeit direkt und visuell bestimmt werden, d.h. vom Chirurgen gesehen werden, zum Beispiel durch standardisierte, optische Vergrößerungsgläser.
  • Das jedoch, was vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann, sind die dynamische Rate des Blutflusses durch ein einzelnes Blutgefäß und die periodischen Parameter, die den Blutfluss kennzeichnen. Es ist gegenwärtig keine Vorrichtung bekannt, die in Verbindung mit bestimmten Verfahren als ein System funktioniert, welches sowohl die visuellen Daten als auch die korrespondierenden quantitativen Kalkulationen liefert, die zu den dynamischen Daten des Blutflusses durch einem einzelnen definierten Abschnitt eines Blutgefäßes gehören und das darüber hinaus über ein Softwareprogramm verfügt, das eine Datenbank zur Bildverarbeitung und -archivierung einrichtet, die auch für spätere, postoperative Untersuchungen und für Forschungszwecke geeignet ist.
  • Eine in DE 100 59 070 C1 offenbarte Vorrichtung erzeugt Bilder, die aus dem Blutfluss resultieren. Laut Beschreibung dienen diese Bilder zur Beurteilung von Gewebeperfusionen im Allgemeinen, nicht jedoch zur direkten numerischen Ermittlung der relativen Pertusionsrate in einem Gewebebereich, zur Beobachtung des Blutflusses in einem Blutgefäß oder gar zur Berechnung der Blutdurchflussrate.
  • Des weiteren beschreibt keines der erwähnten Systeme ein Computersystem, das eine ganze Reihe von Funktionen automatisiert: das Aufzeichnen von Bildern mit dazugehörigen Daten, das Einrichten einer Datenbank und das Verarbeiten und Speichern der Daten im Kontext einer solchen Datenbank. Die Vorrichtung gemäß DE 100 59 070 C1 bezieht sich auf ein Bildverarbeitungs- und -auswertungs-System, das laut Beschreibung zum Messen der Bildpixelintensität in einem ausgewählten Bereich der Gewebeperfusion geeignet ist. Der Gesamtwert der Intensität – wobei davon ausgegangen wird, dass er der Konzentration des fluoreszierenden Mittels im Blut entspricht – wird verglichen mit einem Bereich mit normaler Perfusion oder einem externen Standard. Keine weitergehende Funktion bzw. Anwendung eines elektronischen Bildauswertungs-Systems wird beschrieben. Mit dieser Vorrichtung wird die Perfusion in einem bestimmten Gewebebereich mit Hilfe der Absorption eines Chromophors in diesem Gewebebereich und der Erfassung der Pixelhelligkeit im Allgemeinen betrachtet, wohingegen die Erfassung dynamischer Parameter bezogen auf dem Blutfluss in einzelnen Blutgefäßen nicht möglich ist.
  • Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung war die Überlegung, dass bei medizinischen Eingriffen, wo aus dynamischen Echtzeitdaten gewonnene Informationen über den Blutfluss durch einzelne Gefäße hilfreich oder notwendig sind, die Verfügbarkeit unmittelbar visuell interpretierbarer Daten in Verbindung mit vom Computer berechneten Daten, welche beide mit Hilfe einer einzelnen Vorrichtung bzw. eines Systems gewonnen werden können, von großem Nutzen wäre.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die sowohl visuell erfassbare Informationen über den Blutfluss in einzelnen Blutgefäßen als auch die Blutdurchflussrate bezogen auf einzelne Blutgefäße in numerischer und graphischer Form liefert, sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die sowohl visuell erfassbare Informationen über die Perfusion in einem ausgewählten Gewebebereich als auch die relative Perfusionsrate bezogen auf einen ausgewählten Gewebebereich in numerischer und graphischer Form liefert, und darüber hinaus vom Benutzer einfach zu handhaben ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Endung wird im Folgenden anhand einer Vorrichtung zur Bestimmung des Blutflusses durch ein ausgewähltes Blutgefäß näher erläutert, wobei als bevorzugtes Realisierungsmittel für die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Computersystem beschrieben ist. Ein solches Computersystem ist eine Hardwarekonfiguration eines elektronischen Datenprozessors mit einem oder mehreren integrierten Softwareprogrammen sowie mit peripherer Ausrüstung und Eingangs-/Ausgangsanschlüssen einschließlich Standardzubehör wie Monitor, Tastatur, Zeigegerät und Datenübertragungsverbindungen, die zusammen als Teilsystem der Vorrichtung funktionieren. Die Erfindung ist anwendbar in der praktischen Human- und Tiermedizin sowie im Bereich der Forschung auf diesen beiden Gebieten.
  • Wie bereits ausgeführt, schafft die Erfindung ein medizinisches Bilddiagnosesystem, mit dem Bilddaten mit numerischen Kontrolldaten kombiniert werden können, wobei Bilder den Vorteil haben, vom Betrachter unmittelbar zur qualitativen Beurteilung herangezogen werden zu können. Die vorliegende Erfindung stellt ein komplexes System dar, das über die bloße Kombination dieser zwei sich ergänzenden elektronischen Datenformen hinausgeht.
  • Was die Möglichkeit angeht, erzeugte und aufgezeichnete digitale Bilder quantitativ zu analysieren, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Blutdurchflussrate (Volumen pro Zeiteinheit) bezogen auf einen einzelnen ausgewählten Blutgefäßabschnitt numerisch zu bestimmen. Dies geschieht – im Zusammenwirken mit dem Benutzer – durch die Vorrichtung in folgenden Schritten:
    • a) Im Verlauf eines chirurgischen Eingriffs, der die Beurteilung und/oder Behandlung von Blutgefäßen einschließt, wird ein Mittel, das ein Chromophor enthält, als Bolus in den Blutkreislauf eingebracht (beispielsweise eingespritzt). Zu den Eigenschaften dieses Mittels gehört es, im Wellenlängenbereich von Infrarotlicht zu fluoreszieren, das sich dadurch auszeichnet, dass es – bis zu einem gewissen Grad – organisches Gewebe wie Blutgefäßwände durchdringt und von einer Videokamera aufgezeichnet werden kann. Wenn das Mittel den zu behandelnden bzw. zu untersuchenden Bereich erreicht, wird es von einem externen Bündel Infrarotstrahlung angeregt zu fluoreszieren. Derartige Mittel sind hinreichend bekannt und werden seit geraumer Zeit in der klinischen Medizin eingesetzt.
    • b) Eine Videoaufnahme (die bekanntlich eine Mehrzahl von Bildern umfasst) wird von dem Bereich mit den Blutgefäßen gemacht, durch die das Fluoreszenzmittel fließt. Während – bzw. vorzugsweise zu Beginn – der Aufnahme wird für kurze Zeit (Sekundenbruchteile) optisch eine vorbestimmte Maßeinteilung auf den ausgewählten Bereich (Behandlungs- oder Untersuchungsbereich) projiziert. Die aufgezeichnete Projektion ermöglicht es der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die wahren Abmessungen des Blutgefäßes aufgrund des variablen Verhältnisses zwischen Bildgröße in Pixeln und realer Größe des Objekts zu ermitteln, statt auf Methoden zurückzugreifen, die auf einer konstanten, vorher bestimmten Maßeinheit basieren. Ein variables Verhältnis ist erforderlich, weil das optische System der Kamera einen beachtlichen Brennweitenbereich hat und es darüber hinaus praktisch unmöglich ist, die Kamera in jedem Fall exakt zu positionieren. Bilder erscheinen größer oder kleiner, je nach Abstand der Kamera vom Objekt. Die Projektion der vorgenannten Maßeinteilung ermöglicht es, die Abmessungen der Blutgefäße zu bestimmen, wenn Unterschiede in den Bildgrößen zwischen den einzelnen Aufnahmen bestehen. Eine weitere Überlegung ist, dass jede externe Kalibrierung zwischendurch – wie sie bei der Verwendung einer konstanten, vorher bestimmten Maßeinheit aufgrund der aus den unterschiedlichen Kameraabständen resultierenden unterschiedlichen Bildgrößen erforderlich wäre – zu zeitraubend wäre, zudem eine mögliche Fehlerquelle darstellt und aus diesem Grund für die angestrebte Verwendung der Erfindung nicht brauchbar ist.
    • c) Wenn es erforderlich ist – in der Regel dann, wenn eine Aufnahme während eines Eingriffs am schlagenden Herzen gemacht wird – wird vom Programm automatisch ein so genanntes Bildregistrierungsverfahren durchgeführt (image registration).
    • d) Der Benutzer der Vorrichtung definiert die ROI (region of interest), indem er mit Hilfe eines Zeigegeräts auf der Bildschirmanzeige der Videoaufnahme einen Abschnitt eines einzelnen Blutgefäßes markiert, dessen Blutdurchflussrate bestimmt werden soll. Diese Auswahl wird über die Funktionen der graphischen Benutzeroberfläche vorgenommen. Ein Pixelbereich wird definiert, der sich nur auf einen Teil der Bilddaten bezieht; in der Regel erscheinen die Bilder mehrerer Blutgefäße auf dem Bildschirm, für die Berechnung jedoch ist ein Abschnitt von bestimmter Länge für ein bestimmtes Blutgefäß festzulegen.
    • e) Die Vorrichtung zieht zur Berechnung der Abmessungen des Blutgefäßes den vorab durch den Benutzer definierten Datensatz, der sich auf die ROI bezieht, und die Projektion der vorbestimmten Maßeinteilung auf das ausgewählte Blutgefäß heran.
    • f) Die Vorrichtung analysiert die Bildfolgen der Videoaufnahmen eines ausgewählten Datensatzes und macht diejenige Gruppe von Pixeln in jedem Bild ausfindig, die die größte mittlere Helligkeit aufweist. Dies geschieht mittels einer Pixelsuchmaske mit einer Feldgröße von beispielsweise 9 × 9 oder 13 × 13 Pixeln, d.h., die Bilder der ROI werden systematisch horizontal und vertikal gescannt, wobei die Suchmaske jeweils um einen Pixel horizontal oder vertikal versetzt wird. Auf diese Weise wird der Helligkeitswert für jeden einzelnen Pixel im Feld ermittelt und auf der Basis dieser Einzelwerte der Wert der mittleren Pixelhelligkeit im Feld berechnet. Der Wert der größten mittleren Pixelhelligkeit von allen Feldern wird zusammen mit den Koordinaten des Feldmittelpunktes (zur Definition der Position des Feldes im Bild) gespeichert. Falls mehrere Felder mit der gleichen mittleren Pixelhelligkeit ermittelt werden, wird die Feldgröße vergrößert und der vorgenannte Ablauf nochmals ausgeführt. (Tritt dieser Fall wiederholt ein, wird nach einer bestimmten Anzahl von Abläufen vom Computerprogramm der Hinweis angezeigt, dass die Bildanalyse nicht durchgeführt werden kann und die injizierte Menge des fluoreszierenden Mittels überprüft werden soll.) Die relative Pixelhelligkeit entspricht der relativen Konzentration des injizierten Chromophors. Die von Bild zu Bild veränderte Position dieser Pixelgruppe (die über die Positon des Mittelpunkts der Pixelgruppe mit der größten mittleren Helligkeit definiert ist) entspricht der Lageveränderung der im Blutfluss mitgeführten Chromophorkonzentration. Diese Entsprechung zwischen der aufgezeichneten Lageveränderung der Chromophorkonzentration in den einzelnen Bildern und der Lageveränderung der Chromophorkonzentration im Blutgefäßabschnitt wird mit Hilfe der Berechnung der wahren Abmessungen des Blutgefäßabschnitts ermittelt, wie in Schritt e) beschrieben. Der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Bildern ist konstant.
    • g) Aus diesem Grund ist das analytische Ergebnis eine dynamische Quantifizierung des Chromophorflusses im Blut, gemessen als Volumen pro Zeiteinheit. Die Zeitauflösung dieser Daten hängt von der Bilderrate (fps = frames per second) der Videoaufnahmen ab. Nachdem der durchschnittlichen Durchflussrate die größte Bedeutung zukommt, wird der Mittelwert anhand mehrerer Bilder errechnet, die einigen Sekunden bzw. einigen systolischen/diastolischen Phasen entsprechen.
    • h) Die numerischen Blutflussdaten, die aus der quantitativen Analyse des ausgewählten Abschnitts resultieren, werden innerhalb der graphischen Benutzeroberfläche auf dem Bildschirm gezeigt. Die Daten können gespeichert, ausgedruckt und/oder auf bewegliche Datenträger kopiert werden.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform schafft die Endung eine Vorrichtung mit graphischer Benutzeroberfläche, wodurch es dem Benutzer ermöglicht wird, auf einfache Art eine Datenbank einzurichten, zu organisieren und zu verwalten, die vaskuläre Bilder und alle dazugehörigen Informationen in numerischer Form oder Textform enthält. Die so entstandene Datenbank ist im vaskulären intraoperativen Bereich von großem Nutzen, um anhand von Echtzeitdaten zu diagnostizieren; sie dient der Indikation unmittelbar notwendiger Maßnahmen, die auf den sofort verfügbaren Informationen basieren; sie ist ein Hilfsmittel, um anhand der aufgezeichneten Daten über Nachbehandlungen im vaskulären chirurgischen Bereich zu entscheiden; und sie ist ferner von großem Wert in der Qualitätskontrolle und darüber hinaus auf dem Gebiet der Forschung. Im Übrigen ist zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung dafür geeignet ist, auch mit anderen als mit den derzeit bekannten Chromophoren, beispielsweise mit solchen, die hinsichtlich der Gewebetransparenz oder ihres Transports im Blut verbesserte Eigenschaften aufweisen, zu arbeiten. Hierfür müssen dann im Wesentlichen lediglich der optische Filter der Kamera ausgetauscht und gegebenenfalls Änderungen zur Anpassung an die Wellenlänge der anregenden Strahlungsquelle vorgenommen werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein neuartiges Mittel zur Analyse des Blutflusses dar: Das System ermöglicht gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Analyse des Blutflusses mit Hilfe der in der erfindungsgemäßen Datenbank gespeicherten Daten, auf die zu jeder Zeit – unabhängig vom Zeitpunkt der Aufzeichnung – zugegriffen werden kann und die daraufhin analysiert werden können. Neue Erkenntnisse können aus alten Daten gewonnen werden, weil die gespeicherten Daten hauptsächlich aus einer dynamischen Folge von Bildern mit ausreichender zeitlicher und räumlicher Auflösung bestehen, beides Voraussetzungen für eine Analyse. Weiterhin erlauben das Computerprogramm und seine Funktionen dem Benutzer der Erfindung, numerische Daten zu gewinnen, d.h. Parameter wie Blutdurchflussrate bezogen auf einen einzelnen Blutgefäßabschnitt, (der aus archivierten Aufnahmen ausgewählt wurde), und zwar auf die gleiche Art und Weise wie bei der Analyse von aufgezeichneten Echtzeitbilddaten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar und ermöglicht eine Art der Untersuchung und Analyse von gespeicherten Bilddaten, die vorteilhaft und den Möglichkeiten bei der Verwendung von Echtzeitdaten vergleichbar ist. In mancher Hinsicht hat diese Form der Untersuchung und Analyse gespeicherter Daten sogar Vorteile gegenüber Echtzeitdaten, was Wiederholbarkeit und die Genauigkeit der Beurteilung von Messverfahren und Algorithmen angeht.
  • Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist die Tatsache, dass sogar unter Verwendung der üblichen Datenkomprimierungstools die Anforderungen an die digitale Speicherkapazität für eine relativ geringe Anzahl von Videoaufnahmen erstaunlich hoch sind. Eine Videoaufnahmesequenz von 45 Sekunden Dauer, mit 30 Bildern pro Sekunde im gewöhnlichen AVI Dateiformat, erfordert beinahe 1 GB Speicherplatz auf der Festplatte. Wenn vier bis sechs solcher Sequenzen pro Behandlung gespeichert werden müssen, – was zu erwarten ist – wäre der verfügbare Speicherplatz auf einem Speichermedium wie einer Festplatte bald verbraucht.
  • Hinsichtlich der gerade geschilderten zu erwartenden Problematik löst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Computerprogramm, das speziell für und als Teil der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, das auftretende Problem: Das Programm umfasst Datenstrukturen, die auf vorteilhafte Weise eine eindeutig definierte Datenbank zur Ablage der Informationen einrichten, die zum einen von der vorliegenden Erfindung genutzt und zum anderen von ihr erzeugt werden. Datenbank und Computerprogramm wurden dergestalt entwickelt, dass die aufgezeichneten und verarbeiteten Daten (in der Regel Patienten- oder Organdaten) von der Festplatte des Systems auf bewegliche optische Datenträger unter Wahrung der Datenstrukturen transferiert werden; die Beziehung der Datenelemente zur Datenstruktur bleibt dabei unangetastet. Dadurch ist das schnelle Auffinden von Daten für den Benutzer gewährleistet, und Übertragungsfehler, die das Vermischen von Daten, die zu unterschiedlichen Untersuchungsobjekten gehören, zur Folge hätten, werden von vornherein ausgeschlossen. Diese automatisierte Datenverarbeitung ist ein Beispiel dafür, wie Platz auf der Systemfestplatte geschaffen werden kann und dabei die Struktur der Daten beibehalten wird, während gleichzeitig ein externes Archiv von gesicherten Daten angelegt wird. Für die vorliegende Erfindung sind somit optische Laufwerke besonders gut geeignet, womit Datenmengen in der Größenordnung mehrerer Gigabytes auf beschreibbare bewegliche Medien wie DVDs und CDs kopiert und archiviert werden können.
  • Die Datenstrukturen des Systems und ihre Wechselwirkung mit bzw. Integration in die Gesamtvorrichtung über das Computerprogramm stellen eine besonders gut geeignete Art und Weise der Implementierung dar, um die vorteilhaften, vorwiegend klinischen Funktionen und Möglichkeiten der Datenverarbeitung der vorliegenden Erfindung zu nutzen. Diese schließen ein: das Aufzeichnen von Daten zum Betrachten, Analysieren und Speichern, die Datenwiedergabe zum Zwecke der Betrachtung und Analyse und die Möglichkeit, Daten über eine genau definierte Kopierfunktion zu vervielfältigen. All diese Funktionen nehmen Bezug auf einen Datensatz, der in Anlehnung an die Bezeichnung des Computerprogramms, Ciné-Flow, als C-Flow-Datensatz bezeichnet wird. Dieser Datensatz enthält alle Videoaufnahmen und die dazugehörigen, vom Benutzer eingegebenen, Kommentare zu den Aufnahmen. Darüber hinaus umfasst dieser Datensatz ein mit "C-Quant" bezeichnetes Unterverzeichnis, das alle quantitativen Daten enthält, die aus den vom Computerprogramm durchgeführten Analysen der Bilddaten resultieren. Andere datenverarbeitende Funktionsmodule umfassen die Archivierungsfunktion, die im vorangehenden Absatz beschrieben wird und die auf die als Patienten-Datensatz definierte Struktur zurückgreift. Zusätzlich gibt es eine Analysefunktion zur Berechnung der Blutdurchflussrate und eine Löschfunktion, die nur für jeweils einen einzelnen C-Flow-Datensatz ausgeführt werden kann. Vorzugsweise sind weitere Unterfunktionen wie die Wiederherstellungsfunktion und die Systemdiagnose-Funktion (Sys-Diag-Funktion) in die Datenstrukturen des Systems integriert.
  • Alle in den zwei vorstehenden Absätzen beschriebenen modularen Funktionen können bei Bedarf vom Benutzer aktiviert werden. Deshalb wurde die Mensch-Maschine-Schnittstelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Endung gezielt entwickelt, um den Anforderungen der Benutzer, nämlich praktizierende Chirurgen in einem intraoperativen Umfeld, zu entsprechen, da eine Anwendung in diesem Umfeld verglichen mit anderen möglichen Einsatzgebieten der Endung am dringlichsten erscheint. Diese Schnittstelle ist bei der vorliegenden Erfindung die graphische Benutzeroberfläche (GUI = Graphical User Interface) als Teil des integrierten Computerprogramms. Es verbleiben einige wenige manuelle Bedienfunktionen wie das Positionieren der Kamera und das Einlegen von optischen Datenträgern, die nicht über die GUI abgewickelt werden können. Alle wesentlichen Systemkontroll- und Datenverarbeitungsfunktionen, alle Feedbackanzeigen und Texteingaben erfolgen ansonsten über die graphische Benutzeroberfläche.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die graphische Benutzeroberfläche: Das Computersystem handhabt den Austausch von elektronischen Kontroll- und Rückmeldesignalen zwischen dem Computer und anderen Teilsystemen der Vorrichtung. Die Kontroll- und Rückmeldesignale werden durch einen externen Eingabe/Ausgabe (I/O)-Signalprozessor empfangen und übertragen. Dieses I/O-Signalprozessor-Teilsystem hat zwei Hauptfunktionen: Es empfängt elektronische analoge oder digitale Signale von einer Vielzahl von Sensoren, die in bestimmte Teilsysteme eingebaut sind, zum Beispiel das analoge Spannungs-Signal als Indikator für die Entfernung zwischen der Aufnahmeoptik und dem Ziel, d.h. dem Untersuchungsbereich. Das I/O-Signalprozessor-Teilsystem empfängt das analoge Entfernungssignal, verschlüsselt es als digitale Information, speichert diesen digitalen Wert vorübergehend und überträgt ihn zu Standardanschlüssen des integrierten Computersystems und schließlich zur graphischen Benutzeroberfläche auf dem Monitor, wo die Information für die relative Entfernung als graphische Darstellung angezeigt wird. Die Übertragung erfolgt über Kommunikationsprotokolle wie IEEE 1394 (Fire Wire) oder vergleichbare Industriestandards mit ausreichender Geschwindigkeit.
  • Die zweite wichtige Aufgabe des I/O-Signalprozessors besteht darin, Kontrollsignale zu empfangen, die vom integrierten Computersystem gesandt werden. Das Computersystem erzeugt Kontroll- und Betriebszustandsignale während des Normalbetriebs, d.h. der Bedienung und Kontrolle der Vorrichtung durch den Benutzer, was bei dieser Ausführungsform fast ausschließlich über die graphische Benutzeroberfläche geschieht. Wenn der Benutzer zum Beispiel die Vorrichtung innerhalb des Menüpunkts „Aufzeichnen" benutzt und auf dem Bildschirm "AUFNAHME" anklickt, wird ein Kontrollsignal vom Computersystem zum I/O-Signalprozessor übertragen. Weitere Signale werden vom I/O-Teilsystem zum Anregungs-Teilsystem geschickt, um ein anregendes Strahlungsbündel zu aktivieren. Ein weiteres, vom I/O-Teilsystem erzeugtes Kontrollsignal sorgt während einer festgesetzten Zeit für die Projektion eines orthogonalen Rasters oder die Aussendung eines von einer vorzugsweise lenkbaren bzw. präzise positionier- und steuerbaren Lichtquelle erzeugten kollimierten Strahlenbündels. Eine solche Lichtquelle ist beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), eine Gruppe von Leuchtdioden oder ein Laser, der für diesen Zweck üblicherweise nur eine geringe Leistung aufzuweisen braucht.
  • Was die bevorzugte technische Ausführung angeht, ist eine bestimmte Struktur für die Daten vorgesehen. Diese Struktur wird bevorzugt, weil damit die Vorrichtung ihre Datenverarbeitungsfunktionen optimal wahrnehmen kann, nämlich die Aufnahmen und dazugehörigen Daten eines jeden Patienten an definierten Speicherplätzen abzulegen, zu analysieren und die Ergebnisse dieser Analyse zu speichern.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Computerprogramm, das über die graphische Benutzeroberfläche die Funktionen der Datenverarbeitung folgen dermaßen automatisiert: Aufzeichnen von Videoaufnahmen; Auswählen bestimmter Zeitabschnitte aus diesen Aufnahmen; Analysieren dieser Aufnahmen, um die Blutdurchflussrate bezogen auf ein einzelnes Blutgefäß zu bestimmen; Abspeichern ausgewählter Abschnitte der Videoaufnahmen auf die Festplatte zusammen mit den dazugehörigen erklärenden Textdateien und abgeleiteten analytischen Daten; Laden gespeicherter Daten; Kopieren und Archivieren von Daten gemäß vorbestimmten Datenstrukturen; Löschen ausgewählter Daten gemäß den Datenstrukturen und gemäß einem Sicherheitssystem; und Wiederherstellen von Daten gemäß den Datenstrukturen und gemäß dem Sicherheitssystem.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Computerprogramm, das Algorithmen und Programmfunktionen umfasst, wodurch das Programm eine automatisierte Analyse der dynamischen Bilddaten durchführt und so die Blutdurchflussrate bezogen auf ein einzelnes Blutgefäß ermittelt und graphisch in einem zweidimensionalen Koordinatensystem darstellt, wobei vorzugsweise die Zeit auf der horizontalen und das Volumen pro Zeiteinheit auf der vertikalen Achse dargestellt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Vornehmen von Berechnungen der Blutdurchflussrate zu einem beliebigen Zeitpunkt, und zwar anhand von Videoaufnahmen (auf denen die Berechnungen beruhen), die sich (nach der Aufzeichnung) im Arbeitsspeicher befinden oder die (zu einem späteren Zeitpunkt) von der Festplatte geladen worden sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist in die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Zählfunktion integriert, mit der jede ununterbrochene Folge von Aufnahmen als ein "Fall" gezählt wird – solange die Aufzeichnungsfunktion für ein bestimmtes Objekt bzw. einen bestimmten Patienten aktiviert ist und solange der Benutzer diese Menüfunktion nicht verlässt; des weiteren wird die Anzahl der Fälle nach dem Datum der Aufzeichnung gespeichert und nach Jahr und Quartal bzw. Monat aufgelistet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel, die dem Benutzer bei auftretenden Störungen die Durchführung eines Systemtests, die Erstellung eines Fehlerprotokolls und die Anzeige des erstellten Fehlerprotokolls und außerdem die Anzeige der Anzahl der durchgeführten Fälle ermöglichen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, jedoch nicht beschränkenden Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen und nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 als Blockdiagramm die Hauptbestandteile einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sowie eine Übersicht über die Teilsysteme,
  • 2 die Datenstrukturen des Computerprogramms,
  • 3 das Hauptmenü zum Aufrufen der einzelnen Funktionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 4 das Untermenü zum Vorbereiten der Aufnahme und Aktivieren/Deaktivieren der Aufnahmefunktion,
  • 5 das Untermenü zum Betrachten, Speichern und/oder Ausdrucken von Aufnahmen bzw. Aufnahmeabschnitten, zur Eingabe von Kommentaren durch den Benutzer und zum Aktivieren der Analysefunktion für eine ausgewählte Bildsequenz,
  • 6 das Untermenü zum Aktivieren der Kopierfunktion für einen ausgewählten Patienten-Datensatz.
  • 1 stellt als Blockdiagramm die Hauptbestandteile der Erfindung sowie eine Übersicht über die Organisation und Funktionsweisen der Teilsysteme dar. Die Darstellung ist symbolisch und dient der Veranschaulichung der Schnittstellen der Teilsysteme.
  • Mit 10 ist ein Computersystem bezeichnet, das einen Bildschirm 12 mit angezeigter graphischer Benutreroberfläche 18, einen Computer 14 mit einer Tastatur 15 und einer Maus 16 umfasst.
  • Mit 20 ist ein mit dem Computersystem 10 verbundenes Teilsystem Archivierung bezeichnet, das CDs bzw. DVDs 21 und ein Laufwerk 22 für diese Speichermedien umfasst.
  • Die Teilsysteme 10 und 20 werden von einem Netzteil 30 versorgt, das zweckmäßigerweise eine für die internationale Installation geeignete Netzeingangsspannung von 100 bis 240 V Wechselstrom aufweist.
  • Das Netzteil 30 versorgt auch ein Gleichspannungsnetzteil 32, welches wiederum ein optisches Modul 40 versorgt. Das optische Modul 40 enthält eine Kamera 42 und eine Strahlungsquelle 44, die anregende Strahlung 45 auf einen ausgewählten Bereich 46 eines hier nur schematisch dargestellten Patienten 48 lenkt. Die Kamera 42 kann die von dem ausgewählten Bereich 46 ausgehende Strahlung 47 aufnehmen und in (vorzugsweise digitale) Bilder umsetzen, die auf Datenträgern wie beispielsweise der Festplatte des Computersystems 10 aufgezeichnet bzw. gespeichert werden können. Für die Aufnahmen kann eine höhere Bilderrate als die derzeit üblichen Standards von 25 oder 30 fps gewählt werden, wenn eine bessere Zeitauflösung gewünscht ist. Wie bereits beschrieben, wird dem Patienten ein Chromophor als Bolus eingespritzt, das bei Bestrahlung mit der anregenden Strahlung 45 zu Fluoreszenzstrahlung angeregt wird, die von der Kamera 42 als die Strahlung 47 aufgenommen wird. Es ist nicht notwendig, Augen oder Körper vor besagter Strahlung zu schützen, wenn die Anwendung wie vorgesehen und beschrieben erfolgt.
  • Das Gleichspannungsnetzteil 32 befindet sich in einem Eingabe-/Ausgabemodul 31, in dem auch ein Eingabe-/Ausgabe (I/O)-Signalprozessor 34 vorgesehen ist, der als Schnittstellenteilsystem für die Kommunikation zwischen Computersystem 10 und optischem Modul 40 zuständig ist.
  • 2A und 2B veranschaulichen die hierarchische Baumstruktur der Organisation der Daten. Bevor die Vorrichtung zum ersten Mal benutzt wird, muss die Festplatte organisiert werden, d.h. eine Grundstruktur für die Daten muss angelegt werden. Diese Stammebene wird gemäß 2A als "Cine-Dat" (Ciné-Daten) bezeichnet. Dabei kann es sich entweder um eine Verzeichnis- oder Festplattenbezeichnung handeln, je nachdem, was für das verwendete Betriebssystem des Computersystems vorteilhaft ist. Ebenso werden auf der Stammebene "Cine-Dat" drei Unterverzeichnisse mit den Bezeichnungen "Patient-Dat" (Patientendaten), "Temp-ExArch" (Temporäre Daten aus dem Archiv), "Allg-Anw-Dat" (Allgemeine Anwendungsdaten) geschaffen, deren Funktionen nachstehend erläutert werden.
  • Nach dieser vorbereitenden Organisation der Datenstruktur wird die Vorrichtung in Betrieb genommen. Von diesem Zeitpunkt an erzeugt das Programm die restlichen Datenstrukturen und identifiziert ihre Elemente einzig über die Funktionen des Computerprogramms. Dies geschieht, wenn das Programm neue Daten, die vom Computersystem empfangen wurden, verarbeitet und speichert.
  • Eine komplette Datenstruktur wird – mit Ausnahme der Grundstruktur – zu Kopier- und Archivierungszwecken überdies auf beweglichen Speichermedien angelegt.
  • Das erste Unterverzeichnis auf der Stammebene, "Patient-Dat" (2B, 1), enthält alle Daten, die vom Benutzer eingegeben oder von der Vorrichtung erzeugt worden sind und zu einem Untersuchungsobjekt bzw. Patienten gehören. Alle zu einem bestimmten Untersuchungsobjekt gehörenden Daten werden als ein Patienten-Datensatz bezeichnet (2B, 2), der durch den Benutzer über die Eingabe eines Namens und einer Identifikationsnummer unverwechselbar definiert wird. Dieser Datensatz umfasst mindestens eine Serie von Aufzeichnungen (2B, 3), die jeweils mindestens eine, in der Regel mehrere "C-Flow-Datensätze" (2B, 4) umfassen, die wiederum die Videoaufnahmen (Beispiel „C-FIow-JJJJ_MM_TT-hh_mm.avi") und die dazugehörigen Kommentare (Beispiel „Kommentare.txt") umfassen. Im Unterverzeichnis "C-Quant" (2B, 5) werden alle sich auf jeweils eine ROI (2B, 6) beziehenden, aus der Blutflussanalyse resultierenden Daten (graphische und numerische Darstellung der Blutdurchflussrate, Beispiel "Graph-1.jpg", 2B, 7) abgelegt. Des weiteren werden in diesem Unterverzeichnis die Daten abgelegt, die die Position der ROI in einem Bild definieren (Beispiel „ROI-1.jpg", 2B, 7).
  • Das zweite Unterverzeichnis auf der Stammebene, "Temp-ExArch", wird benötigt, wenn der Benutzer Zugriff auf Daten wünscht, die vorher archiviert worden sind, d.h. sich nicht mehr auf der Festplatte befinden. Der Benutzer wird dann vom System aufgefordert, die entsprechende Bezeichnung/Nummer des Archivbereichs oder des beweglichen Speichermediums einzugeben. Die angeforderten Daten, (in Wirklichkeit ein Datensatz), werden vom Archivierungsmedium in das Unterverzeichnis "Temp-ExArch" kopiert. Da die Datenstruktur im Archiv beibehalten wurde, wird sie nun wiederhergestellt, allerdings unter dem genannten Unterverzeichnis. Der Benutzer kann nun mit diesen früher archivierten Daten arbeiten. Diese Daten, die zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Vergangenheit aufgezeichnet wurden, können nun auf die gleiche Art und Weise und mit der gleichen Präzision analysiert werden wie gerade aufgezeichnete Daten. Zum Beispiel können nun die Ergebnisse der Analyse der Blutdurchflussrate eines vorher nicht geprüften Blutgefäßabschnitts betrachtet, auf bewegliche Datenträger gespeichert bzw. kopiert und/oder ausgedruckt werden.
  • Da der eben erwähnte Gebrauch zur Analyse bzw. erneuten Analyse archivierter Daten nicht den Regelfall darstellt, ist der dem Bereich "Temp-ExArch" zugeordnete Speicherplatz begrenzter als der dem Bereich "Patient-Dat" zugeordnete Bereich. Die in "Temp-ExArch" gespeicherten Daten werden aufgrund des begrenzten Arbeitsspeichers in regelmäßigen Abständen vom Programm gelöscht bzw. auf andere Speichermedien übertragen: Die Daten, die zuerst eingegangen sind, werden zuerst gelöscht (so genanntes First-in-first-out (FIFO)-Verfahren). Der diesem Unterverzeichnis zugewiesene Speicherplatzanteil kann auf Wunsch des Benutzers von einer autorisierten Person mit Zugangsberechtigung zur Verwaltungsebene verändert werden.
  • Das dritte und letzte der drei Unterverzeichnisse auf der Stammebene, "Allg-Anw-Dat", enthält Daten, die nicht patienten- bzw. objektspezifisch, sondern allgemeiner Art sind, wie die Anzahl der Fälle (hier wird jede ununterbrochene Folge von Aufnahmen solange zu einem "Fall" gezählt, solange die Aufzeichnungsfunktion aktiviert ist und der Benutzer diese Menüfunktion nicht verlässt), Zugangsnamen und Passwörter, Fehlerprotokolle, die lokale Sprachauswahl für Text und graphische Benutzeroberfläche u.ä. Der klinische Benutzer hat keinen Zugang zu diesem Bereich der Datenstrukturen.
  • Die Grundelemente der bevorzugten Ausführungsform der graphischen Benutzeroberfläche 18 sind in den 36 gezeigt. Die graphische Benutzeroberfläche hat ihren besonderen Stellenwert dadurch, dass der Benutzer vorwiegend über sie die vorliegende Erfindung bedient. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle dieser Vorrichtung umfasst auch andere Komponenten. Zum Beispiel muss der Benutzer das Kameramodul positionieren, um den gewünschten Bereich (ROI) betrachten zu können. Er muss Schalter für den Netzanschluss und das anregende Strahlungsbündel betätigen und gelegentlich bewegliche Datenträger in den Computer einlegen. Im Wesentlichen erfolgen jedoch alle Interaktionen mit der Vorrichtung über die graphische Benutzeroberfläche. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die graphische Benutzeroberfläche erleichtert die praktikable Nutzung der Vorrichtung. Es muss betont werden, dass die Vorrichtung vor allem von Chirurgen in einem intraoperativen Umfeld genutzt werden soll. Zeit ist dabei ein kritischer Faktor, und es ist davon auszugehen, dass die Benutzer über keine speziellen Computerkenntnisse verfügen. Vor diesem Hintergrund und basierend auf den Hauptfunktionen der Erfindung wurde die graphische Benutzeroberfläche entwickelt.
  • Um die Vorrichtung im beschriebenen Umfeld betreiben zu können, wurde bei der Gestaltung der graphischen Benutzeroberfläche bewusst großer Wert darauf gelegt, dass die Handhabung der Vorrichtung intuitiv erfolgen kann. Dies soll ein Handbuch bei normalem Einsatz der Vorrichtung überflüssig machen und dazu beitragen, dass die Vorrichtung ohne großen Zeitaufwand eingesetzt werden kann. Der Benutzer ist sich unmittelbar darüber im Klaren, welche Funktionen ihm zur Verfügung stehen, Bedienungsfehler sind von vornherein so gut wie ausgeschlossen. Alle erwähnten Vorteile ermöglichen die effiziente Anwendung der Erfindung in der beschriebenen Umgebung.
  • Selbstverständlich kann statt der graphischen Benutzeroberfläche auch ein Spracheingabesystem vorgesehen sein, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung gesteuert werden kann. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das Spracheingabesystem zusätzlich zur graphischen Benutzeroberfläche vorgesehen ist, wodurch sich beispielsweise Zeitvorteile dadurch erzielen lassen, dass der Benutzer einzelne oder sogar alte Funktionen ohne Verwendung seiner Hände für z. B. eine Zeigevorrichtung, wie eine Maus, per Spracheingabe steuern und gleichzeitig die Ausführung seiner Steuereingaben optisch überwachen kann. Darüber hinaus ist es auf diese Weise beispielsweise einem Operateur möglich, die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Operation zu übernehmen, ohne seine Hände in Kontakt mit nicht-sterilen Vorrichtungen wie z. B. der Zeigevorrichtung zu bringen.
  • Vorstehend wurde die Anwendung der Erfindung bei der Bestimmung des Blutflusses durch einen ausgewählten Blutgefäßabschnitt beschrieben, was in der Regel während einer Operation erfolgt.
  • Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung – in der Regel ohne zusätzliche Vorrichtungen, aber mit Änderungen bei der Verwendung der vorgenannten Vorrichtungen und/oder beim Ablauf der Messung – auch dafür geeignet, die Qualität der Gesamtperfusion in einem ausgewählten Gewebebereich zu bestimmen.
  • Bei manchen medizinischen Behandlungsmethoden wie beispielsweise der Behandlung von Brandwunden oder der Nachuntersuchung nach Abschluss eines chirurgischen Eingriffs (d.h., dies erfordert nicht unbedingt einen invasiven Eingriff im betreffenden Gewebe) ist es von Vorteil, die Qualität der Perfusion in einem bestimmten Gewebebereich zu bestimmen. Es ist von noch größerem Wert, die relative Perfusionsrate in einem Gewebebereich in einem Behandlungsbereich, verglichen mit einem ähnlichen Bereich im gesunden Gewebe, zu kennen. Hinsichtlich der Perfusion im Gewebe ist die relative Perfusionsrate in der Regel ausschlaggebend für die Diagnose.
  • Die Vorgehensweise ist analog der Vorgehensweise bei der Bestimmung der Blutdurchflussrate: Ein Chromophor wird in den Blutkreislauf eingebracht, und eine Videoaufnahme wird von einem ausgewählten Gewebebereich gemacht. Die Aufnahmen können zur visuellen Beurteilung der Perfusion herangezogen werden – der Helligkeitswert der Aufnahmen entspricht der Perfusion. Die Rate, mit der die Helligkeit ansteigt, entspricht dem Ansteigen der Perfusion im ausgewählten Gewebebereich Die relative Perfusionsrate kann auf eine quantitative Weise wie folgt bestimmt werden: Der Benutzer markiert auf dem Bildschirm eine ROI, von der die Perfusionsrate bestimmt werden soll. Das Computerprogramm errechnet den Wert der gesamten Pixelhelligkeit für jedes Bild. Die Differenzen der Pixelhelligkeit in aufeinanderfolgenden Bildern entsprechen der relativen Veränderung der Perfusion pro Zeiteinheit in der ROI. Daher kann das Programm die zeitabhängige Perfusionsrate numerisch und graphisch darstellen. Diese graphische Darstellung stellt somit die relative Zeitrate der Perfusion in dem ausgewählten Gewebebereich dar Es ist festzuhalten, daß die unter Bezug auf einzelne Ausführungsformen beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise die graphische Benutzeroberfläche, die Vorrichtung für die Projektion der Maßeinteilung, Einzelheiten des Computersystems sowie das Sicherheitssystem, auch bei anderen Ausführungsformen vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet.

Claims (33)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung des Blutflusses durch einen ausgewählten Blutgefäßabschnitt, vorzugsweise in einem lebenden Organismus oder funktionierenden Organ, insbesondere zur qualitativen Beurteilung des Blutflusses sowie zur numerischen Bestimmung der Blutdurchflussrate, umfassend: eine Bestrahlungsvorrichtung (44) zur Bestrahlung eines den ausgewählten Blutgefäßabschnitt enthaltenden Bereichs (46) mit einem anregenden Strahlungsbündel (45), das zur Erzeugung von Sekundärstrahlung (47) in einem in den ausgewählten Blutgefäßabschnitt eingebrachten Chromophor geeignet ist, eine Bilderzeugungsvorrichtung (42) zur Aufnahme von Sekundärstrahlung (47), die von dem in den ausgewählten Blutgefäßabschnitt eingebrachten Chromophor erzeugt wurde, und zur Erzeugung und Aufzeichnung von die Sekundärstrahlung repräsentierenden, vorzugsweise digitalen, Bildern in vorbestimmten Zeitabständen, und eine Berechnungsanordnung (14) zur Berechnung der Blutdurchflussrate des Blutflusses durch den ausgewählten Blutgefäßabschnitt auf der Grundlage der scheinbaren Bewegung, von Bild zu Bild, der jeweils hellsten Gruppe von Pixeln innerhalb der Bilder sowie auf der Größe des ausgewählten Blutgefäßabschnitts.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsanordnung (14) umfasst: eine Größenermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Abmessungen des ausgewählten Blutgefäßabschnitts, eine Pixelgruppenermittlungseinrichtung zur Ermittlung derjenigen, in ihrer Form vorbestimmten und gegebenenfalls änderbaren, Gruppe von Pixeln in jedem Bild, die die größte mittlere Helligkeit aufweist, eine Variationsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Variation des Ortes der ermittelten Pixelgruppe von Bild zu Bild durch Vergleichen des Ortes jeder ermittelten Pixelgruppe mit ihrem Ort auf dem zeitlich vorhergehenden Bild und ihrem Ort auf dem zeitlich nachfolgenden Bild, eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit der Bewegung der ermittelten Pixelgruppe aus der ermittelten Variation des Ortes und den vorbestimmten Zeitabständen, und eine Ratenermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Blutdurchflussrate des Blutflusses durch den ausgewählten Blutgefäßabschnitt auf der Basis der ermittelten Geschwindigkeit und der ermittelten Abmessungen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsanordnung (14) eine Mittelpunktsermittlungseinrichtung zur Ermittlung des Mittelpunkts der hellsten Gruppe von Pixeln, der diese Pixelgruppe repräsentiert, umfasst.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsvorrichtung (44) ein optisches Bauteil enthält, das in das anregende Strahlenbündel einführbar ist und mit dem ein Raster mit vorbestimmter Maßeinteilung auf die Oberfläche des ausgewählten Blutgefäßabschnitts bzw. des Bereichs (46) projizierbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsvorrichtung (44) eine lenkbare Lichtquelle, vorzugsweise einen Laser, zum Aussenden eines kollimierten Strahlenbündels und zur Projektion einer vorbestimmten Maßeinteilung auf die Oberfläche des ausgewählten Blutgefäßabschnitts bzw. des Bereichs (46) umfasst, wobei die von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung in einem Wellenlängenbereich liegt, der von der Bilderzeugungsvorrichtung (42) aufgezeichnet werden kann.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungsvorrichtung (42) eine Kamera umfasst, die einen digitalen elektronischen oder einen analogen Ausgang aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein eine Datenbank enthaltendes Computersystem (10) zum Empfangen der von der Bilderzeugungsvorrichtung (42) erzeugten Bilder und zum Ablegen der Bilder an definierten Speicherplätzen in der Datenbank umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (10) Datenstrukturen zum Zuweisen der Bilder, von den Bildern zugeordneten Textdateien und der jeweiligen Blutdurchflussrate zu definierten Speicherplätzen umfasst.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (10) ein Gerät zum Kopieren der Datenstrukturen auf beschreibbare Speichermedien wie beispielsweise DVDs und CDs (21) umfasst.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computersystem (10) mit einer graphischen Benutzeroberfläche (18), insbesondere zum Steuern der Vorrichtung, zum Anzeigen medizinischer Daten und zum Anzeigen des Betriebszustands der Vorrichtung, umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (10) ein Sicherheitssystem für ein auf dem Computersystem (10) lauffähiges Computerprogramm umfasst, wodurch Benutzern Benutzernamen zugeteilt werden, die, unterteilt in bestimmte Gruppen, auf hierarchischen Ebenen den Zugang für die verschiedenen Funktionen des Computerprogramms regeln.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computerprogramm umfasst, das über die graphische Benutzeroberfläche (18) mindestens eine der folgenden Funktionen der Datenverarbeitung automatisiert: Aufzeichnen der von der Bilderzeugungsvorrichtung (42) erzeugten Bilder; Auswählen bestimmter Zeitabschnitte aus diesen Aufzeichnungen; Analysieren dieser Aufzeichnungen, um die Blutdurchflussrate des Blutflusses durch das ausgewählte Blutgefäß zu ermitteln; Abspeichern ausgewählter Abschnitte der Aufzeichnungen auf einem Datenträger (21), gegebenenfalls zusammen mit dazugehörigen erklärenden Textdateien und abgeleiteten analytischen Daten; Laden gespeicherter Daten; Kopieren und Archivieren von Daten nach Maßgabe vorbestimmter Datenstrukturen; Löschen und Wiederherstellen von ausgewählten Daten nach Maßgabe der vorbestimmten Datenstrukturen und gemäß dem Sicherheitssystem.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computersystem (10) mit einem Computerprogramm umfasst, das Algorithmen und Programmfunktionen umfasst, mit denen eine automatisierte Analyse der Bilder durchgeführt und so die Blutdurchflussrate des Blutflusses durch den ausgewählten Blutgefäßabschnitt ermittelt und graphisch in einem zweidimensionalen Koordinatensystem darstellt wird, wobei vorzugsweise die Zeit auf der horizontalen und das Volumen pro Zeiteinheit auf der vertikalen Achse dargestellt wird.
  14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Berechnen der Blutdurchflussrate zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere anhand der Aufzeichnungen, die sich unmittelbar nach der Aufzeichnung in einem Arbeitsspeicher des Computersystems (10) befinden, oder anhand der Aufzeichnungen, die zu einem späteren Zeitpunkt von dem Datenträger (21) geladen worden sind, vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Computerprogramm eine Zählfunktion integriert ist, die jede ununterbrochene Folge von Aufnahmen als einen "Fall" zählt, solange die Aufzeichnungsfunktion für ein bestimmtes Objekt aktiviert ist und der Benutzer diese Menüfunktion nicht verlässt; und die Anzahl der Fälle nach dem Datum der Aufzeichnung gespeichert und nach Jahr und Quartal bzw. Monat aufgelistet wird.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm dem Benutzer bei auftretenden Störungen die Durchführung eines Systemtests ermöglicht und ein Fehlerprotokoll erstellt und dieses sowie die Anzahl der durchgeführten Fälle anzeigt.
  17. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 für ein Verfahren zur Bestimmung des Blutflusses durch einen ausgewählten Blutgefäßabschnitt, vorzugsweise in einem lebenden Organismus oder funktionierenden Organ, insbesondere zur qualitativen Beurteilung des Blutflusses sowie zur numerischen Bestimmung der Blutdurchflussrate.
  18. Vorrichtung zur Bestimmung der Perfusion in einem ausgewählten Gewebebereich (46), vorzugsweise in einem lebenden Organismus oder funktionierenden Organ, insbesondere zur qualitativen Beurteilung der Perfusion sowie zur numerischen Bestimmung der relativen Perfusionsrate, umfassend: eine Bestrahlungsvorrichtung (44) zur Bestrahlung zumindest des ausgewählten Gewebebereichs (46) mit einem anregenden Strahlungsbündel (45), das zur Erzeugung von Sekundärstrahlung (47) in einem in den ausgewählten Gewebebereich eingebrachten Chromophor geeignet ist, eine Bilderzeugungsvorrichtung (42) zur Aufnahme von Sekundärstrahlung (47), die von dem in den ausgewählten Gewebebereich (46) eingebrachten Chromophor erzeugt wurde, und zur Erzeugung und Aufzeichnung von die Sekundärstrahlung repräsentierenden, vorzugsweise digitalen, Bildern in vorbestimmten Zeitabständen, und eine Berechnungsanordnung (14) zur Berechnung der relativen Perfusionsrate im ausgewählten Gewebebereich (46) auf der Grundlage der Gesamtpixelhelligkeit im gesamten ausgewählten Gewebebereich (46).
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Addieren und Speichern jeweils der Helligkeitswerte aller Pixel eines Bildes für alle Bilder des ausgewählten Gewebebereichs (46) und zur graphischen Darstellung der Differenzen zwischen diesen Werten vorgesehen ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsvorrichtung (44) ein optisches Bauteil enthält, das in das anregende Strahlenbündel einführbar ist und mit dem ein Raster mit vorbestimmter Maßeinteilung auf die Oberfläche des ausgewählten Gewebebereichs (46) projizierbar ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsvorrichtung (44) eine lenkbare Lichtquelle, vorzugsweise einen Laser, zum Aussenden eines kollimierten Strahlenbündels und zur Projektion einer vorbestimmten Maßeinteilung auf die Oberfläche des ausgewählten Blutgefäßabschnitts bzw. des Bereichs (46) umfasst, wobei die von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung in einem Wellenlängenbereich liegt, der von der Bilderzeugungsvorrichtung (42) aufgezeichnet werden kann.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungsvorrichtung (42) eine Kamera umfasst, die einen digitalen elektronischen oder einen analogen Ausgang aufweist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein eine Datenbank enthaltendes Computersystem (10) zum Empfangen der von der Bilderzeugungsvorrichtung (42) erzeugten Bilder und zum Ablegen der Bilder an definierten Speicherplätzen in der Datenbank umfasst.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (10) Datenstrukturen zum Zuweisen der Bilder, von den Bildern zugeordneten Textdateien und der jeweiligen Perfusionsrate zu definierten Speicherplätzen umfasst.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (10) ein Gerät zum Kopieren der Datenstrukturen auf beschreibbare Speichermedien wie beispielsweise DVDs und CDs (21) umfasst.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computersystem (10) mit einer graphischen Benutzeroberfläche (18), insbesondere zum Steuern der Vorrichtung, zum Anzeigen medizinischer Daten und zum Anzeigen des Betriebszustands der Vorrichtung, umfasst.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (10) ein Sicherheitssystem für ein auf dem Computersystem (10) lauffähiges Computerprogramm umfasst, wodurch Benutzern Benutzernamen zugeteilt werden, die, unterteilt in bestimmte Gruppen, auf hierarchischen Ebenen den Zugang für die verschiedenen Funktionen des Computerprogramms regeln.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computerprogramm umfasst, das über die graphische Benutzeroberfläche (18) mindestens eine der folgenden Funktionen der Datenverarbeitung automatisiert: Aufzeichnen der von der Bilderzeugungsvorrichtung (42) erzeugten Bilder; Auswählen bestimmter Zeitabschnitte aus diesen Aufzeichnungen; Analysieren dieser Aufzeichnungen, um die relative Perfusionsrate im ausgewählten Gewebebereich zu ermitteln; Abspeichern ausgewählter Abschnitte der Aufzeichnungen auf einem Datenträger (21), gegebenenfalls zusammen mit dazugehöngen erklärenden Textdateien und abgeleiteten analytischen Daten; Laden gespeicherter Daten; Kopieren und Archivieren von Daten nach Maßgabe vorbestimmter Datenstrukturen; Löschen und Wiederherstellen von ausgewählten Daten nach Maßgabe der vorbestimmten Datenstrukturen und gemäß dem Sicherheitssystem.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Computersystem (10) mit einem Computerprogramm umfasst, das Algorithmen und Programmfunktionen umfasst, mit denen eine automatisierte Analyse der Bilder durchgeführt und so die relative Perfusionsrate im ausgewählten Gewebebereich ermittelt und als Zahlenwert sowie graphisch in einem zweidimensionalen Koordinatensystem darstellt wird, wobei vorzugsweise die Zeit auf der horizontalen und die relative Perfusion auf der vertikalen Achse dargestellt wird.
  30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Berechnen der relativen Perfusionsrate im ausgewählten Gewebebereich zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere anhand der Aufzeichnungen, die sich unmittelbar nach der Aufzeichnung in einem Arbeitsspeicher des Computersystems (10) befinden, oder anhand der Aufzeichnungen, die zu einem späteren Zeitpunkt von dem Datenträger (21) geladen worden sind, vorgesehen ist.
  31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Computerprogramm eine Zählfunktion integriert ist, die jede ununterbrochene Folge von Aufnahmen als einen "Fall" zählt, solange die Aufzeichnungsfunktion für ein bestimmtes Objekt aktiviert ist und der Benutzer diese Menüfunktion nicht verlässt; und die Anzahl der Fälle nach dem Datum der Aufzeichnung gespeichert und nach Jahr und Quartal bzw. Monat aufgelistet wird.
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm dem Benutzer bei auftretenden Störungen die Durchführung eines Systemtests ermöglicht und ein Fehlerprotokoll erstellt und dieses sowie die Anzahl der durchgeführten Fälle anzeigt.
  33. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 32 für ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Perfusionsrate im ausgewählten Gewebebereich (46), vorzugsweise in einem lebenden Organismus oder funktionierenden Organ, insbesondere zur qualitativen Beurteilung der Perfusion sowie zur numerischen Bestimmung der relativen Pertusionsrate.
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