DE3024169C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Photokoagulators für biologisches Gewebe - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Photokoagulators für biologisches Gewebe

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Photokoagulators für biologisches Gewebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Solche Verfahren sind bekannt, vgl. Bericht über die 74. Zusammenkunft der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft. Seiten 422-427. J. F. Bergmann-Verlag, München, 1977 (Dr. Birngraber, Prof." Gabel, Prof. Hülenkamp). Die bekannten Vorrichtungen bestehen danach aus einer Strahlungsquelle, z. B. einem Laser, deren Strahlung auf die zu behandelnde Gewebestelle konzentriert wird und dort eine Veränderung des Gewebes, insbesx-ndere eine Koagulation, hervorruft Bei der Koagulation entsteht eine farbliche Veränderung, insbesondere eine Weißfärbung, wobei der Grad der Farbänderung ein Maß für den therapeutischen Effekt ist. Zur Messung der Weißfärbung wird von einem zweiten, zeitlich konstanten Strahler ausgehendes Licht auf den Koagulationsort geleitet und nur das dort remittierte Licht des zweiten Strahlers einem Gerät zur Messung der Leuchtdichte zugeführt. Ein nachgeschalteter Oszillograph registriert die Änderung der Weißfärbung.
Bei der Durchführung einer Koagulation ist folgendes zu beachten. Für jede Koagulation müssen die Koagulationsparameter vorgegeben sein.
Diese Parameter sind im wesentlichen die Expositionszeit, die Strahlungsleistung, die Wellenlänge der Strahlung, sowie die Größe des zu bestrahlenden Areals. Die Gewebeeigenschaften können sich von einem zum anderen zu bestrahlenden Areal ändern. Dementsprechend müssen die Expositionsparameter angepaßt werden, um gleichartige Effekte zu erzielen.
Aus Goldman/Rockwell, »Lasers in Medicine«, 1971, Seiten 169-174, ist bekannt, die Lichtreflexion am Gewebe nur zur Bestimmung der spektralen Lichtabsorption im Gewebe zu benutzen.
Aus der DE-OS 28 29 516 ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Strahlungsquelle für die Auslösung der Koagulation aufweist und ein Gerät zur Messung des zeitlichen Verlaufs der an der Koagulationsstelle herrschenden, durch die Strahlungsquelle hervorgerufenen Leuchtdichte.
Unter Beachtung dieses Umstandes weist der Stand der Technik mehrere prinzipielle und praktische Nachteile auf.
1. Es wird nur der bereits abgelaufene Koagulationsvorgang beurteilt; ein Eingriff in den laufenden Prozeß bzw. ein vorzeitiges Abschalten der Exposition bei ungeeigneten Bestrahlungsparametern ist nicht vorgesehen. Ohne einen solchen korrigierenden Eingriff können zu starke oder zu
schwache Läsionen entstehen.
2. Die stark unterschiedlichen und in vivo nicht meßbarer, Gewebseigenschaften machen die Definition »optimaler Koagulationsparameter« vor der Koagulation unmöglich; für gleichartige Effekte müssen die unterschiedlichen Gewebseigenschaften bei der Wahl der Koagulationsparameter jedoch berücksichtigt werden.
3. Die unterschiedlichen Gewebseigenschaften bedingen sogar beispielsweise innerhalb eines Auges für jede einzelne Koagulation spezielle Koagulationsparameter, die für jeden Einzelfall zuvor experimentell ermittelt werden müßten. Bei der im allgemeinen hohen Anzahl von Einzelexpositionen während einer Behandlung (typisch sind über einhundert) ist dies praktisch unmöglich. Dies führt dazu, daß im allgemeinen zu intensiv koaguliert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Möglichkeit zu schaffen, die eine präzise, den jeweiligen Verhältnissen angepaßte Koagulation gewährleistet.
Ein Verfahren zur Lösung dieser AufgaDe ist in Anspruch 1 angegeben. Weitere Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in Ansprüche 2—10 beschrieben. Anspruch 11 betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sämtlichen Lösungen ist der Grundgedanke gemeinsam, die während der Koagulation gewonnenen Meßwerte zur Steuerung des weiteren va Koagulationsablaufs zu verwerten.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Dabei zeigt
Fig. la die schematische Darstellung des Verlaufs der gemessenen, remittierten Strahlung R in Abhängigkeit von der Zeit /,
F i g. Ib das zugehörige Diagramm der Leistung />der koagulierenden Strahlung in Abhängigkeit von der Zeit t,
Fig.2 die graphische Darstellung der aufgrund von Messungen gefundenen Beziehung zwischen der Steilheit 5* in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit ΔίΛ,
Fig.3 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Darstellung in Fig. la zeigt bei konstanter, über die Zeit Γ eingestrahlter Leistung Po einen annähernd waagerechten Verlauf der gemessenen Strahlung /?= Ra über eine Zeit AtA- Danach folgt bis zur n-fachen Verzögerungszeit ein annähernd linearer Anstieg mit der Steigung S=S* und danach ein Anstieg mit einer ϊ< > geringeren Steigung aS*. Die Faktoren η und a sind experimentell zu ermitteln: sie hängen von der Größe des bestrahlten Areals ab, sind aber in weiten Grenzen von der eingestrahlten Leistung unabhängig. Schließlich geht der Rernissionswert R in einen Sältigungswert /?£ 5i über. Der Übergang in den Wert R£ folgt mit einer Verzögerungszeit Δ tr nach Abschalten der die Koagulation bewirkenden Strahlung Po.
Nun hat sich gezeigt, und dies ist eine neue Erkenntnis, daß der Wert At4 eine feste Beziehung zu der Steilheit 5* und aS* und auch zu Re hat, so daß es genügt, Δ(α zu ermitteln, um danach im wesentlichen schon den weiteren Verlauf der Kurve R=f(t) vorhersagen zu können. In Fig. 2 ist die Beziehung
35
40
45 S*=f(AtA)dargestellt, wobei sich ein hyperbelähnlicher Verlauf ergibt, d.h. daß das Produkt AtAxS* etwa konstant ist. Es genügt also, Δ Ia zu ermitteln, um danach sofort erkennen zu können, ob der zu erwartende Wer. Re richtig oder unbrauchbar, d. h. zu niedrig oder zu hoch sein wird. Man kann daher den Verlauf der Koagulation, während diese noch im Entstehen ist, beeinflussen, d. h. die Expositionsparameter verändern, insbesondere verringern, ganz abschalten und/oder repetierend koagulieren.
Nach F i g. 1 ergibt sich für die Expositionszeit T folgende Beziehung:
AR aS
(1 +η)-At la
n -At.
Damit steht schon kurz nach Beginn der Exposition (zum Zeitpunkt —-—- At) die benötigte Expositionszeit T fest. Ist T> Tm3X und/oder E> En^x, wobei E die eingestrahlte Energie und Tmlx und Em1x die zulässigen Höchstwerte bedeuten, wird die . xposition sofort automatisch beendet, und es entstein ein geringer Schaden im bestrahlten Areal. Durch sukzessive Erhöhung der Leistung und wiederholte Exposition (dies kann auch automatisch erfolgen) wird die gewünschte Koagulation mit den vorgegebenen Parametern erreicht
Die Ermittlung der Zeit AtA erfolgt durch das Glied 6 zur Messung der Verzögerungszeit (F i g. 3). Es ist aber auch möglich,den Grad der Koagulation anstatt aus AtA aus der Steilheit S der Kurve R = f(t) oder aus dem Verhältnis eines momentanen Remissionswertes R zu dem Anfangswert Ra zu ermitteln und damit die Expositionsparameter zu steuern. Das Verhältnis R/Ra ist der Leuchtdichtequotient. Zur Messung der Steilheit S dient das DifferenziergHed 3, während das erwähnte Verhältnis der Remissionswerte mit Hilfe des Quotientengliedes 4 gebildet wird, das eine Speicherschaltung zum Festhalten des Anfangswertes Ra besitzt. Unter Umständen genügt es auch, die Steuerung der Expositionsparameter mit Hilfe eines zu einem wählbaren Zeitpunkt mit Hilfe eines Abtast- und Haltverstärkers, Sample/Hold-Glied 5, gemessenen absoluten Remissionswertes R vorzunehmen.
Von den in F i g. 3 dargestellten Gliedern 3,4, 5, 6,9, 10 kann nicht nur jedes für sich angeordnet sein, es können auch zwei oder mehrere parallel geschaltet vorgesehen sein. In diesem Fall bedarf es einer Logikschaltung 7 zur logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der einzelnen verwendeten Glieder zwecks Gewinnung eines von sämtlichen Ausgangssignalen abhängigen Steuersignals.
Im Unterschied zum Stand der Technik ist auch vo'ge.i-ien (Anspruch 9). ggf. die Messung der Leuchtdichte in einer beliebigen Richtung zur einfallenden Meßstrahlung vorzunehmen, so daß es ntoht nur zur Erfassung der Remission unter verschiedenen Winkeln, sondern auch zur Messung der durch das behandelte Gewebe transmittierten Strahlung eingesetzt werden kann. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von flexiblen Lichtleitern erfolgen,
Durch die im Anspruch 10 angegebene Maßnahme erübrigt sich eine zweite Strahlungsquelle.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Betreiben eines Photokoagulators für biologisches Gewebe, insbesondere am Augenhintergrund, mit einer Strahlungsquelle für die Auslösung der Koagulatoren, sowie einem Gerät (1) zur Messung des zeitlichen Verlaufs der an der Koagulationsstelle herrschenden, durch die Strahlungsquelle für die Auslösung der Koagulation oder eine Hilfsstrahlungsquelle hervorgerufenen Leuchtdichte, dadurch gekennzeichnet, daß Informationen aus dem zeitlichen Verlauf der Leuchtdichte abgeleitet und einem Regelglied (8) zugeführt werden, wodurch die Expositionsparameter wäh- |5 rend der Exposition geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit (AtA) der Leuchtdichteänderung gemessen und dem Regelglied (8) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des zeitlichen Verlaufs der Leuchtdichte bestimmt und dem Regelglied (8) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Ansprach I, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtdichtequotient (R/Ra) aus dem Momentanwert (R) und dem Anfangswert (RA) der Leuchtdichte bestimmt und dem Regelglied (8) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdichte (R) zu einem vorgegebenen oder durch die Leuchtdichte (R) selbst geregelten Zeitpunkt gespeichert und dem Regelglied (8) zugeführt wir.,.
6. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz f. minus Ra) aus dem Momentanwert (R) und dem Anfangswert (Ra) der Leuchtdichte gemessen und dem Regelglied (8) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener Wert als Grenzwert der Leuchtdichte, (R) der nicht unter- oder überschritten werden darf, dem Regelglied (8) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Merkmale der Ansprüche 2 bis 7 kombiniert angewendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Leuchtdichte in einer beliebigen Richtung zur einfallenden Meßstrahlung erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Koagulationslichtquelle gleichzeitig zur Messung des zeitlichen Verlaufs der Leuchtdichte benützt wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 oder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die aus einem Gerät (1) zur Messung der Leuchtdichte besteht, dem erste bis sechste eo Einrichtungen (3, 4, 5, 6, 9, 10) in paralleler Anordnung nachgeschaltet sind, die mit einer Logikschaltung (7) verbunden sind, die mit dem Regelglied (8) verbunden ist, wobei
die erste Einrichtung (3) die Steigung des zeitlichen Verlaufs der Leuchtdichte ermittelt (Anspruch 3),
die zweite Einrichtung (4) den Quotienten aus dem Momentanwert und dem Anfangswert der Leuchtdichte ermittelt (Anspruch 4).
die dritte Einrichtung (5) die Leuchtdichte zu einem vorgegebenen oder durch die Leuchtdichte selbst geregelten Zeitpunkt speichert (Ansprach 5),
die vierte Einrichtung (6) die Verzögerungszeit der Leuchtdichteänderung ermittelt (Ansprach 2),
die fünfte Einrichtung (9) die Differenz aus dem Momentanwert und dem Anfangswert der Leuchtdichte ermittelt (Ansprach 6),
die sechste Einrichtung (10) einen vorgegebenen Wert der Leuchtdichte speichert (Ansprach 7).
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