DE3528954A1 - Device for optimising fluoroscence angiography - Google Patents
Device for optimising fluoroscence angiographyInfo
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Abstract
Description
Anordnung zur Optimierung der FluoreszenzangiografieArrangement for optimizing the fluorescence angiography
Die Anwendung der Erfindung erfolgt in technischen Vorrichtungen zur Aufzeichnung von Fluoreszenzintensitätsverteilungen, insbesondere in Netzhautkameras und Spaltlampen zur fotoelektrischen, fotografischen, kinematografischen und fernsehtechnischen Aufzeichnung der Passage eines Fluoreszenzfarbstoffes.The application of the invention takes place in technical devices for Recording of fluorescence intensity distributions, in particular in retinal cameras and slit lamps for photoelectric, photographic, cinematographic and television technology Recording of the passage of a fluorescent dye.
Zur Fluoreszenzangiografie wird bekannterweise eine Erreger-Sperrfilterkombination eingesetzt. Das Erregerfilter befindet sich im Beleuchtungsstrahlengang und liefert im Zusammenwirken mit der Lichtquelle die Erregerstrahlung für den eingesetzten Fluoreszenzindikator. Die Aufgabe des Sperrfilters besteht darin, die Fluoreszenzstrahlung der Aufzeichnung zuzuleiten und die Erregerstrahlung zu sperren.For fluorescence angiography, a combination of excitation and blocking filters is known to be used used. The excitation filter is located in the illumination beam path and delivers in interaction with the light source the excitation radiation for the used Fluorescent indicator. The job of the notch filter is to block the fluorescence radiation to forward the recording and to block the excitation radiation.
Als Erregerfilter werden gewöhnlich Interferenzfilter eingesetzt, während als Sperrfilter sowohl Interferenz- als auch Farbglaskantenfilter verwendet werden. Der gegenwärtige technische Stand ist weiter gekennzeichnet durch eine starke zufällige Komponente der Bildqualität. Diese äußert sich (selbst bei erfahrenen Fotografen) einerseits in kontrastarmen Aufnahmen und andererseits in übertriebenen kontrastreichen Aufnahmen, die mit Verlust an Detailwiedergabe und insbesondere an Verlust der Wiedergabe geringer Fluoreszeinkonzentrationswerte verbunden ist. Damit gehen wichtige Informationen für den Arzt verloren und führen unter Umständen zu Mehl in t erpretationen.Interference filters are usually used as excitation filters, while both interference and colored glass edge filters are used as blocking filters will. The current state of technology is further characterized by a strong one random component of image quality. This manifests itself (even with experienced Photographers) on the one hand in low-contrast images and on the other hand in exaggerated ones high-contrast images, those with loss of detail and particularly associated with loss of reproduction of low fluorescein concentration values is. This means that important information for the doctor is lost and may lead to it to flour in interpretations.
Weiterhin werden Angiogramme in zunehmendem Maße für meßtechnische Zwecke ausgewertet. Hierbei stört die stark unterschiedliche Bildqualität und insbesondere die häufig auftretende lokale Überbelichtung erheblich und macht derartige Anwendungen teilweise sogar unsinnig.Furthermore, angiograms are increasingly used for metrological purposes Purposes evaluated. The greatly differing image quality and in particular bothers here the frequently occurring local overexposure considerably and makes such applications sometimes even nonsensical.
Die Ursachen der Mängel der bekannten technischen Lösungen sind einerseits die hohe Empfindlichkeit der nutzbaren Fluoreszenzstrahlung gegen geringfügige fertigungsbedingte Streuungen der Kantenlage der Filter. Das erklärt die Unterschiede zwischen den einzelnen Geräten. Andererseits bewirkt die Dunkelschwelle des Aufzeichnungsträgers insbesondere des fotoelektrischen Materials in Verbindung mit den individuell vom Patientenauge abhängigen stark unterschiedlichen Fluoreszeinkonzentrationswerten, sowie streuenden Eigenschaften der optischen Medien des Auges und des Fundus selbst bei erfahrenen Fotografen eine erhebliche zufällige Komponente der Bildqualität.The causes of the shortcomings in the known technical solutions are on the one hand the high sensitivity of the usable fluorescence radiation to minor production-related ones Scattering of the edge position of the filters. That explains the differences between the individual devices. On the other hand, the dark threshold of the recording medium causes in particular the photoelectric material in connection with the individually from Highly different fluorescein concentration values depending on the patient's eye, as well as scattering properties of the optical media of the eye and the fundus itself a significant random component of image quality for experienced photographers.
Die gegenwärtig übliche Vorgabe der Erreger-Sperrfilterkom bination ermöglicht nur eine begrenzte individuelle Optimierung mittels Steuerung der Bildhelligkeit oder Wahl der Filmempfindlichkeit bzw. der Blenden zur Aufzeichnung0 Die Aufgabe der Erfindung soll eine freie individuelle Wahl des für die jeweilige Anwendung optimalen Verhältnisses von Kontrast, lokaler Aussteuerung des Aufzeichnungsträgers und Detailwiedergabe insbesondere der geringen Fluoreszeinkonzentrationen ermöglichen.The current standard specification of the exciter blocking filter combination allows only a limited individual optimization by controlling the image brightness or choice of film speed or aperture for recording0 The task the invention is intended to be a free individual choice for the respective application optimal ratio of contrast, local control of the recording medium and enable detail reproduction, especially of the low fluorescein concentrations.
Erfindungsgemäß wird die Lage der Filterkanten individuell wählbar gestaltet, so daß sie den jeweiligen Randbedingungen optimal angepaßt werden kann. Dazu werden Sperrfilter und Erregerfilter als Interferenzfilter ausgeführt und kippbar im Strahlengang angeordnet. Für geringere Anforderungen an die Bildqualität genügt bereits die freie Beweglichkeit einer der beiden Filter, womit das Sperrfilter durchaus als Farbglas-Kantenfilter ausgeführt werden kann.According to the invention, the position of the filter edges can be selected individually designed so that it can be optimally adapted to the respective boundary conditions. For this purpose, the blocking filter and the excitation filter are designed as interference filters and can be tilted arranged in the beam path. Sufficient for lower image quality requirements already the free mobility of one of the two filters, which means the blocking filter can be designed as a colored glass edge filter.
Der erfindungsgemäß erzielte Effekt besteht im folgenden: Durch die Kippung der Interferenzfilter ist man in der Lage, das Spektrum von Erreger- und Sperrfilter in Richtung kürzerer Wellenlängen zu verschieben. Bei einer Kippung der beiden Filter um den gleichen Winkelbetrag kann zunächst eine wirkungsvolle Anpassung der Filterkombination an das Absorptions- und Erregerspektrum des Indikators erfolgen, die bei symmetrischer Lage der Filter zur Schnittwellenlänge zwischen Absorptions- und Fluoreszenzspektrum des Indikators liegt.The effect achieved according to the invention consists in the following: By the Tilting the interference filter one is able to the spectrum of excitation and To shift notch filters in the direction of shorter wavelengths. In the event of a tilt The two filters at the same angular amount can initially be an effective one Adaptation of the filter combination to the absorption and excitation spectrum of the indicator take place that with a symmetrical position of the filter to the cut wavelength between Absorption and fluorescence spectrum of the indicator lies.
Es ist bekannt, daß sich die Fluoreszenzspektren des in der Augenheilkunde üblichen Fluoreszein-Na im Blut von Fluoreszein-Na in wässriger Lösung unterscheiden. Das Fluoreszenzspektrum im Blut ist zu höheren Wellenlängen hin verschoben. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die Filterkombination der Anwendung durch entsprechende Filterkippung angepaßt werden. So kann beispielsweise für Fluoreszenzuntersuchungen im Kammerwasser und in Blutgefäßen trotz unterschiedlicher Absorptionsmaxima dieselbe Filterkombination optimal eingesetzt werden.It is known that the fluorescence spectra of the in ophthalmology Usual fluorescein-Na in the blood can be distinguished from fluorescein-Na in aqueous solution. The fluorescence spectrum in the blood is shifted towards higher wavelengths. By the solution according to the invention can match the filter combination of the application Filter tilt can be adjusted. For example, it can be used for fluorescence examinations the same in aqueous humor and in blood vessels despite different absorption maxima Filter combination can be used optimally.
Ein weitaus bedeutenderer Effekt der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der durch Kippung der Interferenzfilter möglichen freien Wahl der Überdeckung von Sperr- und Erregerfilter.There is a far more significant effect of the solution according to the invention in the free choice of coverage, which is possible by tilting the interference filter of blocking and excitation filters.
Beide Filterspektren können so gegenläufig verschoben werden, daß der Schnittpunkt der langwelligen Kante des einen Filters mit der kurzwelligen Kante des anderen auf der Schnittwellenlänge der Fluoreszenzspektren beliebig verschoben werden kann.Both filter spectra can be shifted in opposite directions so that the intersection of the long-wave edge of one filter with the short-wave edge of the other shifted arbitrarily on the cut wavelength of the fluorescence spectra can be.
Mit dieser wählbaren Stärke der Überdeckung beider Filterspektren kann der noch für die Aufzeichnung wirksame Teil der Erregerstrahlungsleistung bzw. -bestrahlung festgelegt werden.With this selectable strength of the overlap of both filter spectra the part of the excitation radiation power or radiation that is still effective for the recording irradiation can be specified.
Diese Einstellung kann nun so gewählt werden, daß das Maximum dieses Teils der Erregerstrahlung gleich dem Wert der Dunkelschwelle des Aufzeichnungsmittels ist, so daß einerseits maximaler Kontrast zwischen Fluoreszenzlicht und Erregerlicht, aber andererseits auch die Aufzeichnung kleinster Fluoreszenzintensitäten garantiert ist. Die Leistungsfähigkeit dieser Anordnung wird deutlich, wenn man bei starken streuenden Medien arbeiten will. Nunmehr ist man in der Lage, das störende Streulicht, welches hauptsächlich von dem in den optischen Medien rückgestreuten Erregerlicht kommt, durch entsprechend eingestellte hohe Sperrfähigkeit der Filterkombination unschädlich zu machen. In ähnlicher Weise kann auch ein stark reflektierender bzw. rückstreuender Fundus berücksichtigt werden. Andererseits kann im Bedarfsfall bei Verzicht auf hohen Kontrast die Fundusstruktur im Erregerlicht zusätzlich zum Farbstoffdurchlauf dokumentiert werden. Auch ein maximaler Kontrast mit lokaler Übersteuerung der Aufzeichnung und Beseitigung schwacher Fluoreszeinkonzentrationen ist z. B. für die Anwendung der Äquidensitentechnik möglich. Hierbei wird wiederum eine hohe Sperrwirkung erzielt, so daß kleine Fluoreszenzintensitäten unter der Dunkelschwelle verschwinden, Die Verstellung der Filter kann manuell erfolgen oder durch Meßwerte gesteuert werden. Dazu wird erfindungsgemäß die Bestrahlungsstärke in der Pilterebene mit einem auf das Erregerstrahlungsspektrum abgestimmten fotoelektrischen Empfänger in Abbildungsrichtung vor und hinter dem Sperrfilter gemessen. Der Wert vor dem Sperrfilter wird zur Einstellung der Bestrahlung des Fundus (Blitzstufe) benutzt, während der hintere Wert zur Einstellung der Filterüberdeckung verwendet wird unter Berücksichtigung der eingestellten Bestrahlung (Blitzstufe), der Dunkel schwelle des Films und der Blendeneinstellung. Während des Auf zeichnungs vorganges wird erfindungsgemäß durch einen weiteren Empfänger hinter dem Sperrfilter zusätzlich die Fluoreszenzstrahlung gemessen. Dieser Wert kann während der Aufzeichnung zur Korrektur der Bestrahlung des Fundus benutzt werden.This setting can now be selected so that the maximum this Part of the excitation radiation is equal to the value of the dark threshold of the recording medium is so that on the one hand maximum contrast between fluorescent light and excitation light, but on the other hand also the recording of the smallest fluorescence intensities is guaranteed. The power of this arrangement becomes clear when one wants to work with strong scattering media. Now you are able to deal with the disturbing Scattered light, which is mainly from that backscattered in the optical media Excitation light comes through the appropriately set high blocking ability of the filter combination to render harmless. In a similar way, a highly reflective or backscattering fundus are taken into account. On the other hand, if necessary, with Foregoing high contrast, the fundus structure in the excitatory light in addition to the dye flow be documented. Also maximum contrast with local overmodulation of the recording and elimination of weak fluorescein concentrations is e.g. B. for the application the equidensite technology possible. Here, in turn, a high locking effect is achieved, so that small fluorescence intensities disappear below the dark threshold, The The filters can be adjusted manually or controlled by measured values. For this purpose, according to the invention, the irradiance in the filter plane is increased to The photoelectric receiver matched the excitation radiation spectrum in the imaging direction Measured in front of and behind the blocking filter. The value before the notch filter becomes the setting the irradiation of the fundus (flash level) is used, while the rear value is used for setting the filter cover is used taking into account the set irradiation (Flash level), the dark threshold of the film and the aperture setting. While the recording process is according to the invention by a further recipient The fluorescence radiation is also measured behind the blocking filter. This value can be used during the recording to correct the irradiation of the fundus.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht nicht nur die optimale Anpassung der Auf zeichnungsbedingungen an den Anwendungsbereich und individuell an den Patienten, sondern zusätzlich auch die Einstellung optimaler Bedingungen zu jedem Zeitpunkt der Aufzeichnung. Die Steuersignale können dann zur Berücksichtigung bei der Auswertung des Angiogrammes zusätzlich aufgezeichnet werden.The solution according to the invention not only enables optimal adaptation the recording conditions to the area of application and individually to the patient, but also the setting of optimal conditions each Time of recording. The control signals can then be taken into account the evaluation of the angiogram can also be recorded.
Für fluorofotometrische Messungen ist es z. B. unter anderem erforderlich, ein Optimum zwischen sauberer Trennung von Erreger- und Fluoreszenzlicht einerseits und möglichst maximalem Fluoreszenzsignal andererseits zu erreichen. Das Problem der Dunkelschwelle ist hier ähnlich zur Fotografie durch das Signalrauschen gegeben. Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich auch für diesen Anwendungsfall ein Optimum realisieren, ohne extreme Anforderungen an die Fertigung der Filterkombination stellen zu müssen.For fluorophotometric measurements it is e.g. B. required, among other things, an optimum between clean separation of excitation and fluorescent light on the one hand and on the other hand to achieve the maximum possible fluorescence signal. The problem the dark threshold is given here by the signal noise, similar to photography. With the solution according to the invention, an optimum can also be found for this application without making extreme demands on the manufacture of the filter combination to have to.
Die Erfindung soll am Beispiel einer Netzhautkamera zur Fluoreszenzangiografie mit Fluoreszein-Na erläutert werden.The invention is based on the example of a retinal camera for fluorescence angiography can be explained with fluorescein-Na.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Anordnung im Strahlengang einer Netzhautkamera dargestellt. Der gemeinsame Strahlengang 1 wird in bekannter Weise in den Beleuchtungsstrahlengang 2, den Aufzeichnungsstrahlengang 3 und den B eobachtungsstrahlengang 4 aufgeteilt.In the drawing, the arrangement according to the invention is in the beam path a retinal camera. The common beam path 1 is known in Way into the illumination beam path 2, the recording beam path 3 and the Observation beam path 4 split.
Sperrfilter 11 und Erregerfilter 5 werden so bemessen, daß die langwellige Kante (50 %Wert) des Erregerfilters 5 bei 510 nm und die kurzwellige Kante (50 %-Wert) des Sperrfilters 11 bei 530 nm liegt. Die Filter sind an den üblichen Orten der Kamera angeordnet, allerdings kippbar bis zu einem Winkel von 350. Damit sind beide Spektren um ca. 35 nm verschiebbar, womit ein ausreichender Verschiebungsbereich existiert. Die Kippung wird sowohl für das Erregerfilter 5 als auch für das Sperrfilter 11 unabhängig voneinander mittels Schrittmotorsteuerung angetrieben. Das Steuersignal kommt von einem Rechner. Im Aufzeichnungsstrahlengang 3 ist ein Strahlteiler 8 vor dem Sperrfilter 11 und ein Strahlteiler 9 nach dem Sperrfilter 11 angeordnet. Die Strahlung des Strahlteilers 8 wird über ein festes Erregerfilter 6 mit langwelliger Kantenlänge (480 nm) auf einen blauempfindlichen Empfänger 12 geleitet. Das Empfängersignal wird als erstes Signal dem Rechner zugeführt und kennzeichnet das vom Fundus reflektierte Licht. Dieses Signal ist erfahrungsgemäß in der Leerphase eine wichtige Orientierung für die zu erwartende Fluoreszenzintensität. Die Strahlung des Strahlteilers 9 wird über einen weiteren Strahlteiler 10 dem fotoelektrischen Empfänger 13 bzw. 14 zugeleitet. In einem dieser Strahlengänge liegt ein festes Sperrfilter 7 mit der kurzwelligen Kante bei 520 nm. Dieses Signal mißt die Fluoreszenzintensität und wird als zweites Signal dem Rechner zugeführt. Die Differenz der Signale von Empfänger 13 und 14 repräsentiert den aufzeichnungswirksamen Blauanteil. Dieser wird als drittes Signal dem Rechner zugeführt.Blocking filter 11 and exciter filter 5 are dimensioned so that the long-wave Edge (50% value) of the excitation filter 5 at 510 nm and the short-wave edge (50% value) of the notch filter 11 is 530 nm. The filters are in the usual places of the Camera arranged, but tiltable up to an angle of 350. That’s both Spectra can be shifted by approx. 35 nm, thus providing a sufficient shift range exists. The tilt is both for the excitation filter 5 and for the blocking filter 11 driven independently of one another by means of a stepper motor control. The control signal comes from a computer. A beam splitter 8 is in front of the recording beam path 3 the blocking filter 11 and a beam splitter 9 arranged after the blocking filter 11. the Radiation of the beam splitter 8 is through a fixed excitation filter 6 with a long wave Edge length (480 nm) passed to a blue-sensitive receiver 12. The receiver signal is sent to the computer as the first signal and identifies that reflected from the fundus Light. Experience has shown that this signal is an important guide in the idle phase for the expected fluorescence intensity. The radiation of the beam splitter 9 is fed to the photoelectric receiver 13 or 14 via a further beam splitter 10. In one of these beam paths there is a fixed blocking filter 7 with the short-wave one Edge at 520 nm. This signal measures the fluorescence intensity and is used second Signal fed to the computer. The difference between the signals from receivers 13 and 14 represents the recording-effective blue portion. This is used as the third signal fed to the computer.
Weitere Eingaben in den Rechner sind neben den üblichen Parametern Filmart, Wirkungsfaktor und Optimierungskriterien.Further inputs into the computer are in addition to the usual parameters Film type, impact factor and optimization criteria.
Der Wirkungsfaktor ist ein den Erfahrungen entsprechend festzulegender Wert, mit dem möglicherweise auftretende zusätzlich fluoreszenzmindernde Faktoren, z. B. enge Pupillen, Injektion geringer Indikatormengen, Aphakie u.a.The effect factor is to be determined according to experience Value with which additionally fluorescence-reducing Factors e.g. B. narrow pupils, injection of small amounts of indicator, aphakia, etc.
bei der Berechnung der Ausgangsblitzenergie berücksichtigt werden können. Optimierungskriterien sind Patientenalter, Anpassung an Fluoreszenz im Wasser oder im Blut und Kriterien für die Bildqualität, wie optimale Abstimmung von Kontrast, Detailwiedergabe oder max. Kontrast, erwünschte lokale Überbelichtung, Beseitigung schwach fluoreszierender Details, Darstellung von Hintergrundsstrukturen, maximale Detailerkennung, Optimierung jedes Einzelbildes und Bildfolge des Angiogrammes.be taken into account when calculating the output lightning energy can. Optimization criteria are patient age, adaptation to fluorescence in the water or in the blood and criteria for image quality, such as optimal coordination of contrast, Detail reproduction or maximum contrast, desired local overexposure, elimination weakly fluorescent details, display of background structures, maximum Detection of details, optimization of every single image and image sequence of the angiogram.
Entsprechend dieser Eingaben nimmt der Rechner eine Grundeinstellung für die Blitzstufe und die Filterstellung vor.The computer adopts a basic setting based on these entries for the flash level and the filter setting.
Mit der ersten Leeraufnahme wird mittels erstem Signal die Blitzstufe und mittels drittem Signal in Abhängigkeit der eingegebenen Parameter die Überlappung von Erregerfilter 5 und Sperrfilter 11 durch Kippung korrigiert.With the first empty exposure, the flash level is set by means of the first signal and by means of a third signal, depending on the parameters entered, the overlap of exciter filter 5 and blocking filter 11 corrected by tilting.
Die optimale Einstellung liegt dann für das nächste Bild jeweils vor. Mit der ersten Registrierung von Fluoreszenz durch das zweite Signal übernimmt dieses Signal die Einstellung der Blitzstufe. Die jeweils bestimmten Einstellwerte für die Einzelaufnahmen werden für den Bedarfsfall zur Angabe vorgesehen.The optimal setting is then available for the next image. With the first registration of fluorescence by the second signal, this takes over Signal the setting of the flash level. The specific setting values for the individual recordings are provided for disclosure in case of need.
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