EP0404785A1 - Vorrichtung zum herstellen einer angiographie - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen einer angiographie

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Publication number
EP0404785A1
EP0404785A1 EP19890902929 EP89902929A EP0404785A1 EP 0404785 A1 EP0404785 A1 EP 0404785A1 EP 19890902929 EP19890902929 EP 19890902929 EP 89902929 A EP89902929 A EP 89902929A EP 0404785 A1 EP0404785 A1 EP 0404785A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
pulse
radiation source
camera
source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19890902929
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Falk RÜHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP0404785A1 publication Critical patent/EP0404785A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4887—Locating particular structures in or on the body
    • A61B5/489—Blood vessels

Definitions

  • the invention relates to a device for producing an angiography, in particular fluorescence angiography, with a radiation source effecting an excitation-effective radiation of a vessel preferably supplied with fluorescent agent, and with a photographic film camera.
  • Angiography and in particular fluorescence angiography, is used for the high-contrast display of vessels in the image, in particular for the display of blood and other body vessels, such as arteries, veins and lymphatic vessels.
  • the examination of such vessels is important because they may have changed, e.g. are narrowed in the course of time, so that malfunctions occur, for the remedy of which it must be known to what extent there is a malfunction, for example a circulatory disorder caused by vasoconstriction.
  • PRIOR ART Angiographic devices which work on the basis of X-rays are widespread and work in such a way that a contrast medium is injected into the vessels to achieve sufficient image contrast, the radiation absorption of which can be used in the production of photographic recordings.
  • Devices are also known for fluorescence angiography, in which the propagation of a and introduced into the vessel investigated dye transported by the vascular fluid, which fluoresces with suitable excitation. This results in an excitation-effective irradiation with a light whose frequencies are matched to the absorption frequencies of the fluorescent agent. The fluorescent light is observed and used for image recordings, the observation taking place optically. However, the image recordings obtained are often blurred.
  • causes of unsharpness are movement processes due to the flow of the fluorescent agent in the vessels or other movements, for example movements of the patient during the recording and the associated displacements of the setting plane of the optics used for image recording and the resulting distortions of the observation area.
  • the properties of the examined organ can also lead to blurred, for example in eye examinations in which the lens of the eye also determines or changes the focal position of the image.
  • the object of the invention is to improve a device of the type mentioned at the outset in such a way that angiography can be produced with minimized radiation energy, compared with continuous irradiation or exposure, which in connection with briefly acting mechanical or optical Closure systems is used.
  • a pulse radiation source is present as the radiation source and a video camera is present as the film camera, and that the pulse radiation can be triggered when the camera is completely closed.
  • the radiation of the vessel takes place in pulses.
  • the pulses from such a pulse radiation source can be kept sufficiently short to exclude motion blur.
  • the pulse irradiation takes place exclusively during the time serving for the image acquisition in order to have a complete utilization of the radiation energy of the pulse for the image acquisition, in particular when working with a fluorescent agent to be excited.
  • the pulse radiation is carried out when the shutter of a camera is fully opened.
  • Such cameras can produce high quality image recordings, e.g. High resolution pictures. It is also important for the invention that a video camera is used to achieve the desired image series.
  • the device according to the invention differs from generally known video arrangements in that pulse exposure is provided, while the exposure time of the frame rate is known to be coupled. If conventional video arrangements were used to produce angiography, the latter would have the undesirable consequence that the motion blur described at the beginning occurs. An increase in the exposure radiation energy for the use of shorter exposure times would be disadvantageous in terms of tissue physiology.
  • the load on the irradiated tissue increases considerably.
  • the radiation energy can be used practically completely for exposure.
  • the device can therefore advantageously be used for eye examinations.
  • it can be used without fluorescent agents and filters, or with filters with overlapping transmission, which helps to suppress motion blur in examinations with higher magnifications, e.g. in examinations of the foreground of the eye.
  • video cameras are used in which the pulse radiation can be triggered while the video camera is rewinding.
  • the pulse radiation source advantageously emits incoherent light.
  • incoherent light is used when conventional optics are to be used for image acquisition, such as lens systems, fiber optics or mirrors.
  • filters can also be used which adjust the spectrum of the light to the Limit absorption frequencies of the fluorescent dye.
  • a pulse radiation source is advantageous
  • Spark flash source available, which, due to its low-induction design, allows particularly steep and short pulses to be generated with a correspondingly short lighting time and also with high luminance.
  • a laser operated in pulse mode is available as the pulse radiation source, with which the required luminance and the required short-term radiation pulses can be generated without problems.
  • a high excitation of a fluorescent agent matched to the wavelength of the laser radiation is therefore possible without any problems.
  • the laser since the laser provides coherent light, additional measures known per se for suppressing speckle phenomena must be taken.
  • the frequency spectrum of the radiation can be switched alternately between the areas of fluorescence excitation and fluorescence emission in order to increase the contrast in the vicinity of the fluorescent agent forming the fluorescence sources during successive image recordings.
  • it is possible to form a difference between successive image recordings by weighting an image recording produced in the area of fluorescence excitation, for example in the blue, and subtracting it from an image recording produced under fluorescence emission, for example in green / yellow.
  • the difference image is a representation of increased contrast.
  • Such an image subtraction can be carried out in a simple manner by means of devices for intermediate image storage when using video systems, with automation is easily possible and thus a corresponding increase in speed in the production of image recordings.
  • An Elitz source is present as the pulse radiation source 10, which emits, for example, coherent light if it is a laser, or incoherent light if it is a spark flash source.
  • the pulse radiation source 10 emits, for example, coherent light if it is a laser, or incoherent light if it is a spark flash source.
  • Their activity depends on the actuation of the pulse radiation source 10 by means of a trigger pulse 13.
  • the pulse radiation source 10 sends a signal to the synchronization 12, which initiates the opening of the shutter of the camera 11.
  • the synchronization takes place in such a way that the pulse radiation of the vessel to be examined, which is not shown here, takes place exclusively during the time serving for image acquisition, so that the camera 11 records the light reflected by the organ or emitted due to the fluorescence excitation of the fluorescent agent can.
  • the synchronization 12 is also able to switch the frequency spectrum in the case of successive image recordings between the areas of fluorescence excitation and fluorescence emission by causing a filter change in the beam path of the irradiation or illumination, for example by means of a filter wheel. which is also not shown.
  • a device 13 for recording is shown in the figure, namely for video recording.
  • the function of the video camera of 13 is coordinated with the synchronization 12 to the pulse radiation source 10.
  • monitor 14 on which the recording process can be monitored continuously, so that the person carrying out the method can intervene immediately.
  • angiography can be produced with reduced radiation energy.

Description

Vorrichtung zum Herstellen einer Aπgioqrαphie
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Her¬ stellen einer Angiografie, insbesondere Fluoreszenzangiografie, mit einer eine anregungswirksame Bestrahlung eines vorzugsweise mit Fluoreszenzmittel versorgten Gefäßes bewirkenden Strah¬ lungsquelle, und mit einer fotografischen Filmkamera.
Die Angiografie und insbesondere die Fluoreszenzangiogra- fie dient der kontrastreichen Darstellung von Gefäßen im Bild, insbesondere zur Darstellung von Blut- und anderen Körperge¬ fäßen, wie Arterien, Venen und Lymphgefäßen. Die Untersuchung derartiger Gefäße ist deswegen von Bedeutung, weil sie sich möglicherweise verändert haben, z.B. im Laufe der Zeit verengt sind, so daß Funktionsstörungen auftreten, zu deren Behebung bekannt sein muß, in welchem Umfang eine Funktionsstörung vor¬ liegt, also beispielsweise eine durch Gefäßverengung bedingte Durchblutungsstörung.
Stand der Technik Weit verbreitet sind röntgenologisch arbeitende angiogra- fische Vorrichtungen, die so arbeiten, daß in die Gefäße zur Erzielung eines ausreichenden Bildkontrastes ein Kontrastmittel injiziert wird, dessen Strahlenabsorption bei der Herstellung von fotografischen Aufnahmen ausgenutzt werden kann. Bekannt sind des weiteren Vorrichtungen für die Fluoreszenzangiografie, bei der die -Ausbreitung eines in das Gefäß eingebrachten und durch die Gefäßflüssigkeit transportierten Farbstoffes unter¬ sucht wird, der bei geeigneter Anregung fluoresziert. Dabei er¬ folgt eine anregungswirksame Bestrahlung mit einem Licht, des¬ sen Frequenzen auf die Absorpticnsfrequen∑en des Fluoreszenz¬ mittels abgestimmt sind. Beobachtet und zu Bildaufnahmen ausge¬ nutzt wird das Fluoreszenzlicht, wobei die Beobachtung optisch erfolgt. Die dabei erzielten Biidaufnahmen sind jedoch häufig unscharf. Ursachen für Unscharfen sind Bewεgungs orgänge auf¬ grund der Strömung des Fluoreszenzmittels in den Gefäßen oder sonstiger Bewegungen, z.B. Bewegungen des Patienten während der Aufnahme und damit verbundene Verlagerungen der Einstellebene der der Bildaufnahme dienenden Optik und die dadurch gegebenen Verzerrungen des Beobachtungsgebiets. Ferner können auch die Eigenschaften des untersuchten Organs zu unscharfen führen, z.B. bei Augenuntersuchungen, bei denen die Linse des Auges dis Fokuslage der Abbildung mitbestimmt bzw. verändert.
Es ist bei der Hochgeschwindigkeitsfotografie bekannt (Kurt Dieter Solf: "Fotogra ie", Fischer-Taschenbuch-Verlag, ISBN 3-593-23355-0, Seiten 293 bis 303), Impulsstrahlungsquel- len zur Belichtung von fotografischen Objekten zu benutzen, um Bewegungsunschärfen zu vermeiden. Außerdem ist es aus der ge¬ nannten Druckschrift bekannt, Vorgänge im Inneren von Körpern durch Röntgenblitzfotografie sichtbar zu machen. Dabei fehlt jedoch der Bezug zu lebenden Körpern bzw. zur Angiografie. Das gilt insbesondere für die bei der Röntgenblitzfotografie be¬ kannten Serienaufnahmen. Darstellung der Erfindung
Dem Bekannten gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Angiografie mit minimierter Strahlungsener¬ gie hergestellt werden kann, verglichen mit kontinuierlicher Bestrahlung bzw. Belichtung, die in Verbindung mit kurzzeitig wirkenden mechanischen bzw. optischen Verschlußsystemen verwen¬ det wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Strahlungs¬ quelle eine Impulsstrahlungsquelle und als Filmkamera eine Vi¬ deokamera vorhanden ist, und daß die Impulsbestrahlung bei vol¬ ler Verschlußöffnung der Kamera auslösbar ist.
Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die Bestrahlung des Gefäßes impulsweise erfolgt. Die Impulse einer solchen Im¬ pulsstrahlungsquelle können genügend kurz gehalten werden, um Bewegungsunschärfen auszuschließen. Darüber hinaus ist es wich¬ tig, daß die Impulsbestrahlung ausschließlich während der der Bildaufnahme dienenden Zeit erfolgt, um eine vollständige Aus¬ nutzung der Strahlungsenergie des Impulses für die Bildaufnahme zu haben, insbesondere wenn mit anzuregendem Fluoreszenzmittel gearbeitet wird.
Um die Impulsbestrahlung ausschließlich während der der Bildaufnahme dienenden Zeit erfolgen zu lassen, muß eine ent¬ sprechende Synchronisation zwischen der Strahlungsquelle und einer der Bildaufnahme dienenden Vorrichtung erfolgen. Um inso¬ weit herkömmliche Synchronisationsvorrichtungen ausnutzen zu können, wird die Impulsbestrahlung bei voller Öffnung des Ver¬ schlusses einer Kamera vorgenommen.
Derartige Kameras können Bildaufnahmen hoher Qualität her¬ stellen, z.3. Aufnahmen hoher Auflösung. Für die Erfindung ist es desweiteren von Bedeutung, daß zur Erzielung der gewünschten Bildserien eine Videokamera ver¬ wendet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von allgemein bekannten Videoanordnungen dadurch, daß eine Impulsbelichtung vorgesehen ist, während bekannterweise die Be¬ lichtungszeit der Bildfolgefrequenz gekoppelt ist. Letzteres hätte beim Einsatz herkömmlicher Videoanordnungen zum Herstei¬ len einer Angiografie die unerwünschte Folge, daß die eingangs beschriebenen Bewegungsunschärfen auftreten. Eine Erhöhung der Belichtungsstrahlungsenergie für die Ausnutzung kürzerer Be¬ lichtungszeiten wäre gewebephysiologisch ungünstig.
Durch die erfindungsgemäße impulsweise Belichtung bei Se¬ rienaufnahmen in Verbindung mit einer Videokamera bei voller Verschlußöffnung nimmt die Belastung des bestrahlten Gewebes erheblich a . Insbesondere kann die Bestrahlungsenergie prak¬ tisch vollständig zur Belichtung ausgenutzt werden. Die Vor¬ richtung ist daher vorteilhaft für Augenuntersuchungen einsetz- bar. Hier kann es ohne Fluoreszenzmittel und Filter eingesetzt werden, bzw. mit Filtern überlappender Transmission, was zur Unterdrückung von Bewegungsunschärfen bei Untersuchungen mit höherer Vergrößerung beiträgt, z.B. bei Untersuchungen des Au¬ genvordergrundes.
Um längere Bildserien herzustellen oder weiterverarbei¬ tungsmäßig einfach zu handhabende Bildaufnahmen anzufertigen, werden Videokameras eingesetzt, bei denen die Impulsbestrahlung während des Bildrücklaufs der Videokamera auslösbar ist.
Vorteilhafterweise strahlt die Impulsstrahlungsquelle in¬ kohärentes Licht aus. Derartiges inkohärentes Licht wird ver¬ wendet, wenn herkömmliche Optiken bei der Bildaufnahme verwen¬ det werden sollen, wie Linsensysteme, Faseroptiken oder Spie¬ gel. Bei der Anwendung des inkohärenten Lichts können auch Fil¬ ter eingesetzt werden, die das Spektrum des Lichts auf die Ab¬ sorptionsfrequenzen des Fluoreszenzfarbstoffs begrenzen. Vorteilhafterweise ist als Impulsstrahlungsquelle eine
Funkenblitzquelle vorhanden, die infolge ihrer induktionsarmen Bauweise besonders steile und kurze Impulse mit entsprechend kurzer Leuchtzeit und darüber hinaus mit hoher Leuchtdichte zu erzeugen gestattet.
Als Impulsstrahlungsquelle ist ein im Impulsbetrieb be¬ triebener Laser vorhanden, mit dem die erforderlichen Leucht¬ dichten und die erforderlichen kurzzeitigen Strahlungsimpulse problemlos erzeugt werden können. Eine hohe Anregung eines auf die Wellenlänge der Laserstrahlung abgestimmten Fluoreszenzmit¬ tels ist also problemlos möglich. Da der Laser jedoch kohären¬ tes Licht zur Verfügung stellt, müssen zusätzliche an sich be¬ kannte Maßnahmen zur Unterdrückung von Specklephänomenen ge¬ troffen werden.
Es ist eine stroboskopartig mit einstellbaren Strahlungs¬ parametern arbeitende Impulsstrahlungsquelle vorhanden, wodurch eine große Folge von Bildaufnahmen mit vergleichsweise hoher Bildfolgegeschwindigkeit hergestellt werden kann. Die Einstell¬ barkeit der Strahlungsparameter gestattet die Aαpassung an den jeweiligen Einsatzzweck.
Das Frequenzspektrum der Strahlung ist zur Erhöhung des Kontrasts in der Umgebung des Fluoreszenzquellen bildenden Fluoreszenzmittels bei aufeinanderfolgenden Bildaufnahmen ab¬ wechselnd zwischen den Bereichen der Fluoreszenzanregrung und der Fluoreszenzemission umschaltbar. Mit Hilfe einer solchen Umschaltung läßt sich eine Differenzbildung aufeinanderfolgen¬ der Bildaufnahmen durchführen, indem eine im Bereich der Fluo¬ reszenzanregung, also beispielsweise im Blauen, hergestellte Bildaufnahme gewichtet und von einer unter Fluoreszenzemission, z.B. im Grün/Gelben, hergestellten Bildaufnahme abgezogen wird. Das Differenzbild ist eine Darstellung gesteigerten Kontrasts. Eine derartige Bildsubtraktion kann bei Einsatz von Videosyste¬ men in einfacher Weise mittels Einrichtungen zur Bildzwischen- speicherung vorgenommen werden, wobei eine Automatisierung leicht möglich ist und damit eine entsprechende Geschwindig¬ keitssteigerung bei der Herstellung von Bildaufnahmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
In der Figur wird die Erfindung anhand eines Blockschalt¬ bildes erläutert. Als Impulsstrahlungsquelle 10 ist eine Elitz- quelle vorhanden, die beispielsweise kohärentes Licht aus¬ strahlt, wenn sie ein Laser ist, oder inkohärentes Licht, wenn sie eine Funkenblitzquelle ist. Außerdem ist eine Kamera 11 zur Bildaufnahme vorhanden, wobei diese Kamera 11 beispielsweise eine Filmkamera ist. Deren Tätigkeit hängt von der Betätigung der Impulsstrahlungsquelle 10 mittels eines Auslöseimpulses 13 ab. In diesem Fall gibt die Impulsstrahlungsquelle 10 ein Sig¬ nal an die Synchronisation 12, die die Öffnung des Verschlusses der Kamera 11 einleitet. Die Synchronisation erfolgt so, daß die Impulsbestrahlung des zu untersuchenden Gefäßes, welches hier nicht dargestellt ist, ausschließlich während der der Bildaufnahme dienenden Zeit erfolgt, so daß die Kamera 11 das von dem Organ reflektierte bzw. aufgrund der Fluoreszenzanre¬ gung des Fluoreszenzmittels ausgestrahlte Licht aufnehmen kann.
Die Synchronisation 12 vermag es auch, das Frequenzspek¬ trum bei aufeinanderfolgenden Bildaufnahmen zwischen den Berei¬ chen der Fluoreszenzanregung und der Fluoreszenzemission umzu¬ schalten, indem in dem Strahlengang der Bestrahlung bzw. der Beleuchtung ein Filterwechsel veranlaßt wird, z.B. mittels ei¬ nes Filterrades, welches ebenfalls nicht dargestellt ist. Außerdem ist in der Figur noch eine Vorrichtung 13 zur Aufzeichnung dargestellt, nämlich zur Videoaufzeichnung. Auch dabei wird die Videokamera von 13 in ihrer Funktion mit der Synchronisation 12 auf die Impulsstrahlungsquelle 10 abge¬ stimmt.
Außerdem ist noch ein Monitor 14 vorhanden, auf dem der AufZeichnungsvorgang laufend überwacht werden kann, so daß so¬ fortige Eingriffsmöglichkeit durch die das Verfahren durchfüh¬ rende Person gegeben ist.
Gewerbliche Verwertbαrkeit
Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich die Angiographie mit verringerter Strahlungsenergie herstellen.

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung zum Herstellen einer Angiografie, insbesondere Fluoreszenzangiografie, mit einer eine anregungswirksame Bestrahlung eines vorzugsweise mit Fluoreszenzmittel ver¬ sorgten Gefäßes bewirkenden Strahlungsquelle, und mit ei¬ ner fotografischen Filmkamera, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß als Strahlungsquelle eine Im¬ pulsstrahlungsquelle (10) und als Filmkamera (11) eine Vi¬ deokamera vorhanden ist, und daß die Impulsbestrahlung bei voller Verschlußöffnung der Kamera auslösbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Impulsbestrahlung während des Bildrücklaufs der Videokamera auslösbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Impulsstrahlungsquelle (10) inkohärentes Licht ausstrahlt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Impulsstrahlungsquelle (10) eine Funkenblitzquelle ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß als Impulsstrahlungsquelle
(10) ein im Impulsbetrieb betriebener Laser vorhanden ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine stroboskopartig mit einstellbaren Strahlungsparametern ar¬ beitende Impulsstrahlungsquelle (10) vorhanden ist. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Frequenzspektrum der Strahlung zur Erhöhung des Kontrasts in der Umgebung des Fluoreszenzquellen bildenden Fluores¬ zenzmittels bei aufeinanderfolgenden Bildaufnahmen abwech¬ selnd zwischen den Bereichen der Fluoreszenzanregung und der Fluoreszenzemission umschaltbar ist.
EP19890902929 1988-03-08 1989-03-03 Vorrichtung zum herstellen einer angiographie Withdrawn EP0404785A1 (de)

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