WO1998023202A1 - Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von biologischen gefässen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von biologischen gefässen Download PDF

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WO1998023202A1
WO1998023202A1 PCT/DE1997/002634 DE9702634W WO9823202A1 WO 1998023202 A1 WO1998023202 A1 WO 1998023202A1 DE 9702634 W DE9702634 W DE 9702634W WO 9823202 A1 WO9823202 A1 WO 9823202A1
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measurement
measuring
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PCT/DE1997/002634
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Walthard Vilser
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Walthard Vilser
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
    • A61B3/1225—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes using coherent radiation
    • A61B3/1233—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes using coherent radiation for measuring blood flow, e.g. at the retina
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S128/00—Surgery
    • Y10S128/92—Computer assisted medical diagnostics
    • Y10S128/922—Computer assisted medical diagnostics including image analysis

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for examining biological vessels, preferably retinal vessels, wherein at least one vessel section is depicted in an electronic image or in an electronic image sequence that is fed to an evaluation unit.
  • the invention can be used for functional diagnostic analysis for all optically accessible or otherwise mappable blood vessels. It is preferably used to examine the vascular behavior of the large retinal vessels. However, it can also be used for examining vessels of the iris, conjunctiva and vessels that are optically accessible with the microscope or endoscope or in some other way. In particular, vessels exposed during an operation can also be observed and examined using an operating microscope.
  • the invention can be used both on human vessels and for examining animals.
  • the imaging of the vessels can be carried out by optical imaging systems with optoelectronic image conversion or by electronic imaging systems, for example scanning photographic vessel images.
  • optical imaging systems with optoelectronic image conversion or by electronic imaging systems, for example scanning photographic vessel images.
  • electronic imaging systems for example scanning photographic vessel images.
  • the application is not only for the examination of microcirculation vessels limited, it can also be used advantageously on large images of vessel sections generated by means of ultrasound and other imaging principles.
  • an arrangement for measuring the fundus of the eye which is also suitable for clinical use and enables vascular width measurement, the objective detection of fine pulsatory, auto- or locally regulating vascular width changes being made possible.
  • One and the same image field with vessels of the fundus of the eye is imaged on at least two CCD line sections, means being provided for changing the image position and optical properties of the image.
  • the arrangement can work continuously but also in flash mode.
  • a photoelectric method is presented by Delori (Applied Optics Vol. 27, No 6, 1988, 1113-1125), in which the vessel diameter is also determined.
  • the measuring principle differs fundamentally from the proposed solution described below.
  • a small, slit-shaped measuring surface scans under differently colored, extremely narrow-band illuminating light at one point of the vessel perpendicular to the course of the vessel over the vessel diameter and the resulting ones
  • Brightness profiles are combined in a location-corrected sum profile, on which the vessel diameter is then calculated from the very faulty half-widths of the edges.
  • High systematic sources of error in particular due to eye movements, which cannot be completely corrected with the stated principle, in particular eye movements during the scanning process, which cannot be corrected at all, are included in the measurement result.
  • the measuring system can only deliver quasi-continuous measured values with measuring times around 1.6 to 3 s.
  • the invention has for its object to provide a method and a corresponding device for examining vessels, with which the complex vessel behavior can be detected.
  • the invention is characterized by a number of advantages.
  • the invention not only enables simultaneous online detection of location and time dependency, but also simultaneous online detection of several vessels.
  • the invention considerably reduces the systematic error of the measurements, noticeably improves the reproducibility and enables the highly significant detection of pathological, therapeutic or provoked
  • the application of the invention makes it possible to form meaningful parameters for retinal vessels that have not been measurable so far, which can be graphically represented in a clear manner and which enable the diversity of the measured values to be evaluated in the first place.
  • the invention allows parameters to be obtained from a spectral analysis of the vessel diameter.
  • the device according to the invention consists of various special arrangements that can also be used individually. These include in particular: - A fixation device according to the invention with uniform fixation on the
  • Fixation coordinates related to the object space-eye fundus which ensures the comparability of the measurement results, - the arrangement of one or more auxiliary windows to reduce the influence of eye movements and - the use of a measurement field, which reduces the light exposure on the eye.
  • Both digital or analog recording systems for image sequences can be used as photoelectric receiver arrangements, as can imaging systems, such as laser scanner systems and conventional optical imaging systems with optoelectronic imaging or any other system which can supply an electronic image of a section of a vessel, with which the variety of possible embodiments of the invention is expanded.
  • imaging systems such as laser scanner systems and conventional optical imaging systems with optoelectronic imaging or any other system which can supply an electronic image of a section of a vessel, with which the variety of possible embodiments of the invention is expanded.
  • the invention is described in more detail below using an exemplary embodiment.
  • a measuring station for on-line examination of papillary retinal branch vascular sections is explained.
  • Clinical background is, among other things, the question of the degree of local regulatory ability and the causes of limited local regulation with regard to vasomotion or contractility and vascular wall rigidity along vascular sections.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the overall device
  • FIG. 2 shows a block diagram for the device described in the exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a block diagram for the device described in the exemplary embodiment in a second view
  • FIG. 4 shows an image field with windows
  • FIG. 5 shows a block diagram of the process sequence
  • FIG. 6 shows a presentation example for a functional diagram
  • FIG. 7 shows a presentation example for the time display
  • FIG. 8 shows a presentation example for the course of the vessel
  • FIG. 9 mirrors and pupil positions in the mirror plane S1 / S2 / S3,
  • FIG. 10 shows the embodiment MSB
  • FIG. 12 shows a representation of the formation of the primary data sequence for the vessel diameter with a scanning measuring surface
  • FIG. 13 shows the formation of the primary data sequence for the vessel diameter with parallel detection of the location dependence
  • FIG. 14 shows various arrangements of the scan area.
  • Figure 1 explains the overall arrangement of the device.
  • Object O is preferably the large retinal branch vessels of the living human eye and the object space is given with the fundus.
  • the foveola is defined as the reference point of the object space.
  • An imaging system BS in the form of a retina camera modified on the illumination side described below with a novel combined internal and external fixation device FI and a CCD image sensor, also described below, is used as the video source Image receiver BE used.
  • the imaging system BS is used for illuminating and optically imaging the necessary fundus sections with the vessel sections to be examined.
  • the image receiver BE is used for optoelectronic image conversion into a preferably continuous TV image sequence.
  • the analog video signals of the image sequence coming from the image receiver BE are fed to an image manipulator BM.
  • the image manipulator BM for example a frame grabber, is provided with means which implement the image windows according to the invention described below and the associated time windows and which digitize the window contents within the time windows to the signal processing unit BV.
  • the image windows are preferably adaptable to the measurement process in terms of geometry and position and time window with regard to the measurement and recording times and their sequence from image to image.
  • Setting monitor Ml is a means of presenting results EP and is used to observe the current result of setting the vessel sections to be examined to the windows for the control or correction before and during the examination process.
  • the signal processing unit BV consists of memory and computing units, called diameter module DM, which process the digitized window contents according to the methods described below. Automatically detect vessel sections in the individual rows or columns, determine the vessel diameter corrected for the inclined position and output it to the control unit together with its vessel middle positions in the window. Furthermore, the signal processing unit consists of computing and storage means for evaluating the measurement results
  • Vessel diameter the optionally additionally measured data from MS and the control data from SS, the storage of the measurement and evaluation results in connection with the patient data - and control data and the formation of parameters.
  • evaluation module AM Additional means are provided for calculating the presentation of results and compiling the measurement protocols (presentation module PM), the data of which are fed to the means of the output unit (EP) via the control unit.
  • the unit BV contains means for storing and managing a database (database module DBM) in which measurement, control, patient and evaluation data are stored in the preferred form described below and put together again for further use and the evaluation or presentation modules .
  • the modules mentioned preferably have their own processors.
  • the diameter module can preferably be constructed as a multiprocessor system to increase the processing speed. Another hardware implementation of the modules mentioned can also be implemented partially or entirely using risk technology.
  • the control unit SS consists of storage and computing units for realizing the sequence control of the method according to the invention described below and of means for realizing Control and query of the interfaces to the input units for interactive mode (DE) for the optional measuring systems MS, to the optional manipulation units, to the fixation unit (FI) to the CCD camera (BE) and to the imaging system BS.
  • the control unit controls the entire measurement and evaluation process of the method according to the invention described below.
  • the unit DE provides input means for interactive operation, preferably a mouse and keyboard.
  • EP provides means for presenting the results, preferably a PC monitor M2 and a color printer FD.
  • the outputs of the system for dialog operation to the examiner are preferably also realized via the PC monitor M2.
  • an image memory controllable by SS is optionally arranged, which preferably records all or part of the image sequence supplied to the BM from BE parallel to the measuring process and at any time this stored image sequence instead of the image sequence coming from BE
  • BM for example for display on the setting monitor or for evaluation.
  • Means are provided in the video memory and in the SS which, in the case of analog tape recording with a controllable video recorder, for example of the type AG7355 with serial interface (Panasonic), identify the tape with a time code and a tape identification or, in the case of digital image memories, at least with the Mark reference time and an examination identification (IDU) (see below) picture-wise.
  • IDU examination identification
  • the frame grabber must be suitably configured to implement image storage and playback, including image labeling or identification, as well as for transferring or accepting the image sequences.
  • image storage and playback including image labeling or identification, as well as for transferring or accepting the image sequences.
  • these means make it possible to label the image sequence coming from BE image-wise and to make it available to the image memory for storage, as well as to accept and edit image sequences stored in the case of playback instead of BE's image sequences.
  • the picture caption is preferably made picture by picture with the name, the DU and the reference time. It can also be advantageous to write other data into the image, which the SS must then transfer to BM.
  • the relationship between the respective examination and patient data to the stored images or image sequences and their time reference is established in the database.
  • the measuring and manipulation units MP / MS are optionally put together according to the medical question.
  • means for quasi-continuous measurement of the blood pressure are preferably provided for all examinations, which are preferably determined at intervals of 1 min, but at least immediately before and after an examination procedure via SS, preferably sequence-controlled systolic and diastolic blood pressure values and via SS for storage, evaluation and presentation provides.
  • the modification of the retinal camera according to the invention is explained in more detail below.
  • the modification relates to the installation of a fixation system according to the invention, consisting of external and internal fixation, the use of special measuring filters and additional means and modifications in the illuminating beam path as well as means for controlling units of the illuminating beam path including the light sources.
  • the modifications described below are not mandatory for the invention except for the use of the special filters, but merely represent advantageous embodiments which bring the advantages of the invention to bear particularly well.
  • the imaging system BS is shown in more detail in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 3 shows the top view of the arrangement from FIG. 2 from the direction A. It consists of an imaging main beam path HS with the ophthalmoscope lens OL and the lens system HOS, an ambient lighting beam path US with the ambient lighting system UBS, a measuring field lighting beam path MS with the measuring field lighting system MBS and the fixation beam path FS.
  • the fixation beam path is divided into an outer fixation beam path FAS and an inner fixation beam path FIS via two mirrors S4a and S4b (FIG. 3) shown in FIG. 3b, only the inner fixation beam path being shown in FIG.
  • the illumination pupil plane is reflected into the main beam path via the mirror S3 and with respect to the view from the vertical direction Paper plane comes and then enters the eye together and in parallel with the main beam path HS and the illuminating beam paths US and MS. Via the ophthalmoscope lens OL.
  • Ambient illuminating beam path US and measuring field illuminating beam path MS are used according to the invention for independently illuminating the fundus of the eye with a measuring field on the illuminating side described below and an illuminated environment. Both beam paths are brought together via the mirror S1 in a pupil-dividing manner in the illumination-side pupil plane p "as shown in FIG. 9 and reflected into the main beam path via the mirror S2. S2 and
  • Sl are congruent to each other and in this example realize the division or merging of the beam paths by pupil division, i.e. that all illuminating and imaging-side pupil planes including those of the inner fixation beam path in the area of mirrors S2 and S3 in p 'one above the other and congruent to the pupil of the
  • Eye p are .. All beam paths run together through the ophthalmoscope lens OL and through the optical layers of the object eye and penetrate the object space with the retinal vascular sections to be examined.
  • the imaging units of the main beam path are the optical layers of the eye, the ophthalmoscope lens OL and the optical system HOS, which map the object plane y into the image plane y "onto the sensor plane of the CCD receiver BE, in this exemplary embodiment forming an intermediate image plane in y '
  • the main beam path serves, besides the generation of a reflection-free image of vessel sections on the receiver, in addition to the CCD camera BE, to focus the image (Ametropia compensation) by known arrangement of known optical means in the beam path, which are combined to form the lens system HOS.
  • the optical system HOS is provided with an ametropia compensation, not shown, which can be controlled via SS and which is set by the examiner using the control element SG using the control image on the setting monitor Ml, the refraction value for the current ametropia sensor being determined and being supplied to the control unit SS as a signal BSR .
  • the refraction value of the eye to be examined can then be determined in a known manner in relation to the eye of Gullstrand, who is looking for infinite accommodation, from the adjustment of the ametropia compensation detected by bsr, which is in a defined relationship to the refraction value when the fundus image is in focus.
  • the manual actuators for operating the ametropia compensation are provided by automatic actuators and means for controlling these actuators, which in a known manner determine the focus state from the images of the fundus and form control signals for focusing.
  • the actuators are then controlled by SS.
  • the ambient illuminating beam path US is reflected in the measuring illuminating beam path MS by means of a perforated mirror S1 in a plane preferably congruent to the illuminating pupil by geometric beam splitting in such a way that the surrounding illuminating pupil uses the outer radiation area of the pupil surface.
  • Fig. 9 a shows the
  • Pupil positions of US and MS on Sl. Fig.) B shows the pulp positions of all beam paths on mirrors S2 and S3 viewed opposite to viewing direction A.
  • Fig. 9c shows the pupil positions of all beam paths in the eye.
  • the illumination optics unit BO on the illumination side serves for the necessary intermediate imaging of the pulp positions of the illumination beam paths in p 'and the surrounding illumination field as well as the measurement illumination field on the fundus of the eye.
  • the radiation space in the pupil region p is preferably for the imaging of the measurement illumination field and the ambient illumination field at infinity.
  • the measuring field illumination system MBS produces together with the illumination optics BO, the ophthalmoscope lens OL and the layers of the
  • the measuring field shown in more detail in FIG. 4 represents an illuminated surface at the back of the eye which can be controlled in terms of geometry and position, in which the measurements are carried out and which implement the lighting required for the measurements in terms of brightness and spectral light composition.
  • the interaction of the measurement field and the observation-side measurement window is described further below with the description of the method according to the invention.
  • the MBS lighting system which is preferably described for this application example, is shown in more detail in FIG. One by means of controllable
  • Lamp power supply SVMB-fed halogen lamp LQMB illuminates the measuring field aperture MB F via the aperture diaphragm MB ⁇ and the lens system MBL1.
  • the lens system MBL2 images the measuring field aperture MBF into infinity and the aperture diaphragm MB ⁇ into the pulp plane p ", in which the perforated mirror S1 is located.
  • the measurement field on the illumination side is preferably designed as a gap.
  • the adjustment unit SMBF means for independent adjustment of the gap height and width as well as the position of the gap to the center of the image field are arbitrary in 2 mutually perpendicular coordinates and in the direction of the optical axis.
  • the gap pattern on the fundus can thus be set to cover any desired section of the vessel with any surface.
  • the slit movement in the direction of the optical axis enables the measurement field illumination on the fundus to be focused in accordance with the determined ametropia value from the bsr signals.
  • Means for controlling the lamp current are provided in the lamp power supply unit SVMB.
  • the aperture diaphragm MB ⁇ is designed in such a way that it gives the pupil image shown in FIG.
  • the signals necessary for the automatic control of all the described settings of the measuring field lighting system MBS are collectively referred to as the measuring field coordinates bsm on the lighting side.
  • the UBS ambient lighting system together with the imaging system BS, the ophthalmoscope lens OL and the optical layers of the eye serve to illuminate the fundus.
  • this illumination serves for an overview when adjusting the base of the eye and, on the other hand, it can also be used according to the invention for the light provocation of the retinal vessels.
  • the ambient lighting can be controlled separately in terms of brightness, geometry, position at the back of the eye and spectral light composition. For example, you can put any light stimulus in relation to these coordinates into the retina and analyze the vascular response. The interaction of ambient lighting and that measurement window on the observation side is described further below with the description of the method according to the invention.
  • Halogen lamp LQUB illuminates the light modulator LMUB via the opening diaphragm UB ⁇ and the lens system UBL1 the surrounding diaphragm ÜB F.
  • the lens system UBL2 images the surrounding diaphragm UBF to infinity and the opening diaphragm UB ⁇ in the pulp plane p ", in which the perforated mirror S1 is located.
  • In the parallel beam path is a
  • the surrounding panel on the lighting side is designed as an adjustable iris panel.
  • the UMBF adjusting unit provides means for setting the diaphragm diameter and the position of the iris diaphragm in the direction of the optical axis.
  • the iris diaphragm movement in the direction of the optical axis enables the ambient lighting on the back of the eye to be focused in accordance with the determined ametropia value from the bsr signals.
  • Means for controlling the lamp current are provided in the lamp power supply unit SVUB.
  • the aperture diaphragm UB ⁇ is designed in such a way that it gives the pupil image of the surrounding beam path shown in FIG. 9.
  • the light manipulator unit LMUB represents a switch to cover the opening aperture and thus to modulate the ambient lighting, which is controlled by the SLMMB unit.
  • the signals necessary for the automatic control of all described settings of the ambient lighting system MBS are collectively referred to as lighting-side measuring field coordinates bsu.
  • Optimal fixation of the eye to be examined is an essential prerequisite for optimal examination results.
  • the best fixation is the internal fixation, ie the fixation mark is offered to the eye to be examined.
  • the limits are that those with the
  • the fixation device according to the invention as a modification of the retinal camera has several advantages. It enables simultaneous external and internal fixation to eliminate this disadvantage and, at the same time, to guarantee the automatic setting of the fixation coordinates.
  • the essential aspect according to the invention is the uniform coordinate basis in the object space, ie the angular position of the examined eye and the neighboring eye must be the same regardless of the use of the external or internal fixation with the same fixation coordinates be exactly the same.
  • the solution according to the invention realizes this requirement by parallelism of the main optical axes of the main beam path with those of the outer and inner fiaxation beam path.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of this.
  • the imaging system BS is vertical with the integrated fixation device
  • FIG. 2 Shown view of Figure 2. . Both patient eyes can be seen, the eye to be examined being characterized by the main beam path HS penetrating into the eye.
  • the main beam path HS is shown with its main optical axis.
  • the FME fixation mark is imaged to infinity using the FOS1 optical system.
  • the mirror unit S4 splits the common fixation beam path FS into the outer fixation beam path FAS and the inner fixation beam path.
  • This mirror unit either contains a mirror which can be tilted by 90 ° or, as in the exemplary embodiment, preferably contains two mirrors which are tilted by 90 °, each of which realizes the aperture diaphragms for the two beam paths FTS and FAS as shown in FIG. 3b.
  • the mirror S4a is imaged by means of an optical system FOS2 as a pupil image of FTS into the pupil plane of the main beam path and reflects FTS parallel to the main beam path in the direction of the eye to be examined.
  • the fixation mark is imaged in the image plane y '.
  • S4b is imaged via the optical system AA into the eye pupil of the neighboring eye, the optical system AA reproducing the fiaxation mark FME coming from the infinite again into the infinite and containing means (not shown) for correcting the ametropia between the two eyes in order to focus the fiaxation mark for the
  • fixation coordinate axes preferably matching those of the CCD matrix and those of the lighting systems.
  • the brightness of the light emitting diode is modulated by means of the SVFLQ power supply unit.
  • SVFLQ receives the control signal from the control unit
  • the fixation control coordinates for the light-emitting diode movement and their brightness are summarized under the designation fk and made available by the control unit.
  • the fixation system must be mirrored to the main axis.
  • Mechanical means are provided for this mirroring by rotating the entire fixation system by 180 ° about the main axis HS, combined with the tilting of the mirror from a position S3 by 90 ° against the pivot point DP to the position S3 '.
  • the aspect ratios are now exchanged exactly once, with means for detecting the position of the fixation system (right or left) are provided, which transmits this position to the control unit and takes into account the correct calculation of the fixation coordinates.
  • the color of the fixation mark is advantageously chosen red and a red blocking filter is arranged directly in front of the CCD camera to block the fixation light.
  • the method enables the preferably on-line, but also off-line measurement and a suitable representation of the location-dependence of vessel diameters along vessel sections to be examined and at the same time as a function of time, as well as the analysis of the vessel behavior by including provocation methods. Ren and / or formation and advantageous representation of relevant parameters for describing the local and temporal vascular behavior.
  • the location dependence is preferably over at least one vessel section of sufficient length, preferably 1.5
  • Location dependency along a section of a vessel can also take place successively from one section of vessel to another if the accuracy that can be achieved with it is still sufficient for the biological or medical question.
  • Fig. 4 shows the relationship between the image field, the measuring and auxiliary windows, the ambient or provocation lighting and the measuring field lighting.
  • the ambient lighting generated by UBS is used for orientation at the fundus of the eye during adjustment of the vascular area to be examined.
  • the diameter of the ambient lighting and illuminance is just so strong that it is possible to orientate yourself on the fundus.
  • the standard setting is preferably such that the ambient lighting illuminates the entire image field and the papilla and vessels are just recognizable.
  • the measurement window is an image area cut out by the image manipulator unit BM, digitized and supplied to the DV unit. It is that
  • Area in which the vessel sections automatically recognizable by the vessel diameter module along the pixel rows or / and pixel columns are analyzed i.e. all vessel diameters and the associated vessel center positions of the vessel sections intersecting and recognized by the pixel rows and / or pixel columns are determined in the measurement window, output to the control unit and in assigned to the primary data matrix at the relative time RZ in which the current image was recorded.
  • the vessel diameter has already been corrected for the oblique position in the diameter module because the vessel direction is only sufficiently perpendicular to the measuring direction in exceptional cases. If the vessel diameter is determined in the direction of the pixel columns, the location-dependent dependence of the vessel diameter along the vessel is recorded along the perpendicular direction of the pixel line and vice versa.
  • the Direction of measurement and positional dependence perpendicular to each other are recorded in accordance with the pixel rows and pixel columns.
  • the measurement window width in the measurement direction for the vessel diameter is preferably set so large that the vessel intersects the measurement window despite eye movements. Another advantage is that the measuring window can cut several vessels and the
  • Diameter module DM in this case analyzes all vessel sections intersecting the measuring surface in the manner described or measures them. Perpendicular to the measuring direction, the number of pixels in the measuring window should be at least large enough to determine the inclined position from the displacement of the vessel centers in the measuring window and a value for correcting the inclined position can be formed.
  • the skew correction is preferably carried out in the diameter module.
  • This measuring principle then automatically results in the positionality of the vessel diameter along the vessel perpendicular to the direction of measurement for the vessel diameter pixel column for pixel column or pixel row for pixel row.
  • the time dependence arises in the primary matrix for the vessel diameter, which is described in more detail below, when the measurement process is repeated frame by frame with increasing relative time at the start of the measurement (reference time).
  • the possible temporal resolution is then 40 ms.
  • a slit-shaped measuring window is used that, depending on the position of the examined vessel in the image field horizontally or as in the example 4 vertically the vessel to be examined is determined by the examiner or automatically cutting.
  • the slit-shaped measuring window width is preferably 10 pixels wide, the measuring window height, for example, 100 pixels high.
  • the image-wise control of the window geometry and position by the control unit according to the invention is used to change the position of the measurement window over time so that it moves stochastically or systematically within a scan area defined by the examiner.
  • the examiner or the control matrix of a reference examination determines the measurement window coordinates for the two outer limit positions (Gl and G2) as shown in Figure 4, within which the measurement window moves in an image or from image to image and scans the location along the vessel. This area is called the scan area.
  • the diagonally corrected diameter of the slit-shaped measuring surface is output averaged over the slit width.
  • Fig. 12 shows this measurement process and the emergence of the data sequence of the primary matrix schematically.
  • Figure 12 a shows the image field from the back of the eye, as already known from Fig. 4, with the measurement window and the scan area correspond to two measurement window positions entered in FIG. 12a.
  • 12b represents the reference time axis based on the reference time of the start of the examination BZ and the
  • the advantage of this measuring method is the low need for computing capacity for one measuring surface and the possibility to define a large number of parallel measuring surfaces in the image.
  • Another version of the measuring method uses a wide measuring window, the z. B. is again determined by the examiner in such a way on the adjustment monitor that the vessel section or sections to be examined covers sufficiently insensitively to eye movements.
  • the measurement surface remains unchanged in the image field over a longer image sequence and, as shown in FIG. 13, records the location dependency of the vessel diameter along the detected vessel sections within the measurement window parallel to the time perpendicular to the measurement direction.
  • This drawing is to be read analogously to FIG. 12, the coordinate scan location being replaced by the pixel location.
  • the minimum local resolution is determined by the line or
  • the auxiliary windows are used to control and correct eye movements during the measuring process, the vessel sections can move against the measuring window. With components of the eye movements in the measuring direction of the vessel diameter, this is negligible for the time resolution of 40 ms, it is problematic for the displacements from image to image along the vessels and leads to a high measurement uncertainty.
  • the vessel diameter can change by up to 10% and more, which is reflected in the reproducibility or in the systematic error.
  • auxiliary window-shaped auxiliary windows are defined in the pixel row and column direction.
  • at least three pixel rows and three pixel columns each from the center of the first defined measurement window are additionally used as auxiliary windows.
  • the control unit also generates the two auxiliary windows in the middle of the at least 3 pixel rows and 3 pixel columns, preferably of the same height as the measuring window, which do not change their position from image to image.
  • Fig. 4 only the horizontal auxiliary window can be seen, since the vertical window is covered by the measuring window.
  • the vessel centers in the auxiliary window are preferably determined and compared with the target values of the first image. Correction values for the movement of the vessel sections from one image to the other are determined from these values and are also stored as correction values for each image in the primary matrix.
  • correction values for eliminating the influence of errors in eye movements is the correlation of the auxiliary window information in each case to the first image or the use of a device for additional measurement of the eye movements, the measured values then being converted into correction values for the vessel location, taking into account the known geometric relationships can be saved in the described field in the primary matrix as correction values.
  • the measuring field on the lighting side serves to reduce the light load.
  • the control unit can, after or with the determination of the measurement window, congruently define the coordinates of the measurement field on the illumination side covering the measurement window, ie. H. the size of the measuring field is reduced to the size of the measuring window.
  • the advantage is a significant reduction in light exposure.
  • the diameter and illuminance of the lighting environment created by UBS can be considerably restricted or even switched off.
  • the position of the ambient lighting can also be set automatically via the control unit or by the examiner. The use of ambient lighting for light provocation according to the invention is described separately below.
  • the measuring field is designed as a circular field.
  • the field diaphragm in the MBS is designed as an iris diaphragm. 4 illuminates the entire image field, but has a significantly weakened illuminance due to the reduction of the lamp current for the halogen lamp LQUB.
  • the coordinates for geometry, position and lamp current of the ambient lighting bsu and the measuring field lighting bsm are passed on by the control unit SS to UBS and MBS.
  • BM also receives the coordinates of the geometry and position of the measurement windows and auxiliary windows from the
  • Control unit SS receives the above-mentioned coordinates from a reference control matrix defined by the examiner or directly via the dialog mode.
  • the examiner preferably controls with his mouse the definition of the described windows and fields and the brightness.
  • mouse movements and actions can then be converted into control coordinates by the control unit and their effects can be observed online on the setting monitor by changing the respectively controlled fields and windows.
  • measurement windows can be used by the examiner.
  • the measuring fields on the lighting side are then to be adapted to the measuring windows with regard to their position and geometry.
  • Another embodiment of the measurement process according to the invention is the definition of a plurality of measurement windows, the geometry and position of which is equal to the measurement fields on the illumination side, the measurement windows having only a defined geometry and position in the image field in a defined time interval, but at defined time intervals, controlled by the control unit, their geometry and change the position in the image field in order to examine different vessel sections in succession without interrupting the examination.
  • the same vessel sections can be queried as often as desired with the measurement window and measurement fields once defined. This has the advantage that both the examination of slow time processes and the examination of many vessel sections online are possible within one examination.
  • the method consists of different method groups: 0. Acquisition of patient data (default setting) Reproducible setting of the fundus, in particular of the vascular sections to be examined in the image field with the modified retinal camera and the fixation device with the help of the control unit and the setting monitor. Determination of the vessel sections to be examined on the setting monitor by defining windows on the lighting and / or imaging side (see further below) with the aid of the control unit and the manipulation unit, as well as means of the DE (mouse and keyboard), forming a control matrix S.
  • Measuring process for determining vessel diameters along the vessel location and time and forming a primary data matrix P which establishes relationships between the following primary data for each examination: P (IDU, IDP, A, DFDP, DFMi, DFPi, S, BZ, DZ, BF) as well as graphical on-line representation of selected dependencies, preferably the vessel diameter as a function of time for all examined vessel sections
  • Examination identification number IDU a patient key IDP, the examined eye A (right or left), a data sequence DFD with the data for the vessel diameter D, data sequences for i additional measurement variables DFMi data sequences for i additional provocation events DFPi, a control matrix S for the examination process, a measurement start with the reference date BD, and the reference time BZ an examined video image sequence BF
  • BD reference date and reference time
  • the reference time BZ is equal to the current system time SZ.
  • the system time or system date is understood to be the current time or the current date.
  • a time difference is understood as the relative time RZ.
  • the primary data record of the control matrix S establishes the relationship to the following variables:
  • Fixation coordinates (x, y, coordinates, lamp current, inside / outside fixation)
  • Lighting-side environment coordinates (diameter, position in the image field, lamp current, light manipulator state) at the start time
  • FIGS. 12 and 13 show the diameter and the relative time RZ and the pixel location or scan location.
  • the scan location is another representation of the current position of the vessel diameter, but this can be calculated from the data of this primary data sequence for the vessel diameter.
  • the course of an investigation is described schematically in FIG. 5.
  • Each examination has a unique identification number, which connects the examinations with the examined image sequence, the patient and the measurement, control and analysis data via P.
  • Multiple exams can be performed on one patient's vessel in one session.
  • the examination begins with the assignment of a new IDU and the assignment of the patient (default).
  • the input of the patient data, their editing and storage in the database as well as the data model for the general data on the patient takes place according to known aspects and will not be explained in more detail.
  • the vessel sections to be examined are set in the image field of the setting monitor and the necessary control parameters of the fundus of the eye with those to be examined
  • the adjustment must be made in such a way that the fundus with the vascular sections to be examined can be seen on the setting monitor with sufficient sharpness and high contrast, the windows described below are arranged correctly to the vascular sections to be examined and the device pupils are exactly centered on the pupil of the eye.
  • the examiner selects a reference examination whose control matrix is adopted as the reference matrix. The one from the
  • Setting parameters (control data) to be specified for the control unit for the repeat conditions are taken from the reference matrix and preset.
  • the reference matrix can be used for repeat conditions Set the necessary settings for an examination that has already been carried out and is selected by the examiner.
  • the examiner On the dialogue monitor (PC monitor) the examiner is shown an image with the vessel and window position in the setting monitor of the reference measurement.
  • Examiner only make the adjustment between the device and the eye in such a way that the device pupils are properly fixed to the eye pupil. It is also usually not necessary to focus the image, since the refractive error of the reference examination is known from the reference matrix and the focus is also automatically preset via the control coordinates bsr. Adjustments of the image sharpness and fixation or window positions are nevertheless possible manually and are corrected in the control matrix according to the current values. After setting, the measuring process is e.g. started with the mouse.
  • the examiner selects one of the predefined reference matrices which carry out the corresponding presettings.
  • the examiner provides stipulations for various examination programs and can be stored in a reference matrix, which is then used for
  • Ensuring the same examination conditions can be called up by the examiner.
  • the examiner will adjust the vascular sections to be examined with the help of the fixing unit (movement of the fixing mark using the mouse or keyboard) in the image field of the setting monitor and adjust the image sharpness.
  • the next one Step the window positions (see further above) according to the examination program on the setting monitor, preferably set with the mouse and the measuring process for recording the primary data is started.
  • the new current setting parameters of the control unit of this examination are preferably stored in the control matrix of this examination at the time of the start of the measuring process, while preferably also a fundus image with window positions as a control image for the measuring point position of this examination is frozen.
  • the examiner can correct the fixation coordinates or the setting of the device and eye pupils and abort the measurement process at any time. The back of the eye, the position of the windows and the vessel sections are on
  • the vessel diameter for each vessel is preferably recorded online on the dialog monitor depending on the time. This setting is carried out either according to standard specifications and its storage takes place according to generally known aspects and the data model characterizing the patient.
  • FIG. 5 explains the process sequence on a block diagram.
  • the description of the image and signal processing according to the invention in the measurement and auxiliary windows takes place only on the example of a window, since at
  • the procedure is analogous when using several measurement windows. All windows are processed by the diameter module DM (Fig. 1), the vessels found in the measurement window are output with their obliquely corrected vessel diameter, the vessel center position in the measurement window and the mean oblique position of the vessel against the window and depending on the image number of the sequence and the current location the window in the
  • the vessel diameter can also be output by the diameter module without correcting the inclined position. In this case, the inclination must be corrected subsequently.
  • the recognized vessels of the current window are assigned to one another based on their characteristics.
  • Each diameter value of the data sequences relating to the vessel diameter in the primary data matrix is then assigned to a vessel from vessel 1 to i, depending on how many vessels are identified as different.
  • software-based means are preferably provided with which, after visual inspection by the examiner, e.g. by checking the stored image sequence if necessary
  • the positional shift of the same vessels in the direction of the auxiliary window is determined as correction values for the small involuntary eye movements from the difference between the vessel center position and the oblique position of the vessels. From these correction values, the
  • Imaging relationships, the current window coordinates, the fixation coordinates and the vessel centers in the image field, the object position according to the invention of the vessel centers belonging to the vessel diameters, hereinafter referred to as vessel location, based on the reference point (foveola), is calculated in the data sequence relating to the vessel diameter of the primary data matrix (corrected object position of the vessel diameter in the fundus image) saved.
  • the comparability of the vessel diameters is therefore independent of the set object field and the Elimination of the influence of eye movements on the measurement site.
  • a similar effect to switching off small eye movements can also be achieved, for example, if the image shift is calculated by correlating the image information of the first auxiliary window with the current auxiliary window.
  • the vessel inclinations are then determined and taken into account by correlation from neighboring rows of pixels.
  • Another variant is the measurement of eye movements in parallel during the measuring process.
  • the changes in the viewing direction against a reference image, for example the first image, can then be used instead of the correction values calculated from the auxiliary windows in order to correct the influence of the eye movements on the measurement location
  • the diameter module represents a fast algorithm which recognizes vessel edges in the line signals of the windows, interpolates the photometric focal points in the vessel edges, calculates the oblique position of the vessel edges, assigns the correct vessel edges to one another, determines the vessel diameter between the photometric edge focal points and determines the oblique position the vessel center position in the window is calculated.
  • the measuring unit for periodic pressure measurement MSI has a computer interface via which the measuring process is started and stopped by means of a control signal from the control unit SS.
  • the determined blood pressure data are assigned to the primary data matrix in the correct time or in the image via the control unit.
  • the measuring unit MS2 consists of an EKG device, which supplies the R wave of the EKG to the control unit via a computer interface and is stored by the control unit in the primary data set in the correct image or time and assigned to the data sets.
  • MSI and MS2 are preferably always included in the measurement process, since the pulsation analysis is simplified by means of the R wave and, on the other hand, blood pressure is a significant factor influencing the vessel diameter, the additional recording of which excludes sources of error. The additional measurands do not have to be recorded in parallel.
  • Additional additional measuring systems can be useful.
  • An example of further additional measurements is the determination of the breathing gases by means of breathing gas analysis or the measurement of the suction cup pressure when combining the measurement of the local and temporal vessel diameter with the increase in intraocular pressure by means of the suction cup method.
  • the respiratory gas provocation device MP1 preferably has one
  • Airway for free breathing and another airway for rebreathing which are switchable.
  • the oxygen and CO2 content of the breathing air is measured periodically and assigned to the control unit SS in the correct image and time of the primary data matrix.
  • Oxygen preferably over 5 minutes, is a preferred embodiment of a functional diagnostic method for examining the contractility of the vascular sections.
  • the provocation device for physical stress MP2 consists of a set of handy weights and an acoustic signal generator.
  • the weight piece normalized to the body weight of the patient is picked up by the patient in response to a signal and held on the horizontally extended one until a second signal, after which the patient deposits the weight piece again.
  • Both signals are generated acoustically by the PC output unit, the control signal being supplied by the control unit. Depending on the schedule, this provocation takes place during, before or between measurements on the eye.
  • Another preferably combinable provocation device is one of the known systems for increasing intraocular pressure by means of a suction cup (MP3).
  • MP3 suction cup
  • Provocation devices can be provided in parallel, but can also be used individually.
  • the modified retinal camera itself a possibility of provocation by means of the described device is preferred by the modified retinal camera itself realized.
  • the ambient lighting beam path is used for provocation.
  • the lamp current, the light modulator, the geometry and position of the ambient illuminating light at the back of the eye are changed via the control coordinates bsu during the measurement process in such a way that a constant or only temporary light stimulus changes at a defined level of the examining area of the fundus of the eye, the effect of which on the vessel diameter can be recorded at a different location and time in the fundus.
  • a light that alternates in brightness could be placed in a central area of the papilla in relation to the foveola in the macula in order to examine the vascular response of the superior temporal vein in comparison to the vena temp .
  • the advantage is that with the diameter of the vessel the behavior of the microcirculation is recorded directly and not only indirectly via the change in blood speed resulting from the change in diameter, for example.
  • the combination described is a simple method for functional diagnosis of the retinal vessels and also the functionality of the nerve fibers.
  • the further processing of the measurement results is preferably carried out first by the formation of further vessel signals in which all vessel diameters are squared and the squares are squared once more and in each case in further temporary columns of the primary data matrix for the
  • the further processing of the measurement results is preferably carried out first by the formation of further vessel signals, by squaring all vessel diameters for themselves and squaring the squares one more time, and in each case in a further temporary column of the primary data matrix for evaluation as a velocity-relevant diameter Ag (x, y, t ) and stored as the flow-relevant diameter Qg (x, y, t) in the correct vessel, location, time or image.
  • These steps enable a significant expansion of the meaningfulness of the invention, since they also directly describe the unmanageable effect of vasoactive activities of the vessel diameters on the flow variables blood velocity and blood flow. The inclusion of these parameters is optional.
  • on-line evaluation is controlled by the control unit SS after factory or user-defined presetting.
  • the off-line evaluation is carried out by menu selection of the vessel sections and signals of interest, as well as the evaluation method and the parameters in a known manner.
  • the evaluation methods offered to the examiner for selection in this example for the formation of parameters are compiled in blocks in FIG. 5.
  • the basis is permanent in the primary data matrix or temporarily stored vessel, - measurement and provocation signals in their local and temporal dependence.
  • the following description is only for the evaluation of a vessel section and only for the vessel diameter Dg as a vessel signal, since it is carried out analogously for the other vessel sections or vessel signals (Ag, Qg) (g denotes the
  • the data to be analyzed are read out of the primary data mask in the correct time, place and vessel and fed to a filter for spectral and / or local filtering that corresponds to the state of the art and is used in accordance with the evaluation task.
  • the method of local frequency analysis determines the power spectrum, detects significant local frequencies Fo and determines the associated phase positions Po of the supplied data sequence either as a function of a time interval set in the filter as time-dependent spectral parameters or as a complex spectral parameter.
  • the block temporal frequency analysis determines the power spectrum of the selected signal sequence, detects significant frequencies Ft, determines their power Lt and phase position Pt and stores the spectral values determined
  • Parameters i in the associated parameter matrices From the determined spectral powers, the parameters VAPU as a quotient from vasomotion and pulsation, PPU as a quotient from provocation response to pulsation and PVA as a quotient from provocation response to vasomotion, PUB as a quotient of the first-order blood pressure wave for pulsation are formed, which correspond to the data mask or the filter can be assigned to one of the parameter matrices. Phase differences between predetermined measurement sections are calculated and, in the case of connected vessel sections, wave speeds are calculated from the associated path lengths.
  • the pulsation analysis method determines with Rzack-triggered a temporally average pulsation signal as a function of the pulse phase over a pulsation period, which is stored in the parameter matrix as a pulsation signal.
  • the peak values of the pulse signals are determined and stored as separate parameters.
  • the location analysis procedure group provides the significant maxima MaO and MiO of the data sequence about the location, its time interval TO and the associated peak values SO, the mean value MWO, its dispersion SMWO and the confidence interval MWOK for a given static safety as well as the number of images nb and measurement locations no .
  • the calculation of the mean is based on the vascular pathways belonging to a pixel.
  • the process group static time analysis provides the significant temporal extreme values MAT and MOT of the data sequence, their time interval TT and the associated peak value ST, the mean value MWT, its dispersion SMWT and the confidence interval MWTK for a given static safety as well as the number of those included in the mean values Images nb and the measuring locations no.
  • further parameters for vasomotion, pulsation and blood pressure are determined.
  • the process group dynamic time analysis uses adaptive processes from the temporal trend to estimate the value of a significant increase APROV (also negative increases) and the significant start of the increase BT.
  • the total mean values and associated scatter are determined and used as location-specific and time-independent complex parameters (KMW,
  • KSMW stored in the complex parameter matrix for the corresponding vessel sections.
  • the evaluation methods that can be carried out iteratively are also constructed iteratively, so that they can optionally be displayed in monitor windows for on-line evaluation and on-line presentation of the measurement or evaluation results.
  • the cross-correlation method group uses the cross-correlation factor to determine parameters that describe the relationship between the vascular responses and the additional provocation and measurement signals.
  • Time-dependent parameters are stored in the time-dependent parameter matrix
  • location-dependent parameters are stored in the location parameter matrix
  • time- and location-independent parameters are stored in the complex parameter matrix.
  • the image sequence comparison procedure group forms the percentage differences of the parameters of the same vascular sections and vessel locations (x, y) and time phases (t) from the parameter matrices of a selected image sequence with the current image sequence and preferably also the associated confidence intervals.
  • the reference picture sequence can be defined as desired, the previous picture sequence is preset. Only those parameters are compared that are comparable in terms of their tax data matrix.
  • the time comparison method group forms the percentage time differences of parameters of the same vascular section of an image sequence and preferably also the associated confidence intervals, the time interval of the reference value being able to be set as desired.
  • the first time value of a parameter in the image sequence is preset for the reference value.
  • the peak value of the provocation responses is determined as a further benchmark for the regulatory area RB, the provocation-related maximum is determined as a benchmark for the upper regulatory reserve and the minimum is determined as the URR - lower regulatory reserve.
  • FIGS 6 to 7 explain presentation methods. According to the invention, the results are presented in monitor images either in parallel or in succession using the presentation methods described below.
  • the functional images presentation group graphically represents the parameters or measured values corresponding to the vessel locations or optionally also in the middle, as shown in FIG. 6.
  • the measured values, parameters or comparative variables are visually sufficiently distinguishable as vertical or horizontal bars compared to the line-shaped vessel location. Different parameters are color-coded.
  • These function images are shown in gray with the fundus images documented at the beginning of each image sequence, which are previously converted into the coordinates of the object planes analogously to the measured values.
  • the presentation procedure can also be based on image field coordinates, in which case the vessel centers are used instead of the vessel locations.
  • FIG. 6 shows the parameter Lt of pulsation versus Lt of vasomation as an example, the values for the pulsation being below and the values for the vasomotion are shown above the vessel location.
  • the presentation group time display enables the display of value sequences from the different levels of the evaluation process depending on the time, whereby the display can be determined optionally.
  • the presentation group location display enables the display of value sequences from the different levels of the evaluation process depending on the vascular path, whereby the display can optionally be determined.
  • the vascular path is the distance corrected for the inclined position
  • Vascular centers (vessel segment) or the vessel position (vessel path calculated and saved in the primary matrix.
  • the vessel segment is therefore the image of the vessel path in the object plane.
  • the invention also enables results to be presented on line.
  • the on-line output operations are controlled by the control unit according to the schedule.
  • the presentation of the results is also preset in the factory or in a user-defined manner using the online evaluation method.
  • the setting monitor Ml continuously displays the image from the back of the eye and the current window positions.
  • the first image of the fundus is completely digitized and stored in the control data matrix of the image sequence and is available in a Minitor image window.
  • the vessel diameters of the detected vessels are output as a control signal, depending on the time parallel to the provocation signals - and optionally - to the additionally recorded measurement signals, either unprocessed or after filtering. In other monitor windows you can choose iteratively
  • the control unit SS takes over the entire sequence control of the measurement process and evaluation, the interface control for the exchange of control and measurement signals with the units, the control signal formation, the synchronization between the units and in particular the dialog operation with the input and output units.
  • the control unit also manages the database system in which the generated control, parameter and primary data matrices or, if appropriate, the image sequences are stored and managed under an image sequence identifier and examination identifier IDU.
  • the image sequence identifier consists of a primary key for the image sequence identifier BF generated by the database management system of the control unit and a continuous image identifier b.
  • the images belonging to an examination are called an image sequence.
  • the control unit uses the frame rate of the video source as a clock base and assigns a time base to the frame sequence.
  • the control unit provides the clock for the
  • the image identifier then consists of the image sequence identifier and a consecutive number as an identifier for the current image.
  • the identifier of the storage medium on which the evaluated image sequence is recorded parallel to the evaluation is recorded in the control matrix.
  • the measuring method is characterized in that functional time segments are formed in the form of measuring and pause phases in accordance with the clinical question and the provocation method used.
  • the program sequence consists of measuring phases and pause phases, which are freely programmable with regard to the number of phases z, number of frames per phase or, frame rate fb, image evaluation frequency fa.
  • the default procedure is preferably the default Vo hase, provocation phase 1, reaction phase, provocation phase 2, reaction phase 2 and post-phase, whereby a pause phase can be provided between the phases, but which are preset for the example with 0 pictures.
  • Pause phases mean a continuation of the time base in the measurement sequence without image evaluation, combined with automatic dark control of the lighting and weakening of the fixation lighting for the patient's recovery. These time ranges are preferably adopted by the mask and the filters for the standard evaluation. In the functional phase, several no longer take place in one
  • a sequence control for successively querying the various measurement windows and the variation of the measurement windows in the scan areas belonging to the various measurement windows can be evaluated in the image sequence clock.
  • the innermost interrogation cycle preferably consists of the sequence of the various measurement windows, the outer cycle being determined by the stochastically defined change in position of the measurement window in the scan area.
  • an auxiliary program of the control unit SS calculates the definition of the measurement window and the examination program on the basis of the desired temporal and local resolution and the
  • Measurement times the expected limits for significantly detectable changes.
  • the systematic errors and reproducibilities for an estimated representative of a patient group are determined from the database or the parameters of representative patient groups stored in a parameter set are used, the parameter sets of which are updated by each new examination and provide the database for these calculations .
  • the examiner can make the appropriate adjustments Priorities in clinical questions make an optimal compromise between patient stress and the expected statement and adapt the metrological properties of the system to the patient and the question.
  • a combination of two is used according to the invention
  • Provo pressessy steme which on the one hand cause opposite reactions (constriction-expansion) and thus allow a regulatory area to be recognized and on the other hand enable the effect of blood pressure on the metabolic regulation to be recognized and calculated.
  • the pulsations and blood pressure waves are from others
  • FIG. 5 shows an overview of the method steps summarized in groups for the cycle of an image.
  • the presetting enables the factory settings to be changed and, if desired, the free programming of the measuring, evaluation and presentation procedure, including the presetting of parameters for the control, the scope of the dialog operation for the setting of the measuring windows, auxiliary windows and the measuring field to adapt the measuring station to the individual requirements of the examiner and
  • the setting procedure enables the parameters left open by the presetting, the initialization of the
  • the updated default settings are offered and can be modified.
  • a sequence of comparison images can be defined. It is selected from the database and kept available in the working memory.
  • parameters or the entire control matrix of the comparison image sequence can be used for presetting.
  • the setting of all previous examinations is offered as a default, which automatically implements exact comparison conditions, including the reproducibility of the measuring locations.
  • the lack of comparability of the examination conditions, in particular of the measurement location is a major deficiency of the known technical status, especially from the point of view of the high biological variability.
  • the auxiliary window and the measuring field are superimposed on the fundus image on the control monitor Ml.
  • the fixation device for changing the imaged object field from the back of the eye, the position or geometry of the measuring window, the auxiliary window and the measuring field can be changed by mouse movement, as can the preset ametropia compensation.
  • an image sequence identifier is generated and the control matrix is saved with the first image.
  • the sequence control calls first Control programs for controlling the device units via the interfaces, query the measurement data and store them in the control or primary data matrix in the correct image or time, generate and send control signals.
  • the ambient lighting is reduced to a preset value, switched off by default and the measuring field lighting is increased to the preset value.
  • the sequential control system records image by image in the image manipulator, stores it with the identifier, displays it with the measurement and auxiliary windows on the control monitor and, in parallel, transfers the image windows digitally, evaluates them in the described process steps and the results in the primary data matrix saved.
  • the window coordinates are changed in accordance with the sequence planning by controlling the image manipulator and, if necessary, the measuring field coordinates are also changed by controlling the imaging system.
  • the quotient from the number of recognized vessels to the number of lines in the measurement window is preferably used as the quality parameter QUALI.
  • This quality parameter is used to control the brightness of the measuring field to minimize the exposure to light.
  • further parameters can be derived from the intermediate results of the algorithms for window evaluation, which, as quality parameters, detect the image contrast, the SNR, the current photometric resolution and others, which optimize the optical filter layers by tilting in the beam path, optimize the light load and optimize of CCD camera properties can be used.
  • the adaptive control of the CCD camera according to the measurement optimization criteria according to the invention enables adaptation to the high biological variability in image quality.
  • the use of quality parameters is not mandatory.
  • vascular signals such as the squares and 4.
  • Potencies of the vessel diameter which can be set by default, as described earlier, stored in the primary data matrix and included in the parameter determination.
  • the determination of additional plethysmographic vessel signals, the vessel diameter and its, can also be included in this group of methods
  • the formation of parameters, the selected evaluation methods and associated masks and filter parameters are called up and set one after the other according to the default setting.
  • the adjustable masks and filters data from the primary data matrix, or the parameter matrices of the current image sequence and possibly also from the reference image sequence, are compiled, processed and processed with the current evaluation method for determining the parameter and then stored in the parameter matrices.
  • the process block on-line presentation accesses the primary data and parameter matrices, possibly also the control matrices via adjustable masks, in order to calculate the output data with the selected presentation methods and to transfer them to the control unit SS for output in the next cycle.
  • the on-line measurement process is ended, the marices of the current image sequence are saved, documentation programs are called up via the menu if required, and the measured value logs and the result presentations created in the on-line process are output on paper.
  • the pre-set evaluation programs for parameter formation and corresponding presentation programs are processed automatically, or menu-driven individual formation of parameters and the creation and output of suitable result presentations.
  • the integration of the database manager also allows the inclusion and comparison of the results of any other image sequences stored in the database.
  • a significant novelty of the invention compared to the technical state of the art is the possibility of continuously determining and analyzing the vessel diameter on-line at the same time as the location dependency along the vessel.
  • the invention also enables the measurement error and thus the detection limit for
  • FIG. 6 shows a functional diagram with the comparative representation of vasomotion peak values and pulsation peak values.
  • the representation for the spectral power of the pulsation frequency and vasomotion frequency would look similar.
  • the values of the parameters are plotted in the direction of the y-axis with the course of the vessels as the abscissa, positive for the vasomotion and negative for the pulsation.
  • the graphic is stored with the fundus image so that the parameters and their measuring locations are assigned to the background of the eye again. This picture shows the advantage of this presentation of results, which enables quick problem identification and evaluation.
  • Immovable vascular areas with very small or missing vasomotions and pulsations indicate skierotic vascular areas.
  • Vascular areas with a lack of vasomotion but with pulsations mean that these areas still react flexibly to blood pressure, but do not show any activity of the vascular muscles.
  • Vasomotion and pulsations can not only be detected, but also quantified locally.
  • the possibility of the invention not only to measure simultaneously on several vessels in a measurement window, that is to say in parallel, but also to detect vessels of different quadrants in one session quasi-parallel with a plurality of measurement windows represents a further significant advantage.
  • FIG. 7 shows the changes in the mean vessel diameter D over the vascular section over time and measurement phases together with the mean upper arm blood pressure PP.
  • the advantage of the continuous recording of the vessel diameter according to the invention under provocation, as well the connection to blood pressure and the combination according to the invention of the types of provocation used in the example is clear here.
  • the Vo ⁇ hase the initial value of the vessel diameter, so to speak its working point under the current blood pressure conditions is measured.
  • the physical stress leads to an increase in blood pressure and accordingly to a passive dilation of the vessels, which due to the stretching is answered with a constriction (autoregulation).
  • the quotients that can be calculated as parameters, for example from changes or increases in blood pressure and vessel diameter, are a measure of the flexibility of the vessel wall (provocation phase P1) and of the contraction response in the second maximum (reaction phase 1). While in the provocation phase P2 an increase in blood pressure as in phase P1 is achieved by rebreathing and the beginning of the contracting autoregulation is just barely recognizable, in the second part of P2 the metabolic regulation begins in response to the rebreathing.
  • the maximum makes the reserve for regulatory expansion clear and can also return to the size of the province, for example. to the changes or increases in the CO 2 or O 2 content of the rebreathing air, not shown in this diagram.
  • the regulative area the upper and lower regulative
  • the ability of the vessels to regulate can be assessed directly for the first time.
  • the major advantage is the new possibility of evaluating the current vessel diameter.
  • the anatomical spread of the retinal branch vessel diameters is 15 to 20% interindividually, which allows the detection of a constriction or widening only with gross changes and very uncertain.
  • a narrow or wide position can be based on the upper and lower regulatory reserves evaluate much more sensitive and safe.
  • the absolute value of the vessel diameter has hardly any meaning. This eliminates the source of error of the individual imaging scale of the eye, provided that changes in the optical properties of the eye can be neglected between the examinations.
  • FIG. 7 is particularly suitable for on-line presentation as a display in a window of monitor M2. In this case it would also make sense to display the oxygen and CO 2 content of the breathing air in parallel.
  • Figure 8 shows another example of the comparative presentation of results on the behavior of a branch vessel at two different times, e.g. before and after therapy.
  • the actual path along the course of the vessel is shown as the abscissa and the spectral vasomation performance and the local change in the vessel section for the current image sequence (full line) and the reference image sequence whose vessel diameter was used as the reference value in the coordinate origin is shown as the ordinate.
  • the vessel widened, particularly strongly in the first half of the section. It is precisely in this area that the vasomotion missing at the reference time is not yet normal, while the vasomotion is restored in the originally contracted vascular area.
  • Embodiments of the invention result in a surprising effect and a reproducibility or detection limit for changes in diameter which is sufficient for many clinical questions.
  • the fixation device according to the invention makes it possible to dispense with the automatic reproducibility of the measurement location if inaccuracies in the assignment of the vessel sections to one another are permitted. You can also do without the auxiliary window if you allow local inaccuracies in the measured value assignment, which, due to eye movements, lead to a more or less strong and exact moving averaging over the location dependency combined with a reduction in the local resolution.
  • a simple embodiment consists, for example, of a retinal camera with a known one Illumination and imaging beam path that is not modified at all. The usual red free filter is used as a filter.
  • Additional provocation and measuring systems as well as the parallel recorder recording of the TV picture are also dispensed with. Only a measurement window with a scan area is placed in the image, or a measurement window that covers the entire scan area.
  • the parameters can be determined and presented as in the first exemplary embodiment, but only the temporal or local course or only the averaged pulsation period can be assessed visually. It is a prerequisite that the vessel diameter is determined with local resolution in the non-scanning measurement window and not as the mean value for the measurement window as in the scanning measurement window.
  • the off-line application according to the invention makes it possible to evaluate all of the vessel sections that can be measured in the image, in that the scanning movement covers the entire image field in sections in succession or, according to the invention, the scanning movement of the measuring window is controlled in such a way that the center of the vessel is always in the center of the measuring window and the scanning movement in both directions of the vessel course as long as the vessel is measurable.
  • a ring-shaped auxiliary window is sufficient, the diameter of which is larger than that of the papilla. This auxiliary window generates small measurement windows at the locations of recognizable vessels, the scanning movements of which adaptively follow the course of the vessel.
  • Another simple embodiment is the plethysmographic spectral analysis for conjunctival vessels, which is another simple embodiment.
  • An illumination beam path with a red-blocked bandpass filter 540 nm with 100 nm bandwidth and an imaging beam path is used as the imaging system, e.g. can be a slit lamp, with a single-surface photoelectric sensor that is matched to the spectral transmission of the filter being located in the imaging beam path.
  • An amplifier and a frequency analyzer, which outputs the power spectrum, is connected downstream of the sensor. With the imaging system, a larger vessel of microcirculation is transferred to the photoelectric
  • Measuring area of the sensor shown This mapping must be done in such a way that the vessel diameter in the vessel section is completely covered by the measuring surface.
  • the frequency spectrum provides the pulsation and vasomotion performance, whose values or their quotient are displayed as a parameter for clinical evaluation.
  • the exemplary embodiment can be extended to other optically accessible areas, for example by using and modifying endoscopes as an imaging system.
  • endoscopes as an imaging system.
  • fluorescence angiograph see imaging systems, also makes sense. It is initially irrelevant to the invention whether conventional optical systems or laser scanners are used as imaging systems.
  • laser scanners has the disadvantage, however, that the reproducibility and locality that can be achieved Resolution or accuracy of the local measured value assignment is significantly reduced.
  • the measuring surface covers the entire scan area and the evaluation of the measuring surface reflects the local course of the vessel diameter or, advantageously, with a low computing power, as described in the exemplary embodiment, consists of a narrow measuring window that has an average value for the Reproduces the vessel diameter in the measuring window and determines the local course one after the other by a scanning movement of the measuring window.
  • the computational hardware basis only determines the compromise between temporal, local resolution, number and area of the measuring window, and the performance of the online result presentation.
  • a special embodiment of the invention is the design of an annular measuring fei congruent to an annular measuring surface.
  • the ring-shaped measuring surface can also be composed by a plurality of strip-shaped measuring surfaces which are combined to form a polygonal ring, preferably with ends which overlap one another.
  • this embodiment of the invention requires a higher computing power for the online capability.
  • the decisive factor is the precise local assignment of the measured values and the measuring locations to one another within the image or object level.
  • MBF field diaphragm (picture is created at the back of the eye)
  • G1, G2 end points of the scanning area or the measuring surface in the direction of the vessel

Abstract

Eine Vorrichtung zur Untersuchung von biologischen Gefässen, vorzugsweise von retinalen Gefässen, enthält eine Auswerteeinheit in Form einer Bildmanipulationseinheit (BM) zur ausschnittsweisen Digitalisierung oder Ausblendung mindestens eines Messfensters, wobei mindestens ein Gefässabschnitt in einem elektronischen Bild oder in einer elektronischen Bildfolge abgebildet wird, die der Auswerteeinheit zugeführt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von biologischen Gefäßen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung von biologischen Gefäßen, vorzugsweise von retinalen Gefäßen, wobei mindestens ein Gefäßabschnitt in einem elektronischen Bild oder in einer elektronischen Bildfolge abgebildet wird, die einer Auswerteeinheit zugeführt wird. Die Erfindung ist zur funktionsdiagnostischen Analyse für alle optisch zugängigen oder auf sonstiger Weise abbildbaren Blutgefäße anwendbar. Vorzugsweise dient sie zur Untersuchung des Gefäßverhaltens der großen Netzhautgefäße. Sie ist jedoch auch zur Untersuchung von Gefäßen der Regenbogenhaut, der Bindehaut sowie von Gefäßen, die mit dem Mikro- skop oder Endoskop oder auf andere Weise optisch zugängig sind, anwendbar. Insbesondere können auch Gefäße, die während einer Operation freigelegt sind, mittels Operationsmikroskop beobachtet und untersucht werden. Die Anwendung der Erfindung ist sowohl an menschlichen Gefäßen als auch zur Untersuchung von Tieren möglich. Die Abbildung der Gefäße kann dabei durch optische Abbildungssysteme mit optoelektronischer Bildwandlung oder durch elektronische Bilderzeugungssysteme, z.B. Scannen fotografischer Gefäßbilder, erfolgen. Die Anwendung ist nicht nur auf die Untersuchung von Gefäßen der Mikrozirkulation beschränkt, sie kann in vorteilhafter Weise auch an großen, mittels Ultraschall und anderen bildgebenden Prinzipien erzeugten Bildern von Gefäßabschnitten eingesetzt werden.
Im Stand der Technik ist es zur Untersuchung an Gefäßen bekannt, Gefäßweitenmessungen am Augenhintergrund durchzuführen. Diese Verfahren basieren auf der Verwendung optischer Feinmeßtechnik im ophthalmosko- pischen Bild, dem Einsatz optischer Feinmeßtechnik und Densitometrie am fotografischen Negativ oder auf fotoelektrischen Meßverfahren.
Nach DE 38 39 272 ist eine Anordnung zur Messung am Augenhintergrund bekannt, die auch für den klinischen Einsatz geeignet ist und eine Gefäßweitenmessung ermöglicht, wobei die objektive Erfassung feiner pulsatori- scher, auto- bzw. lokal regulativer Gefäß weitenänderungen ermöglicht werden soll. Dabei wird ein und dasselbe Bildfeld mit Gefäßen des Augenhintergrundes auf mindestens zwei CCD-Zeilenabschnitte abgebildet, wobei Mittel zur Veränderung der Bildlage und optischen Eigenschaften des Bildes vorgesehen sind. Die Anordnung kann kontinuierlich aber auch im Blitzbetrieb arbeiten. Ebenfalls mit einer CCD-Zeile arbeitet ein Meßplatz nach Suzuki ,Y (Surv
Ophthalmol 1995, May; 39 Suppl. 1: 57-65).
Die Nachteile der angeführten Lösungsvorschläge bestehen u.a. darin, daß man mit einzelnen CCD-Zeilen nur quasikontinuierlche Messungen mit gegenüber dem technischen Stand etwas verbesserter Reproduzierbarkeit, aber nach wie vor nur mit hohem systematischen Fehler zwischen den
Sitzungen und im Verlauf von Untersuchungen durchführen kann. Klinisch relevante, sinnvolle Aussagen erhält man nur im Gruppenmittel. Das komplexe Verhalten der Gefäße, u.a. die Darstellung freier lokal regulativer Gefäßreaktionen und pulsatorischer Veränderungen sind im Einzelfall nicht sicher und meistens gar nicht nachweisbar. Verschiedene Vorrichtungen bzw. Verfahren werden beschrieben, um unter Verwendung von pulssynchronen TV-Bildern oder fotografischen Bildern die Pulsform der Retinagefäße zu erfassen. Für derartige Untersuchungen wird durch zusätzliche Erfassung von Pulssignalen die Bildaufnahme bzw. Digitalisierung pulssynchron gesteuert. Dazu wird in US 50 31 632 eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, mit dem aus einer pulssynchronen TV-Bildfolge die Pulsform an jeweils nur einer Stelle eines Gefäßes on line ermittelbar sein soll. Dem steht entgegen, daß die vorgeschlagene Lösung eine prinzipbedingte, außerordentlich hohe Meßunsicherheit aufweist, die eine klinisch relevante individuelle Erfassung der Pulsform retinaler Gefäßdurchmesser nicht ermöglicht. Die dargestellten Pulsformen entsprechen nicht den tatsächlichen Pulsformen, wie sie anhand der Netzhautgefäßdurchmesser meßbar sind.
Ein ähnliches Verfahren wird von Dumskyi et al (1996 Curr Eye Res. 1996 Jun; 15(6); 652-632) beschrieben. Diese Verfahren sind nicht on line fähig, sehr zeitaufwendig und zu ungenau und besitzen ebenfalls nur Bedeutung für Aussagen im Gruppenmittel.
Ein anderes fotoelektrisches Verfahren wird von Delori (Applied Optics Vol. 27, No 6,1988, 1113-1125) vorgestellt, bei dem zusätzlich die Ermittlung des Gefäßdurchmessers erfolgt. Das Meßprinzip unterscheidet sich grundsätzlich von dem nachfolgend beschriebenen Lösungsvorschlag. Eine kleine spaltförmige Meßfläche scannt unter verschiedenfarbigen, extrem schmalbandigen Beleuchtungslicht an einer Stelle des Gefäßes senkrecht zum Gefäßverlauf über den Gefäßdurchmesser und die sich ergebenden Helligkeitsprofile werden zu einem Summenprofil ortskorrigiert zusammengefaßt, an dem dann der Gefäßdurchmesser aus den sehr fehlerbehafteten Halbwertsbreiten der Kanten errechnet wird. Hohe systematische Fehlerquellen, insbesondere durch Augenbewegungen, die mit dem angege- benen Prinzip nicht vollständig korrigierbar sind, insbesondere von Augenbewegungen während des Scannprozesses, die gar nicht korrigierbar sind, gehen in das Meßergebnis ein. das Meßsystem kann prinzipbedingt nur quasikontinuierliche Meßwerte mit Meßzeiten um 1,6 bis 3 s liefern.
Gelegentlich werden in der Literatur Versuche beschrieben, mit Standartverfahren der Bildverarbeitung oder aufwendigen mathematischen Algorithmen den Durchmesser von Netzhautgefäßen zu erfassen. So beschreiben beispielsweise Schack und Mitarbeiter (Mustererkennung 1994, Springer-Verlag, 475 - 481) spezielle adaptive Verfahren, die aber weder die erforderliche Genauigkeit ermöglichen noch on-line-fähig sind, obwohl die mathematischen Ansätze zunächst vielversprechender sind als die bekannten und ungeeigneten Standardverfahren der Bildbearbeitung zur Kantenerkennung .
Mit den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen lassen sich Reproduzierbarkeiten zwischen den Sitzungen nur mit geringer Genauigkeit erreichen. Diese Reproduzierbarkeit ist für den signifikanten Nachweis regulatorischer Kenngrößen und pathologischer sowie therapeutischer Veränderungen individuell an einem Gefäß eines Patienten nicht geeignet. Regulatorische Veränderungen sowie physiologische Rhythmen stochasti- scher Änderungen der Gefäßdurchmesser weisen Abweichungen von weniger als 10 %, teilweise nur 1 bis 2 % auf und sind mit den bekannten Methoden nicht individuell signifikant nachweisbar. Die bisherigen Verfahren sind meist nicht on-line-fähig und/oder besitzen keine ausreichende Zeitauflösung und/oder sind für den klinischen Einsatz nicht praktikabel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Untersuchung an Gefäßen anzugeben, mit denen das komplexe Gefäßverhalten erfaßbar wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den in den Patentansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus.
Mit der Erfindung werden technischen Voraussetzungen für die kontinuierliche Messung des Gefäßdurchmessers in Verbindung mit der quasigleich- zeitigen bzw. exakt gleichzeitigen Erfassung der zeitlichen und örtlichen
Abhängigkeiten und deren Änderungen geschaffen. Dadurch wird die bisher als Fehlerquelle interpretierte biologische Variabiltät u.a. als Vasomotion, Blutdruckwellen und örtliche Lumenänderungen erfaßbar und klinisch bewertbar. Überraschender Weise sind physiologische Effekte wie Bayliss-Effekt, Meyer- Wellen, Vasomotionen, gefäßortabhängige Veränderungen, po2- und pco2-Änderungen individuell an einzelnen Gefäßabschnitten und Personen nicht nur nachweisbar, sondern auch in ihrem zeitlichen und örtlichen Verlauf entlang eines Gefäßes registrierbar. Daraus ergibt sich eine völlig neue Quaöität für dieUntersuchung von Gefäßen der Mikrozi rkulation .
Die Erfindung ermöglicht nicht nur die Gleichzeitigkeit der on-line-Erfas- sung von Orts- und Zeitabhängigkeit, sondern auch die gleichzeitige on-li- ne-Erfassung mehrerer Gefäße.
Die Erfindung reduziert den systematischen Fehler der Messungen erheblich, verbessert spürbar die Reproduzierbarkeit und ermöglicht den hochsi- gnifikaten Nachweis pathologischer, therapeutischer oder provozierter
Veränderungen für einzelne Gefäßabschnitte individuell für einzelne Personen und schafft damit erstmalig die Voraussetzung für eine individuelle Therapieoptimierung aus Sicht des Gefäßverhaltens.
Die Erfindung realisiert die Möglichkeit zur Datenerfassung und effektiven
-auswertung für eine Vielzahl nützlicher und neuer diagnostischer Methoden zur Bewertung des Gefäßverhaltens und ist nicht auf die Netzhautgefäße beschränkt.
Ferner ermöglicht es die Anwendung der Erfindung, für bisher nicht meßbarere Netzhautgefäße aussagefähige Kenngrößen zu bilden, die sich grafisch in übersichtlicher Weise darstellen lassen und die Bewertung der Vielfalt der Meßwerte überhaupt erst ermöglichen.
Besonders vorteilhaft sind die auf spezielle Aussagen zugeschnitten besonderen Präsentationsformen, insbesondere die nachträgliche bildrichtige Zuordnung der aus dem Bild gewonnenen Meßdaten zurück in das Bild. Weiterhin gestattet es die Erfindung Kenngrößen aus einer Spektralanalyse des Gefäßdurchmessers zu gewinnen.
Ferner ist es günstig, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung die Verfahren mit kostengünstiger PC-Technik on-line-fähig sind.
Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung verschiedenen speziellen Anordnungen besteht , die auch einzeln verwendet werden können. Hierzu zählen insbesondere: - Eine erfindungsgemäße Fixationsvorrichtung mit einheitlichen auf den
Objektraum-Augenhintergrund bezogene Fixationskoordinaten, wodurch die Vergleichbarkeit der Meßergebnisse gewährleistet wird, - Die Anordnung eines oder mehrerer Hilfsfensters zur Reduzierung des Einflusses von Augenbewegungen und - die Verwendung eines Meßfeldes, wodurch die Lichtbelastung am Auge reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung lassen eine Vielzahl verschiedener Ausführungen mit unterschiedlichen
Fragestellungen bzw. klinischen Aussagen zu, die gleichermaßen von klinischer Relevanz sind. Als fotoelektrische Empfängeranordnungen kommen sowohl digitale oder analoge Aufzeichnungssystem für Bildfolgen in Frage als auch bildgebende Systeme, wie z.B. Laserscanner-Systeme und konven- tionelle optisch abbildende Systeme mit optoelektronischer Bildgebung oder auch beliebige andere Systeme, die ein elektronisches Bild von einem Gefäßabschnitt liefern können, womit die Vielzahl der möglichen Ausführungsformen der Erfindung noch erweitert wird. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Hierzu wird ein Meßplatz zur on-line-Unterschung papillennaher retinaler Astgefäßabschnitte erläutert. Klinischer Hintergrund ist dabei u.a. die Fragestellung nach dem Grad lokaler Regulationsfähigkeit und nach den Ursachen eingeschränkter lokaler Regulation bezüglich Vasomotions oder Kontraktilitätsfähigkeit und Gefäßwandsteifigkeit entlang von Gefäßabschnitten. Diese klinischen Fragestellungen konnten mit keinem der bekannten Verfahren untersucht werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild der Gesamtvorrichtung,
Figur 2 ein Blockschaltbild für die im Ausführungsbeispiel beschriebene Vorrichtung,
Figur 3 ein Blockschaltbild für die im Ausführungsbeispiel beschriebene Vorrichtung in einer zweiten Ansicht,
Figur 4 die Darstellung eines Bildfeldes mit Fenstern,
Figur 5 ein Blockschaltbild des Verfahrensablaufes,
Figur 6 ein Präsentationsbeispiel für ein Funktionsbild, Figur 7 ein Präsentationsbeispiel für die Zeitdarstellung,
Figur 8 ein Präsentationsbeispiel für den Gefäßverlauf,
Figur 9 Spiegel und Pupillenlagen in der Spiegelebene S1/S2/S3,
Figur 10 die Ausführungsform MSB,
Figur 11 die Ausführungsform USB,
Figur 12 eine Darstellung der Bildung der Primärdatenfolge zum Gefäßdurchmesser bei scannender Meßfläche,
Figur 13 eine Darstellung der Bildungder Primärdatenfolge zum Gefäßdurchmesser bei paralleler Erfassung der Ortsabhängigkeit und
Figur 14 eine Darstellung verschiedener Anordnungen des Scanbereiches.
Figur 1 erläutert die Gesamtanordnung der Vorrichtung. Objekt O sind vorzugsweise die großen retinalen Astgefäße des lebenden menschlichen Auges und der Objektraum ist mit dem Augenhintergrund gegeben. Als Bezugspunkt des Objektraumes wird die Foveola definiert. Als Videoquelle wird ein bildgebendes System BS in Form einer weiter unten beschriebenen beleuchtungsseitig modifizierten Netzhautkamera mit einer neuartigen ebenfalls weiter unten beschriebenen kombinierten Innen- und Außenfixationsvorrichtung FI sowie einem CCD-Bildsensor als Bildempfänger BE eingesetzt. Das bildgebende System BS dient der Beleuchtung und optischen Abbildung der notwendigen Fundusausschnitte mit den zu untersuchenden Gefäßabschnitten. Der Bildempfänger BE dient der optoelektronischen Bildwandlung in eine vorzugsweise kontinuierliche TV-Bildfolge.
Die vom Bildempfänger BE kommenden analogen Videosignale der Bildfolge werden einem Bildmanipulator BM zugeführt. Der Bildmanipulator BM, beispielsweise ein Framegrabber, ist mit Mitteln versehen, die die erfindungsgemäßen weiter unten beschriebenen Bildfenster und die zugehörigen Zeitfenster realisieren und die Fensterinhalte innerhalb der Zeitfenster digitalisiert an die signalverarbeitenden Einheit BV übergeben. Die Bildfenster sind vorzugsweise in Geometrie und Lage und Zeitfenster bezüglich der Meß- und Aufnahmezeiten und deren Aufeinanderfolge von Bild zu Bild adaptiv zum Meßvorgang veränderbar. In der Bildmanipulatoreinheit sind weiterhin Mittel zu Darstellung des Videobildes auf einem Einstellmonitor EP, Mittel zur Darstellung der aktuellen Fenster und Fensterlagen im Fundusbild des Monitors und Mittel zur Beschriftung der Videobilder auf dem Monitor vorzugsweise mit dem Datum, der Bezugs- zeit und einer Identifikationsnummer der aktuellen Untersuchung IDU. Der
Einstellmonitor Ml ist ein Mittel zur Ergebnispräsentation EP und dient der Beobachtung des aktuellen Ergebnisses der Einstellung der zu untersuchenden Gefäßabschnitte zu den Fenstern für die Kontrolle oder Korrektur vor und während des Untersuchungsprozesses.
Die signalverarbeitende Einheit BV besteht aus Speicher- und rechentechnischen Einheiten, Durchmessermodul DM genannt, die die digitalisierten Fensterinhalte nach den weiter unten beschrieben Verfahren verarbeiten, Gefäßabschnitte in den einzelnen Zeilen oder Spalten automatisch erkennen, Gefäßdurchmesser schräglagekorrigiert bestimmen und gemeinsam mit ihren Gefäßmittenlagen im Fenster an die Steuereinheit ausgeben. Im weiteren besteht die signalverarbeitende Einheit aus rechentechnischen und speichertechnischen Mitteln zur Auswertung der Meßergebnisse zum
Gefäßdurchmesser, der optional zusätzlich gemessenen Daten aus MS und der Steuerdaten von SS, der Speicherung der Meß- und Auswerteergebnisse in Verbindung mit den Patientendaten - und Steuerdaten und der Bildung von Kenngrößen. (Auswertemodul AM) Weitere vorgesehene Mittel dienen der Berechnung der Ergebnispräsentationen und Zusammenstellung der Meßprotokolle (Präsentationsmodul PM), deren Daten über die Steuereinheit den Mitteln der Ausgabeeinheit (EP) zugeführt werden. Weiterhin enthält die Einheit BV Mittel zur Speicherung und Verwaltung einer Datenbank (Datenbankmodul DBM) in die Meß- , Steuer-, Patienten- und Auswertedaten in der weiter unten beschriebenen vorzugsweisen Form abgelegt werden und zu weiteren Verwendung neu zusammengestellt und den Auswerte- oder Präsentationsmodulen werden. Die genannten Module besitzen vorzugsweise eigene Prozessoren. Der Durchmessermodul kann vorzugsweise zur Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit als Mehrprozessorsy stem aufgebaut sein. Eine andere hardwaremäßige Realisierung der genannten Module kann zudem teilweise oder ganz in Risk-Technik ausgeführt sein.
Die Steuereinheit SS besteht aus Speicher- und rechentechnischen Einheiten zur Realisierung der weiter unten beschriebenen Ablaufsteuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie aus Mitteln zur Realisierung, Ansteuerung und Abfrage der der Schnittstellen zur den Eingabeeinheiten für den Dialogbetrieb (DE) für die optionalen Meßsysteme MS, zu den optionalen Manipulationseinheiten, zur Fixationseinheit (FI) zur CCD- Kamera (BE) und zum bildgebenden System BS. Die Steuereinheit steuert den gesamten Meß- und Auswerteprozeß des erfindungsgemäßen weiter unten beschriebenen Verfahrens.
Mit der Einheit DE sind Eingabemittel zum Dialogbetrieb, vorzugsweise Maus und Tastatur vorgesehen.
Mit EP sind neben den bereits beschrieben Einstellmonitor Ml Mittel zur Ergebnispräsentation, vorzugsweise ein PC- Monitor M2 und ein Farbdruk- ker FD vorgesehen. Über den PC- Monitor M2 werden vorzugsweise auch die Ausgaben des Systems zum Dialogbetrieb zum Untersucher realisiert.
Vorzugsweise wird optional ein durch SS steuerbarer Bildspeicher angeordnet, der vorzugsweise parallel zum Meßprozeß die der BM von BE zugeführte Bildfolge ganz oder teilweise aufzeichnet und zu beliebiger Zeit diese gespeicherte Bildfolge anstelle der von BE kommenden Bildfolge der
BM z.B. zur Anzeige auf dem Einstellmonitor oder zur Auswertung wiedergeben kann. Es sind Mittel im Videospeicher und in der SS vorgesehen, die im Falle einer analogen Bandaufzeichnung mit einem steuerbaren Videorecorder, z.B. des Typs AG7355 mit serieller Schnittstelle (Panasonic) das Band mit einem Timecode und einer Band- Identifikation kennzeichnen oder bei digitalen Bildspeicher mindestens mit der Bezugszeit und einer Untersuchungsidentifikation (IDU) (siehe weiter unten ) bildweise kennzeichnen. Diese Mittel ermöglichen ebenfalls die vollständige Steuerung aller bekannten Funktionen eines TV- Bildspeichers, wie z.B. Aufzeichnung, Suche, Rücklauf, Vorlauf, Wiedergabe, u.a.. Für die Erfindung unerheblich, ob die Bildfolge analog oder digital gespeichert wird. Für die optionale parallele Bildaufzeichnung ist der Framegrabber zur Realisierung der Bildspeicherung und Wiedergabe einschließlich der Bildbeschriftung bzw. Kennzeichnung sowie zur Übergabe bzw. Übernahme der Bildfolgen geeignet zu konfigurieren. Diese Mittel ermöglichen gesteuert durch SS die von BE kommenden Bildfolge bildweise zu beschriften und zur Speicherung dem Bildspeicher zur Verfü- gung zu stellen sowie im Falle der Wiedergabe gespeicherte Bildfolgen anstelle der Bildfolgen von BE zu übernehmen und zu bearbeiten. Die Bildbeschriftung erfolgt vorzugsweise bildweise mit dem Namen, der DU und der Bezugszeit. Es kann vorteilhaft sein auch andere Daten in das Bild zu schreiben, die dann von der SS an BM übergeben werden müssen. Im Falle der optionalen Benutzung eines Videospeichers wird in der Datenbank der Bezug zwischen der jeweiligen Untersuchungs- und Patientendaten zu den gespeicherten Bildern bzw. Bildfolgen und deren Zeitbezug hergestellt.
Die Meß- und Manipulationseinheiten MP / MS werden optional entsprechend der medizinischen Fragestellung zusammengestellt. Vorzugsweise sind aber für alle Untersuchungen Mittel zur quasikontinuierlichen Messung des Blutdruckes vorgesehen, die vorzugsweise in Abständen von 1 min, mindestens aber unmittelbar vor und nach eines Untersuchungsvorganges über SS vorzugsweise ablaufgesteuert systolischen und diastoli- schen Blutdruckwert bestimmt und über SS zur Speicherung, Auswertung und Präsentation zur Verfügung stellt. Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Modifizierung der Netzhautkamera näher erläutert. Die Modifizierung betrifft den Einbau eines erfindungsgemäßen Fixations- system, bestehend aus Außen- und Innenfixation, dem Einsatz spezieller Meßfilter und zusätzlicher Mittel und Modifizierungen im Beleuchtungsstrahlengang sowie Mittel zur Steuerung von Einheiten des Beleuchtungsstrahlenganges einschließlich der Lichtquellen. Die nachfolgend beschriebenen Modifizierungen sind bis auf den Einsatz der Spezialfilter für die Erfindung nicht zwingend, sondern stellen lediglich vorteilhafte Ausführungen dar, die die Vorteile der Erfindung besonders gut zum tragen bringen.
Das bildgebende System BS ist in den Figuren 2 und 3 näher dargestellt.
Die Figuren zeigen zwei senkrecht zueinander angeordnete Ansichten, wobei Fig. 3 die Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 2 aus der Richtung A darstellt. Es besteht aus einem abbildenden Hauptstrahlengang HS mit der Ophthalmoskoplinse OL und dem Linsensystem HOS, einem Umfeld- beleuchtungsstrahlengang US mit dem Umfeldbeleuchtungssystem UBS, einem Meßfeldbeleuchtungsstrahlengang MS mit dem Meßfeldbeleuch- tungssystem MBS sowie dem Fixationsstrahlengang FS. Der Fixations- strahlengang teilt sich über zwei in Fig. 3b dargestellte Spiegel S4a und S4b (Fig. 3) in einen äußeren Fixationsstrahlengang FAS und einen inneren Fixationsstrahlengang FIS auf, wobei in Fig. 2 nur der innere Fixationsstrahlengang zu sehen ist, der im Bereich der Beleuchtungspupillenenebene über den Spiegel S3 in den Hauptstrahlengang eingespiegelt wird und bezüglich der Darstellungsansicht aus senkrechter Richtung zur Papierebene kommt und dann gemeinsam und parallel mit dem Hauptstrahlengang HS und den Beleuchtungsstrahlengängen US und MS .über die Ophthalmoskoplinse OL in das Auge eintritt.
Umfeldbeleuchtungsstrahlengang US und Meßfeldbeleuchtungsstrahlen- gang MS dienen erfindungsgemäß der voneinander unabhängigen Beleuchtung des Augenhintergrundes mit einem weiter unten beschrieben beleuchtungsseitigen Meßfeld und einem beleuchteten Umfeld. Beide Strahlengänge werden über den Spiegel Sl pupillenteilend in der beleuchtungsseitigen Pupilleneben p" wie in Fig. 9 dargestellt zusammengeführt und in den Hauptstrahlengang über den Spiegel S2 eingespiegelt. S2 und
Sl sind kongruent zueinander und realisieren in diesem Beispiel die Teilung bzw. Zusammenführung der Strahlengänge durch Pupillenteilung, d.h. daß alle beleuchtungs- und abbildungsseitigen Pupillenebenen einschließlich der des inneren Fixationsstrahlenganges im Bereich der Spiegel S2 und S3 in p' übereinanderf allen und kongruent zur Pupille des
Auges p sind.. Alle Strahlengänge verlaufen gemeinsam über die Ophthalmoskoplinse OL und durch die optischen Schichten des Objektes Auge und durchdringen den Objektraum mit den zu untersuchenden Netzhautgefäßabschnitten.
Die abbildenden Einheiten des Hauptstrahlengang sind die optischen Schichten des Auges, die Ophthalmoskoplinse OL und das Optiksystem HOS, die die Objektebene y in die Bildebene y" auf die Sensorebene des CCD-Empfängers BE abbilden, wobei sie in diesem Ausführungsbeispiel eine Zwischenbildebene in y' bilden. Der Hauptstrahlengang dient . neben der Erzeugung eines reflexfreien Bildes von Gefäßabschnitten auf der Empfängereben der CCD- Kamera BE, der Scharfstellung des Bildes (Fehlsichtigkeitsausgleich) durch bekannte Anordnung bekannter optischer Mittel im Strahlengang, die zum Linsensystem HOS zusammengefaßt sind. Das Optiksystem HOS ist mit einem über SS ansteuerbaren, nicht dargestellten Fehlsichtigkeitsausgleich versehen, der mittels Stellglied SG durch den Untersucher anhand des Kontrollbildes auf dem Einstellmonitor Ml eingestellt wird, wobei der Refraktionswert für die aktuelle Fehlsichtigkeit Geber bestimmt und als Signal BSR der Steuereinheit SS zugeführt wird. Der Refraktionswert des zu untersuchenden Auges kann dann in Bezug zu dem auf Unendlich akkomodi eilen Gullstrand 'sehen Auge in bekannter Weise aus dem durch bsr erfaßten Verstellung des Fehlsichtigkeitsausgleiches bestimmt werden, der in definierter Beziehung zum Refraktionswert steht, wenn das Fundusbild scharf eingestellt ist.
In anderer Ausführungsbeispielen sind die manuellen Stellglieder zur Bedienung des Fehlsichtigkeitsausgleiches durch automatische Stellglieder und Mittel zur Ansteuerung dieser Stellglieder vorgesehen, die in bekannter weise aus dem Bildern vom Augenhintergrund den Scharfstellzustand ermitteln und Steuersignale zur Scharfstellung bilden. Die Ansteuerung der Stellglieder wird dann von SS übernommen.
Der Umfeldbeleuchtungsstrahlengang US wird in den Meßbeleuchtungs- strahlengang MS mittels Lochspiegel Sl in einer vorzugsweise zur Beleuchtungspupille kongruenten Ebene durch geometrische Strahlenteilung derart eingespiegelt, daß die Umfeldbeleuchtungspupille den äußeren Strahlenbereich der Pupillenfläche nutzt. (Siehe Fig. 9) . Fig. 9 a zeigt die
Pupillenlagen von US und MS auf Sl. Fig. )b stellt die Pulpillenlagen aller Strahlengänge auf Spiegel S2 und S3 entgegengesetzt zur Blickrichtung A gesehen dar. Fig. 9c zeigt die Pupillenlage aller Strahlengänge im Auge. Die beleuchtungsseitige Beleuchtungsoptikeinheit BO dient der notwendigen Zwischenabbildung der Pulpillenlagen der Beleuchtungsstrahlengänge in p' und des Umfeldbeleuchtungsfeldes sowie des Meßbeleuchtungsfeldes auf den Augenhintergrund. Vorzugsweise ist der Strahlenraum im Pupillenbereich p" für die Abbildung von Meßbeleuchtungsfeld und Umfeldbeleuchtungsfeld im Unendlichen.
Das Meßfeldbeleuchtungssystem MBS erzeugt gemeinsam mit der Beleuchtungsoptik BO, der Ophthalmoskoplinse OL und den Schichten des
Auges ein helles beleuchtungsseitiges in der Objektebene am Augenhintergrund scharf abgebildetes Meßfeld. Das in Fig. 4 näher dargestellte Meßfeld stellt eine in Geometrie und Lage steuerbare beleuchtete Fläche am Augenhintergrund dar, in der die Messungen erfolgen und die die für die Messungen notwendige Beleuchtung in Helligkeit und spektraler Lichtzusammensetzung realisieren. Das Zusammenwirken von Meßfeld und dem beobachtungsseitigen Meßfenster wird mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahren weiter unter beschrieben. Das vorzugsweise für dieses Anwendungsbeispiel beschriebene Beleuch- tungssystem MBS ist in Figur 10 näher dargestellt. Eine mittels steuerbarer
Lampenstromversorgung SVMB gespeiste Halogenlampe LQMB beleuchtet über die Öffnungsblende MBÖ und das Linsensystem MBL1 die Meßfeldblende MB F. Das Linsensystem MBL2 bildet die Meßfeldblende MBF ins Unendliche ab und die Öffnungsblende MBÖ in die Pulpillene- bene p" , in der sich der Lochspiegel Sl befindet. Im parallelen Strahlengang befindet sich ein Bandpaßfilter FMB mit einer weiter unten definierten spektralen Charakteristik. Das beleuchtungsseitige Meßfeld ist vorzugsweise als Spalt ausgeführt. Mit der Verstelleinheit SMBF sind Mittel zur unabhängigen Einstellung von Spalthöhe und -breite sowie der Lage des Spaltes zur Bildfeldmitte beliebig in 2 senkrechten zueinander stehenden Koordinaten und in Richtung der optischen Achse. Damit kann das Spaltbild am Fundus auf beliebige Gefäßabschnitt mit beliebiger Fläche die gewünschten Gefäßabschnitte überdek- kend eingestellt werden. Die Spaltbewegung in Richtung der optischen Achse ermöglicht die Scharfstellung der Meßfeldbeleuchtung am Augenhintergrund entsprechend des ermittelten Fehlsichtigkeitswertes aus den bsr- Signalen.
Der In der Lampenstromversorgungseinheit SVMB sind Mittel zur Steuerung des Lampenstromes vorgesehen. Die Öffnungsblende MBÖ ist derart gestaltet, daß sie das in Figur 9 dargestellte Pupillenbild ergibt. Die zur automatischen Steuerung aller beschriebenen Einstellungen des Meßfeldbe- leuchtungssystems MBS notwendigen Signale werden zusammenfassend als beleuchtungsseitige Meßfeldkoordinaten bsm bezeichnet.
Das Umfeldbeleuchtungssystem UBS dient gemeinsam mit dem bildgebendem System BS, der Ophthalmoskoplinse OL und den optischen Schichten des Auges zur Beleuchtung des Augenhintergrundes. Diese Beleuchtung dient einerseits für die Übersicht bei der Einstellung des Augenhitergrundes und kann zum zweiten erfindungsgemäß auch zur Lichtprovokation der Netzhautgefäße eingesetzt werde. Unabhängig von der Einstellung der Meßfeldbeleuchtung kann die Umfeldbeleuchtung in Helligkeit, Geometrie, Lage am Augenhintergrund und spektrale Lichtzusammensetzung separat gesteuert werden. So kann man z.B. einen bezüglich dieser Koordinaten beliebigen Lichtreiz in die Netzhaut setzen und die Gefäßantwort analysieren. Das Zusammenwirken von Umfeldbeleuchtung und dem beobachtungsseitigen Meßfenster wird mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahren weiter unter beschrieben.
Das für diese Beschreibung gewählte Ausführungsbeispiel für das Umfeldbeleuchtungssystem ist in Fig. 11 beschrieben und nachfolgend erläutert. Eine mittels steuerbarer Lampenstromversorgung SVUB gespeiste
Halogenlampe LQUB beleuchtet über die Öffnungsblende UBÖ den Lichtmodulator LMUB und das Linsensystem UBL1 die Umfeldblende ÜB F. Das Linsensystem UBL2 bildet die Umfeldblende UBF ins Unendliche ab und die Öffnungsblende UBÖ in die Pulpillenebene p" , in der sich der Lochspiegel Sl befindet. Im parallelen Strahlengang befindet sich ein
Bandpaßfilter FUB für dieses Ausführungsbeispiel vorzugsweise mit einer der in den den Ansprüchen definierten spektralen Charakteristik. Die beleuchtungsseitige Umfeldblende ist als verstellbare Irisblende ausgeführt. Mit der Verstelleinheit UMBF sind Mittel zur Einstellung des Blendendurchmessers und der Lage der Irisblende in Richtung der optischen Achse vorgesehen. Die Irisblendenbewegung in Richtung der optischen Achse ermöglicht die Scharfstellung der Umfeldbeleuchtung am Augenhintergrund entsprechend des ermittelten Fehlsichtigkeitswertes aus den bsr- Signalen. In der Lampenstromversorgungseinheit SVUB sind Mittel zur Steuerung des Lampenstromes vorgesehen. Die Öffnungsblende UBÖ ist derart gestaltet, daß sie das in Figur 9 dargestellte Pupillenbild des Umfeldstrahlenganges ergibt. Die Lichtmanipulatoreinheit LMUB stellt einen Schalter zur Abdeckung der Öffnungsblendenöffnung und damit zur Modulation der Umfeldbeleuchtung dar, der durch die Einheit SLMMB angesteuert wird.
Die zur automatischen Steuerung aller beschriebenen Einstellungen des Umfeldbeleuchtungssystems MBS notwendigen Signale werden zusammenfassend als beleuchtungsseitige Meßfeldkoordinaten bsu bezeichnet. Eine optimale Fixation des zu untersuchenden Auges ist eine wesentliche Voraussetzung für optimale Untersuchungsergebnisse. Die beste Fixation ist die Innenfixation, d. h. dem zu untersuchenden Auge selbst wird die Fixationsmarke angeboten. Die Grenzen bestehen darin, daß die mit dem
Bildfeld erreichbaren Fundusabschnitte zur Peripherie begrenzt sind und in bestimmten Fällen das zu untersuchenden Auge die Fixationsmarke nicht sehen kann. Üblich ist daher die Verwendung der Außenfixation, bei der dem den nicht untersuchten Nachbarauge eine leuchtende im Raum beweg- liehe Fixationsmarke in einem Abstand vom Nachbarauge dargeboten wird.
Verschiedene Modifikationen dieser Innen- und Außenfixation des technischen Standes versuchen bereits Nachteile der üblichen Fixationseinrich- tungen zu beseitigen. So werden Mittel zur Scharf Stellung der Fixationsmarke verwendet oder/und werden blinkende Fixationsmarken verwendet oder/und werden Leuchtdiodenarrays vorgeschlagen mit definiert einstellbaren Fixationsmarken lagen im Raum für die Außenfixation. Die bisherigen Methoden haben jedoch einen wesentlichen Nachteil, der darin besteht, daß sie keine automatische und ausreichend reproduzierbare Einstellung der Fixationskoordinaten unabhängig von der Art der Fixation (Außen- oder Innenfixation).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fixation als Modifikation der Netzhautkamera hat mehrere Vorteile. Sie ermöglicht die Gleichzeitigkeit von Außen- und Innenfixation soll diesen Nachteil beseitigen und zugleich als Vorteil die automatische Einstellung der Fixationskoordinaten gewähr- leisten. Der wesentliche erfindungsgemäße Gesichtspunkt ist die einheitliche Koordinatenbasis im Objektraum, d.h. die Winkelstellung des untersuchten Auges und des Nachbarauges muß bei gleichen Fixationskoordinaten unabhängig von der Verwendung der Außen oder Innenfixation exakt gleich sein. Die erfindungsgemäße Lösung realisiert dieses Forderung durch Parallelität der optischen Hauptachsen des Hauptstrahlenganges mit denen des äußeren und inneren Fiaxationstrahlenganges. Figur 3 stellt ein Ausführungsbeispiel dazu dar. Das bildgebende System BS ist mit der integrierten Fixationseinrichtung in einer senkrechten
Ansicht zu Figur 2 dargestellt. . Beide Patientenaugen sind zu sehen, wobei das zu untersuchende Auge durch den in das Auge eindringenden Hauptstrahlengang HS gekennzeichnet ist. Der Hauptstrahlengang HS ist mit seiner optischen Hauptachse dargestellt. Die Fixationsmarke FME wird über das optische System FOS1 ins Unendliche abgebildet. Die Spiegeleinheit S4 spaltet den gemeinsamen Fixationsstrahlengang FS in den äußeren Fiaxationsstrahlengang FAS und den Inneren Fixationsstrahlengang auf. Diese Spiegel einheit enthält entweder einen um 90° kippbaren Spiegel oder enthält wie im Ausführungsbeispiel vorzugsweise zwei um 90° gegeneinan- der gekippte Spiegel, die jeweils die Aperturblenden für die beiden Strahlengänge FTS und FAS wie in Figur 3b dargestellt realisieren. Der Spiegel S4a wird mittels optischen System FOS2 als Pupillenbild von FTS in die die Pupillenebene des Hauptstrahlenganges abgebildet und spiegelt FTS parallel zum Hauptstrahlengang in Richtung des zu untersuchenden Auges ein. Dabei wird die Fixationsmarke in die Bildebene y' abgebildet. Der Spiegel
S4b wird über das optische System AA in die Augenpupille des Nachbarauges abgebildet, wobei das optische System AA die aus dem Unendlichen kommende Fiaxtionsmarke FME wieder in das Unendliche Abbildet und nicht dargestellte Mittel enthält zur Korrektur der Differenzfehlsichtigkeit zwischen den beiden Augen zur Scharfstellung der Fiaxationsmarke für das
Nachbarauge. Weiterhin sind nicht dargestellte bekannte Mittel zur Anpassung von FAS an den Augenabstand vorgesehen, die die Parallelität der optische Achse von FTS und FAS zueinander nicht verändern. Als Fixationsmarke wird eine Leuchtdiode verwendet. Mit SFME sind Mittel vorgesehen, die Leuchtdiode ausreichend feinfühling und bei ausreichend großer Fixationsmarkenbewegung in die kongruenten Bildebene zur Foveola zu bringen. Das wird durch Verstellung in Richtung der optischen
Achse des und in zwei senkrechten Koordinaten der kongruenten Bildebene zum Augenhintergrund erreicht, wobei die Fixationskoordinatenachsen vorzugsweise mit denen der CCD- Matrix und denen der Beleuchtungssysteme übereinstimmen. Die Scharfstellung der Fixationsmarke für das untersuchte Auge erfolgt durch Einstellung anhand der bereits ermittelten
Fehlsichtigskeitswerte, aus denen die Lage der zum Fundus kongruenten Ebene im Fixationsstahlengang berechnet wird und mittels Fiaxtionskoordi- naten und SFME eingestellt wird. Die Helligkeit der Leuchtdiode wird mittels Stromversorgungseinheit SVFLQ moduliert. Das Steuersignal erhält SVFLQ von der Steuereinheit
SS. Die Fixationssteuerkordinaten für die Leuchtdiodenbewegung und deren Helligkeit werden unter der Bezeichnung fk zusammengefaßt und von der Steuereinheit zur Verfügung gestellt.
Fig. 3 stellt das rechte Auge als zu untersuchendes Auge dar. Falls das linke
Auge untersucht werden soll wird der Hauptstrahlengang auf das linke Auge eingestellt. In diesem Fall muß das das Fixationssystem gespiegelt zur Hauptachse angeordnet sein. Es sind mechanische Mittel vorgesehen, die diese Spiegelung durch Drehung des gesamten Fixationssystem um 180° um die Hauptachse HS, verbunden mit der Kippung des Spiegels aus einer Stellung S3 um 90 ° gegen den Drehpunkt DP in die Stellung S3'. Nunmehr sind die Seitenverhältnisse genau einmal getauscht, wobei Mittel zur Detektion der Stellung des Fixationssystems (rechts oder Links ) vorgesehen sind, die dieses Stellung der Steuereinheit übermittelt und zur richtigen Berechnung der Fixationskoordinaten berücksichtigt. Vorteilhafter weise wird die Farbe der Fixationsmarke rot gewählt und ein ein rotsperrendes Filter unmittelbar vor der CCD Kamera zur Sperrung des Fixationslichtes angeordnet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des gewählten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Das Verfahren ermöglicht mit der beschriebenen Vorrichtung die vorzugsweise on-line, aber auch off-line-Messsung und geeignete Darstellung der Ortsabhängigkeit von Gefäßdurchmessern entlang von zu untersuchenden Gefäßabschnitten und zugleich in Abhängigkeit von der Zeit, sowie die Analyse des Gefäßverhaltens durch Einbeziehung von Provokationsverfah- ren und/ oder Bildung und vorteilhafter Darstellung relevanter Kenngrößen zur Beschreibung des örtlichen und des zeitlichen Gefäßverhalten. Dabei wird vorzugsweise die Ortsabhängigkeit über wenigstens einen Gefäßabschnitt von ausreichender Länge, vorzugsweise 1,5 mm Länge, zu einem gleichen Zeitintervall, z. B. innerhalb eines Bildes bestimmt. Diese exakte Gleichzeitigkeit ist aber nicht zwingend. Die Ermittlung von der
Ortsabhängigkeit entlang eines Gefäßabschnittes kann auch zeitlich aufeinanderfolgend von Gefäßabschnitt zu Gefäßabschnitt erfolgen, wenn die damit erreichbare Genauigkeit für die biologischen oder medizinischen Fragestellung noch ausreichend ist.
Der Untersuchungsvorgang erfolgt innerhalb der vorgegebene Fenster. Fig. 4 stellt den Zusammenhang zwischen dem Bildfeld, den Meß- und Hilfsfenstern, der Umfeld- bzw. Provoktionsbeleuchtung und der Meßfeldbeleuchtung dar.
Die durch UBS erzeugte Umfeldbeleuchtung dient während der Einstellung des zu untersuchenden Gefäßbereiches zur Orientierung am Augenhintergrund. Durchmesser der Umfeldbeleuchtung und Beleuchtungsstärke ist gerade so stark, daß eine Orientierung am Fundus möglich ist. Vorzugsweise ist die Standardeinstellung derart, daß die Umfeldbeleuchtung das ganze Bildfeld ausleuchtet, Papille und Gefäße gerade erkennbar sind.
Das durch MBS erzeugte Meßfeld dient der Beleuchtung der Meß- und
Hilfsfenster.
Das Meßfenster ist ein durch die Bildmanipulatoreinheit BM ausgeschnitte- ner, digitalisierter und der DV- Einheit zugeleiteter Bildbereich. Es ist jener
Bereich in dem die vom Gefäßdurchmessermodul automatisch erkennbaren Gefäßabschnitte entlang der Pixelzeilen oder/und Pixelspalten analysiert werden, daß heißt es werden alle Gefäßdurchmesser und die zugehörigen Gefäßmittenlagen der die Pixelzeilen und/oder Pixelspalten schneidenden und erkannten Gefäßabschnitte im Meßfenster ermittelt, an die Steuereinheit ausgegeben und in der Primärdatenmatrix zugeordnet zur Relativzeit RZ , in der das aktuelle Bild aufgenommen wurde, abgespeichert. Dabei ist der Gefäßdurchmesser bereits im Durchmessermodul schräglagekorrigiert worden, weil die Gefäß richtung nur in Ausnahmefällen ausreichend senkrecht zur Meßrichtung liegen. Wird der Gefäßdurchmesser in Richtung der Pixelspalten bestimmt, erfolgt die Registrierung der Ortsabhängigkeit des Gefäßdurchmessers entlang des Gefäßes dazu senkrechter Pixelzeilenrichtung und umgekehrt. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß die Meßrichtung und Ortsabhängigkeit senkrecht zueinander entsprechend der Pixelzeilen und Pixelspalten erfaßt. Die Meßfensterbreite in Meßrichtung für den Gefäßdurchmesser wird vorzugsweise so groß festgelegt, daß das Gefäß trotz Augenbewegungen das Meßfenster schneidet. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Meßfenster mehrere Gefäße schneiden kann und der
Durchmessermodul DM in diesem Fall alle die Meßfläche schneidenden Gefäßabschnitte auf die beschriebene Art analysiert bzw. meßtechnisch erfaßt. Senkrecht zur Meßrichtung sollte die Pixelzahl des Meßfensters mindestens so groß sein, daß aus der Verschiebung der Gefäßmitten im Meßfenster die Schräglage ermittelt und ein Wert zur Schräglagekorrektur gebildet werden kann. Die Schräglagekorrektur erfolgt vorzugsweise noch im Durchmessermodul. Dieses Meßprinzip ergibt dann automatisch senkrecht zur Meßrichtung für den Gefäßdurchmesser Pixelspalte für Pixelspalte bzw. Pixelzeile für Pixelzeile die Ortsabhängigkeit des Gefäß- durchmessers entlang des Gefäßes . Die Zeitabhängigkeit entsteht in der weiter unten näher beschrieben Primärmatrix zum Gefäßdurchmesser , wenn der Meßvorgang Bild für Bild mit zunehmender Relativzeit zum Meßbeginn (Bezugszeit) wiederholt wird. Bei Verwendung üblicher europäischer TV- Kameras beträgt die mögliche zeitliche Auflösung dann 40 ms.
Für die Schräglagekorrektur werden nur wenige Pixel senkrecht zur Meßrichtung benötigt. Für eine relevante und medizinisch verwertbare Ortsabhängigkeit des Gefäßdurchmessers reichen wenige Pixel in Richtung des Gefäßverlaufes nicht aus. Um die Ortsabhängigkeit befriedigend zu erfassen sind vorzugsweise zwei verschiedene Verfahren möglich.
Im ersten Fall wird ein spaltförmiges Meßfenster verwendet, daß je nach Lage des untersuchten Gefäßes im Bildfeld horizontal oder wie im Beispiel von Fig. 4 dargestellt vertikal das zu untersuchende Gefäß durch den Untersucher oder automatisch schneidend festgelegt wird. Die spaltförmige Meßfensterbreite wird vorzugsweise 10 Pixel breit gewählt, die Meßfensterhöhe z.B. 100 Pixel hoch. Die erfindungsgemäße bildweise Steuerung der Fenstergeometrie und Lage durch die Steuereinheit wird ausgenutzt zur zeitlichen Veränderung der Lage des Meßfenster , daß sich stochastisch oder systematisch innerhalb eines durch den Untersucher definierten Scanbereiches bewegt. Der Untersucher oder die Steuermatrix einer Referenzuntersuchung legt die Meßfensterkoordinaten für die beiden äußeren Grenzlagen (Gl und G2 )wie im Bild 4 zu sehen fest, innerhalb derer das Meßfenster in einem Bild oder von Bild zu Bild wandert und den Ort entlang des Gefäßes abtastet. Dieser Bereich wird als Scanbereich bezeichnet. In diesem Fall wird der schräglagekorrigierte Durchmesser der spaltförmigen Meßfläche über die Spaltbreite gemittelt ausgegeben. Fig. 12 stellt diesen Meßvorgang und die Entstehung der Datenfolge der Primärmatrix schematisch dar. Figur 12 a stellt das Bildfeld vom Augenhintergrund, wie aus Fig. 4 bereits bekannt, mit dem Meßfenster und dem Scanbereich dar. RZ1 und RZ2 sind zwei Zeitpunkte, denen die zwei in Fig. 12a eingetragenen Meßfensterlagen entsprechen. Fig. 12b stellt die Bezugszeitachse ausgehend von der Bezugszeit des Untersuchungsbeginns BZ sowie den
Datenraum aus Relativzeit RZ, Scanort und Gefäßdurchmesser für die beiden erfaßten Gefäße 1 und 2.
Der Vorteil dieses Meßverfahrens ist der geringe Bedarf an Rechenkapazi- tat für eine Meßfläche und die Möglichkeit eine Vielzahl paralleler Meßflächen im Bild zu definieren. Eine andere Ausführung des Meßverfahrens benutzt ein breites Meßfenster, der z. B. vom Untersucher wieder derart am Einstellmonitor festgelegt wird, daß den oder die zu untersuchende Gefäßabschnitte gegen Augenbewegungen ausreichend unempfindlich überdeckt. Die Meßfläche bleibt über eine längere Bildfolge unverändert im Bildfeld und zeichnet wie in Fig. 13 dargestellt parallel zur Zeit direkt in jedem Bild die Ortsabhängikeit des Gefäßdurchmessers entlang der erfaßten Gefäßabschnitte innerhalb der Meßfensters senkrecht zur Meßrichtung auf. Dieses Zeichnung ist analog Fig. 12 zu lesen, wobei die Koordinate Scanort durch den Pixelort ersetzt ist. Die minimale örtliche Auflösung wird dabei durch die Zeilen- bzw.
Spaltenbreite festgelegt. Vorteilhafter weise kann man bei hoher Rechenkapazität und günstiger Schräglage des Gefäßes den gleichen Meßprozeß parallel für getauschte Richtungen der Messung von Gefäßdurchmesser und Ortsabhängikeit Bild für Bild on line vornehmen lassen und erhält somit eine höhere Genauigkeit und eine bessere Kontrolle über die Schräglagekorrektur.
Die Hilfsfenster dienen der Kontrolle und Korrektur von Augenbewegungen während des Meßvorganges können sich die Gefäßabschnitte gegen die Meßfenster verschieben. Das ist bei Komponenten der Augenbewegungen in Meßrichtung des Gefäßdurchmessers für die Zeitauflösung von 40ms vernachlässigbar, für die Verschiebungen von Bild zu Bild entlang der Gefäße problematisch und führt zu einer hohen Meßunsicherheit. Der Gefäßdurchmesser kann sich über den Ort bis zu 10% und mehr ändern, was sich in der Reproduzierbarkeit oder im systematischen Fehler niederschlägt.
Vorzugsweise werden zwei senkrechte zueinander stehende spaltförmige Hilfsfenster in Pixelzeilen- und -spaltenrichtung definiert. Im beschriebenen zweiten Fall breiter Meßflächen, werden mindestens drei Pixelzeilen und drei Pixelspalten jeweils aus der Mitte des ersten definierten Meßfenster zusätzlich als Hilfsfenster benutzt. Im Fall spaltförmiger Meßflächen werden von der Steuereinheit beide Hilfsfenster ebenfalls in der Mitte des mindestens aus 3 Pixelzeilen und 3 Pixelspalten mit vorzugsweise gleicher Höhe wie das Meßfenster bestehend generiert, die ihre Lage von Bild zu Bild nicht ändern. In Fig. 4 ist nur das horizontale Hilfsfenster erkennbar, da das vertikale Fenster von dem Meßfenster überdeckt wird.
In den Hilfsfenster werden vorzugsweise die Gefäßmitten im Hilfsfenster bestimmt und mit den Sollwerten des ersten Bildes vergleichen. Aus diesen Werten werden Korrekturwerte für die Bewegung der Gefäßabschnitte von einem Bild zum anderen bestimmt und zu jedem Bild als Korrekturwerte mit in der Primärmatrix gespeichert.
Andere Möglichkeiten zur Bildung von Korrekturwerten zur Ausschaltung des Fehlereinflusses von Augenbewegungen ist die Korrelation der Hilfs- fensterinformation jeweils zum ersten Bild oder auch der Einsatz eines Gerätes zur zusätzlichen Messung der Augenbewegungen, wobei die Meßwerte dann unter Einbeziehung der bekannten Geometrieverhältnisse in Korrekturwerte für den Gefäßort umgerechnet werden können und in beschriebener Wiese in der Primärmatrix als Korrekturwerte gespeichert werden.
Das beleuchtungsseitige Meßfeld dient der Reduzierung der Lichtbelastung.
Im Fall eines spaltförmigen Meßfensters kann die Steuereinheit nach bzw. mit der Festlegung des Meßfensters kongruent dazu die Koordinaten des beleuchtungsseitigen Meßfeldes überdeckend zum Meßfenster festlegen, d. h. die Größe des Meßfeldes wird auf die Größe des Meßfensters reduziert. Der Vorteil ist eine gravierende Reduzierung der Lichtbelastung. Während des Meßvorganges kann das durch UBS erzeugte beleuchtungsseitige Umfeld in seinem Durchmesser und Beleuchtungsstärke erheblich einge- schränkt oder sogar abgeschaltet werden. Auch Lage der Umfeldbeleuchtung ist über die Steuereinheit automatisch oder durch den Untersucher einstellbar. Weiter unten wird die erfindungsgemäße Verwendung der Umfeldbeleuchtung zur Lichtprovokation gesondert beschrieben.
In Fig. 4 ist das Meßfeld als kreisförmiges Feld ausgebildet. In diesem Fall ist die Feldblende im MBS als Irsiblende ausgebildet. Das beleuchtungsseitige Umfeld leuchtet in Fig. 4 das gesamte Bildfeld aus, besitzt aber durch Reduzierung des Lampenstromes für die Halogenlampe LQUB eine deutlich abgeschwächte Beleuchtungsstärke. Im Einzelfall kann es auch vorteilhaft sein, auf die modifizierte steuerbare Beleuchtung UBS und MBS in der Netzhautkamera zu verzichten und statt dessen wird die beleuchtungsseitige Feldblende der Netzhautkamera als lichtschwächende Feldblende mit festem freiem mittigen Durchmesser als Meßfeld ausgeführt. Das Bild am Augenhintergrund könnte dann wie in Fig. 4 dargestellt aussehen.
Die Koordinaten für Geometrie , Lage und Lampenstrom der Umfeldbeleuchtung bsu und der Meßfeldbeleuchtung bsm werden von der Steuereinheit SS an UBS und MBS weitergegeben. Die Koordinaten der Geometrie und Lage der Meßfenster und - Hilfsfenster erhält BM ebenfalls von der
Steuereinheit SS . Die Steuereinheit erhält die genannten Koordinaten aus einer vom Untersucher festgelegten Referenzsteuermatrix oder direkt über den Dialogbetrieb. Im letzteren Fall steuert der Untersucher vorzugsweise durch seine Maus die Festlegung der beschriebenen Fenster und Felder und die Helligkeit. In bekannter weise können Mausbewegung und -aktionen dann durch die Steuereinheit in Steuerkoordinaten umgerechnet werden und über ihre Wirkung on line auf dem Einstellmonitor durch Veränderung der jeweils gesteuerten Felder und Fenster beobachtet werden.
Je nach Leistungsfähigkeit der Module und Einheiten der Vorrichtung können mehrere Meßfenster vom Untersucher benutzt werden. Die beleuchtungsseitigen Meßfelder sind dann bezüglich Lage und Geometrie den Meßfenstern anzupassen. Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Meßvorganges ist die Festlegung mehrerer Meßfenster, deren Geometrie und Lage gleich den beleuchtungsseitigen Meßfeldern ist, wobei die Meßfenster in einem definierten Zeitintervall nur eine definierte Geometrie und Lage im Bildfeld besitzen, aber in definierten Zeitintervallen, gesteuert durch die Steuereinheit ihre Geometrie und Lage im Bildfeld ändern, um ohne Unterbrechung der Untersuchung nacheinander verschiedene Gefäßabschnitte zu untersuchen. Dabei können gleiche Gefäßabschnitte beliebig oft mit den einmal definierten Meßfenster- und Meßfeldern abgefragt werden. Das hat den Vorteil, daß sowohl die Untersuchung langsamer Zeitvorgänge als auch die Untersuchung vieler Gefäßabschnitte on line innerhalb einer Untersuchung möglich sind.
Das Verfahren besteht aus verschiedenen Verfahrensgruppen: 0. Erfassung von Patientendaten (Voreinstellung) Reproduzierbare Einstellung des Augenhintergrundes, insbesondere von zu untersuchenden Gefäßabschnitten im Bildfeld mit der modifizierten Netzhautkamera und der Fixationseinrichtung unter Hilfe der Steuereinheit und des Einstellmonitors. Festlegung der zu untersuchende Gefäßabschnitte am Einstellmonitor durch Definition von beleuchtungs- und/oder abbildungsseitigen Fenstern ( siehe weiter unten) mit Hilfe der Steuereinheit und der Manipulationseinheit sowie von Mitteln der DE (Maus und Tastatur) Bildung einer Steuermatrix S.
Meßvorgang zur Ermittlung von Gefäßdurchmessern entlang des Gefäßortes und der Zeit und Bildung einer Primärdatenmatrix P, die Zusammenhänge zwischen den nachfolgenden Primärdaten für jede Untersuchung herstellt: P(IDU, IDP, A, DFDP, DFMi,DFPi, S, BZ, DZ, BF) sowie grafische on-line-Darstellung ausgewählter Abhängikeiten, vorzugsweise der Gefäßdurchmesser in Abhängigkeit von der Zeit für aller untersuchten Gefäßabschnitte
Untersuchungsidentifikationsnummer IDU einen Patientenschlüssel IDP, das Untersuchte Auge A (rechts oder links ) , eine Datenfolge DFD mit den zum Gefäßdurchmesser D, Datenfolgen für i zusätzliche Meßgrößen DFMi Datenfolgen für i zusätzliche Provoaktionsereignisse DFPi eine Steuermatrix S für die Untersuchungsprozeß einen Meßbeginn mit dem Bezugsdatum BD, und der Bezugszeit BZ eine untersuchte Videobildfolge BF
Berechnung einer korrigierten Datenmatrix
Analyseprozeß und Bildung von Kenngrößenmatrizzen und Präsentation bzw. Ausgabe von Kenngrößen
Als BZ, BD (Bezugsdatum und Bezugszeit ) wird Datum und Zeit verstanden, bei der die auszuwertenden Bilder aufgenommen wurden. Beim on-line-Betrieb, bei dem Bildaufnahme und Messung im gleichen Zeitintervall erfolgen, ist die Bezugszeit BZ gleich der aktuellen Systemzeit SZ. Als Systemzeit bzw. Systemdatum wird die aktuelle Zeit, bzw. das aktuelle Datum verstanden. Als Relativzeit RZ wird eine Zeitdifferenz verstanden.
Der Primärdatensatz der Steuermatrix S stellt den Bezug zu folgenden Größen her:
1. Empfindlichkeit (Vergrößerungseinstellung)
2. Fixationskoordianten ( x, y, Koordinaten, Lampenstrom, Innen/ Außenfi- xation)
3. Fehlsichtigkeitswert
4. Beleuchtungsseitiges Meßfeldkoordianten ( Höhe, Breite, Lage im Bildfeld, Lampenstrom zum Startzeitpunkt
5. Beleuchtungsseitiges Umfeldkoordianten ( Durchmesser, Lage im Bildfeld, Lampenstrom, Lichtmanipulatorzustand ) zum Startzeitpunkt
6. Bezugswert - Zeit und Datum zum Startbeginn (BZ, BD)
7. Bei optionaler Recordersteuerung Band- ID,
8. Timecode des Startbildes bzw. Filename des Startbildes
Der Primärdatensatz enthält für die Primärdatenfolge zum Gefäßdurchmesser den Gefäßdurchmesser D in Abhängigkeit von den nachfolgend Größen: D = F(
1. Durchmesser,
2. aktuelle Lage des Gefäßdurchmessers im Meßfenster (Koordianten), 3. aktuelle Lage des Meßfensters im Bildfeld,
4. aktuelle Korrekturkoordinaten aus dem/ den Hilfsfenster(n) oder zusätzlicher Meßeinheit zur Ermittlung von Augenbewegungen,
5. Relativzeit zu Meßvorgangsbeginn RZ, 6. Ortskorrigierte Lage der zum Gefäßdurchmesser gehörenden Gefäßmitte im Objektraum).
In den Figuren 12 und 13 sind Durchmesser und die Relativzeit RZ und der Pixelort bzw. Scanort dargestellt. Der Scanort ist eine anderen Darstellung der aktuellen Lage des Gefäßdurchmessers, die sich aber aus den Daten dieser Primärdatenfolge zum Gefäßdurchmesser berechnen läßt.
Primärdatenmatrix einer Manipulationsmatrix:
Ereigniswerte
Relativzeit
Primärdatenfolge einer Meßdatenmatrix (allgemein )
Meßwert Relativzeit
Der Ablauf einer Untersuchung ist schematisch in Figur 5 beschrieben. Zusammenhängende Meß- Steuer und Analysendaten innerhalb eines zeitlich zusammenhängenden Untersuchungszeitintervalls mit ununterbrochener Relativzeit und nur einer Bezugszeit und einem Bezugsdatum zum Relativzeitpunkt = 0 werden Untersuchung genannt. Jede Untersuchung hat eine eindeutige Identifikationsnummer, die die Untersuchungen mit der untersuchten Bildfolge, dem Patienten und den Meß-, Steuer- und Analysendaten über P verbindet. In einer Sitzung können an einem Gefäß eines Patienten mehrere Untersuchungen durchgeführt werden. Die Untersuchung beginnt mit der Vergabe einer neuen IDU und der Zuordnung des Patienten (Voreinstellung). Die Eingabe der Patientendaten, deren Editierung und Speicherung in der Datenbank sowie das Datenmodell für die Allgemeindaten zum Patienten erfolgt nach bekannten Gesichts- punkten und soll nicht näher erläutert werden. Für die Erfindung maßgeblich ist lediglich, daß eine Datenrelation der Meß-, Steuer- und Analysendaten eindeutig einem Patienten zugeordnet werden kann. Nach den Voreinstellungen erfolgt die Einstellung der zu untersuchenden Gefäßabschnitte im Bildfeld des Einstellmonitors und der erforderlichen Steuerparameter des Augenhintergrundes mit den zu untersuchenden
Gefäßabschnitten und Fensterlagen durch die Steuereinheit und durch den Untersucher, der die Einstellungen an der modifizierten Netzhautkamera und mittels Tastatur und Maus am Einstellbildschirm ausführen und kontrollieren kann. Die Einstellung muß dabei derart erfolgen, daß der Augenhintergrund mit den zu untersuchende Gefäßabschnitten ausreichend scharf und kontrastreich auf dem Einstellmonitor zu sehen ist, die weiter unten beschrieben Fenster richtig zu den zu untersuchenden Gefäßabschnitten angeordnet sind und die Gerätepupillen exakt zu der Augenpupille zentriert ist.
Im Fall einer Wiederholungsuntersuchung werden durch die Steuereinheit sämtliche beleuchtungsseitigen Fenster und abbildungsseitigen Fenster (siehe weiter unten) bereits vorgegeben und sind am Einstellmonitor sichtbar. Dazu wird eine Referenzenuntersuchung vom Untersucher ausgewählt, deren Steuermatrix als Referenzmatrix übernommen wird. Die die von der
Steuereinheit vorzugebenden Einstellparameter (Steuerdaten) für die Wiederholbedingungen werden aus der Referenzmatrix entnommen und voreingestellt. Die Referenzmatrix kann die für Wiederholbedingungen notwendigen Einstellungen einer bereits einmal erfolgten Untersuchung einstellen, die vom Untersucher ausgesucht wird. Auf dem Dialogmonitor (PC- Monitor) wird dem Untersucher ein Bild mit der Gefäß- und Fensterlage im Einstellmonitor der Referenzmessung dargestellt. Durch die Voreinstellung der Fixationskoordinaten der Referenzmessung braucht der
Untersucher nur noch die Einstellung zwischen Gerät und Auge derart vorzunehmen, daß die Gerätepupillen zur Augenpupille sauber fixiert sind. Auch die Scharfstellung des Bildes wird gewöhnlich nicht erforderlich sein, da auch die Fehlsichtigkeit der Referenzunteruschung aus der Referenzma- trix bekannt ist und über die Steuerkoordinaten bsr auch die Scharfstellung automatisch voreingestellt wird. Nachstellungen der Bildschärfe und Fixation oder Fensterlagen sind dennoch manuell möglich und werden in der Steuermatrix entsprechend den aktuellen Werten korrigiert. Nach erfolgter Einstellung wird der Meßvorgang z.B. mittels Maus gestartet.
Für den Fall, daß keine Wiederholungsmessung durchgeführt werden soll, wählt der Untersucher eine der vorgegebenen Referenzmatrizen aus, die die entsprechenden Voreinstellungen vornehmen. Verfahrenstechnisch sind Vorgaben durch den Untersucher für verschiedene Untersuchungspro- gramme vorgesehen und in einer Referenzmatrix speicherbar, die dann zur
Sicherung gleicher Untersuchungsbedingungen durch den Untersucher aufgerufen werden können.
Neben der Einstellung zwischen Gerät und Auge aus Sicht der Gerätepupil- len wird der Untersucher die zu untersuchenden Gefäßabschnitte mit Hilfe der Fixiereinheit (Bewegung der Fixiermarke mittels Maus oder Tastatur ) in das Bildfeld des Einstellmonitors einstellen sowie die Bildschärfe einstellen. Sofern die Fenster nicht vorgegeben sind, werden im nächsten Schritt die Fensterlagen (siehe weiter oben ) entsprechend dem Untersuchungsprogramm am Einstellmonitor vorzugsweise mit der Maus eingestellt und der Meßvorgang zur Aufnahme der Primärdaten wird gestartet.
Vorzugsweise zum Zeitpunkt des Startes des Meßvorganges werden die neuen aktuellen Einstellparameter der Steuereinheit dieser Untersuchung in der Steuermatrix dieser Untersuchung gespeichert, während vorzugsweise zu diesem Zeitpunkt auch ein Fundusbild mit Fensterlagen als Kontrollbild für die Meßstellenlage dieser Untersuchung eingefroren wird. Dies ist zugleich das erste ausgewertete Bild der Bildfolge von b=n Bildern (b=l) und der der Bezugswert für Zeitpunkt und Datum des Untersuchungsbeginns. (BZ, BD) Während des Meßvorganges kann der Untersucher die Fixationskoordinaten oder die Einstellung der Geräte- und Augenpupillen korrigieren und den Meßvorgang zu beliebigen Zeitpunkten beliebig abbre- chen. Augenhintergrund, Lage der Fenster und Gefäßabschnitte sind am
Einstellmonitor parallel kontrollierbar. Vorzugsweise wird der Gefäßdurchmesser für jedes Gefäß in Abhängigkeit von der Zeit on line auf dem Dialogmonitor mitgeschrieben. Diese Einstellung erfolgt entweder nach Standardvorgaben und deren Speicherung erfolgt nach allgemein bekannten Gesichtspunkten und das den Patienten charakterisierende Datenmodell.
Figur 5 erläutert an einem Blockschaltbild den Verfahrensablauf. Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Bild- und Signalverarbeitung in den Meß- und Hilfsfenstern erfolgt nur am Beispiel eines Fensters, da bei
Verwendung mehrerer Meßfenster analog verfahren wird. Alle Fenster werden vom Durchmessermodul DM (Fig. 1) bearbeitet, die im Meßfenster gefundenen Gefäß werden mit ihrem schräglagekorrigierten Gefäßdurchmesser, der Gefäßmittenlage im Meßfenster und der mittleren Schräglage des Gefäßes gegen das Fenster ausgegeben und in Abhängigkeit von der Bildnummer der Folge und der aktuellen Lage der Fenster im
Bildfeld in einem Primärdatensatz gespeichert. Der Gefäßdurchmesser kann auch ohne Korrektur der Schräglage vom Durchmessermodul ausgegeben werden. In diesem Fall muß die Schräglage nachfolgend korrigiert werden. Die erkannten Gefäße der aktuellen Fenster werden anhand ihrer Merkmale einander zugeordnet. Jeder Durchmesserwert der Datenfolgen zum Gefäßdurchmesser in der Primärdatenmatrix wird dann ein Gefäß von Gefäß 1 bis i zugeordnet, je nachdem wie viele als verschieden klassifizierte Gefäße erkannt werden. Es sind später vorzugsweise softwareseitige Mittel vorgesehen, mit denen nach Sichtkontrolle durch den Untersucher nach Prüfung z.B. durch Kontrolle anhand der gespeicherten Bildfolge bei Bedarf die
Klassifikation korrigiert werden kann. Im Hilfsfenstermodul wird erfindungsgemäß, wie schon beschrieben, aus der Differenz der Gefäßmittenlage und der Schräglage der Gefäße die Lageverschiebung gleicher Gefäße in Richtung der Hilfsfenster als Korrekturwerte für die kleinen unwillkürli- chen Augenbewegungen bestimmt. Aus diesen Korrekturwerten, den
Abbildungsverhältnissen, den aktuellen Fensterkoordinaten, den Fixationskoordinaten und den Gefäßmitten im Bildfeld wird die erfindungsgemäß die Objektlage der zu den Gefäßdurchmessern gehörenden Gefäßmitten, nachfolgend als Gefäßort bezeichnet, bezogen auf den Bezugspunkt (Foveola) berechnet, gefäß- und bildrichtig in der Datenfolge zum Gefäßdurchmesser der Primärdatenmatrix (korrigierte Objektlage des Gefäßdurchmessers im Fundusbild ) gespeichert. Damit ist die Vergleichbarkeit der Gefäßdurchmesser unabhängig vom eingestellten Objektfeld und die Ausschaltung des Einflusses von Augenbewegungen auf den Meßort gegeben. Eine ähnlich Wirkung zur Ausschaltung kleiner Augenbewegungen kann man beispielsweise auch erreichen, wenn man die Bildverschiebung mittels Korrelation der Bildinformation der ersten Hilfsfenster gegen das aktuelle Hilfsfenster berechnet. Die Gefäßschräglagen werden dann durch Korrelation aus benachbarten Pixelreihen gegeneinander ermittelt und berücksichtigt. Eine andere Ausführungsvariante ist die Messung von Blickbewegungen parallel während des Meßvorganges. Die Änderungen der Blickrichtung gegen eine Bezugsbild, z.B. das erste Bild, können dann anstelle der aus den Hilfsfenstern berechneten Korrekturwerten verwendet werden, um den Einfluß der Augenbewegungen auf den Meßort zu korrigieren
Der Durchmessermodul stellt erfindungsgemäß einen schnellen Algorith- mus dar, der in den Zeilensignalen der Fenster Gefäßkanten erkennt, interpolierend die fotometrischen Schwerpunkte in den Gefäßkanten bildet, die Schräglage der Gefäßkanten errechnet, die richtigen Gefäßkanten einander zuordnet, den Gefäßdurchmesser zwischen den fotometrischen Kantenschwerpunkten schräglagekorrigiert bestimmt und die Gefäßmittellage im Fenster errechnet.
Zur Blutdruckmessung werden spezielle Meßeinheiten verwendet. Die Meßeinheit zur periodischen Druckmessung MSI besitzt eine Rechnerschnittstelle über die mittels Steuersignal von der Steuereinheit SS der Meßvorgang gestartet und gestoppt wird. Die ermittelten Blutdruckdaten werden über die Steuereinheit zeit- bzw. bildrichtig der Primärdatenmatrix zugeordnet. Die Meßeinheit MS2 besteht aus einem EKG-Gerät, das über eine Rechnerschnittstelle die R-Zacke des EKG an die Steuereinheit liefert und von dieser im Primärdatensatz bild- bzw. zeitrichtig den Datensätzen zugeordnet gespeichert wird.
Vorzugsweise werden MSI und MS2 stets in den Meßvorgang einbezogen, da mittels R- Zacke die Pulsationsanalyse vereinfacht wird und zum andern der Blutdruck eine wesentliche Einflußgröße auf den Gefäßdurchmesser darstellt, deren zusätzliche Aufzeichnung Fehlerquellen ausschließt. Die zusätzlichen Meßgrößen müssen aber nicht parallel aufgezeichnet werden.
Weitere zusätzliche Meßsystem (MS3) können sinnvoll sein. Ein Beispiel für weitere zusätzliche Messungen ist die Bestimmung der Atemgase mittels Atemgasanalyse oder die Messung des Saugnapf druckes bei der Kombination der Messung des örtlichen und zeitlichen Gefäßdurchmessers mit der Intraokulardruckerhöhung mittels Saugnapfverfahren.
Ferner ist es möglich, mit Provokationsvorrichtungen MP bestimmte Zustände für entsprechende Untersuchungen hervorzurufen. Die Atemgasprovokationseinrichtung MP1 besitzt vorzugsweise einen
Atemweg für die freie Atmung und einen weiteren Atemweg für die Rückatmung, die umschaltbar sind. In ausreichender Nähe des Mundstük- kes wird der Sauerstoff und CO2- Anteil der Atemluft periodisch gemessen und an die Steuereinheit SS bild- und zeitrichtig der Primärdatenmatrix zugeordnet. Mittels Steuersignal von der Steuereinheit werden die
Atemgaswege ablaufgesteuert umgeschaltet. Untersuchungen zur Sauerstoffwirkung auf die Netzhautgefäße sind durch Messung von Einzelwerten und Auswertungen im Gruppenvergleich bekannt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren sind vor allem das zeitliche und örtliche Verhalten der Gefäße auf die Provokation mit Sauerstoff, CO2 oder Carbogen in verschiedenen Konzentrationen zur Atemluft oder wie bei Sauerstoff auch in reiner Form Gefäße von Interesse. So z.B. ist die Kombination zur Provokation mit 100%
Sauerstoff vorzugsweise über 5 Minuten eine zu bevorzugende Ausführung eines funktionsdiagnostischen Verfahrens zur Untersuchung der Kontrakti- liät der Gefäßabschnitte.
Die Provokationseinrichtung zur physischen Belastung MP2 besteht aus einem Satz handlicher Gewichte und einem akustischen Signalgeber. Das auf das Körpergewicht des Patienten normierte Gewichtsstück wird auf ein Signal hin durch den Patienten in die Hand genommen und am seitlich waagerecht ausgestreckten bis zu einem zweiten Signal gehalten, nach dem der Patient das Gewichtsstück wieder ablegt. Beide Signale werden akustisch durch die PC-Ausgabeeinheit erzeugt, wobei das Steuersignal von der Steuereinheit geliefert wird. Je nach Ablaufplan erfolgt diese Provokation während, vor oder zwischen den Messungen am Auge.
Eine weitere vorzugsweise kombinierbare Provokationseinrichtung ist eines der bekannten System zur Intraokulardruckerhöhung mittels Saugnapf (MP3)
Provokationseinrichtungen können parallel vorgesehen sein, aber auch einzeln eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäß eine Provokationmöglichkeit mittels beschriebener Vorrichtung durch die modifizierte Netzhautkamera selbst realisiert. Dazu wird der Umfeldbeleuchtungsstrahlengang zur Provokation verwendet. Mittels Steuereinheit und den beschriebenen Einheiten der UBS (siehe Fig. 11 ) wird über die Steuerkoordinaten bsu während des Meßprozesses der Lampenstrom, der Lichtmodulator, die Geometrie und Lage des Umfeldbeleuchtungslicht am Augenhintergrund derart verändert, daß sich ein beständige oder nur zeitweiser Lichtreiz an definierter zu untersuchender Stelle des Augenhintergrundes ergibt, dessen Auswirkung auf den Gefäßdurchmesser an anderer Stelle des Fundus örtlich und zeitlich aufgezeichnet werden kann. Als eine Ausführungsform könnte eine in der Helligkeit alternierende Beleuchtung, wie sie als Flicker zur Messung anderer Durchblutungsgrößen bereits verwendet wurde, innerhalb einer papillengroßen Fläche zentral zur Foveola in die Makula gelegt werden, um die Gefäßantwort der vena temporalis superior zu untersuchen im Vergleich zur vena temp. inferior zu untersuchen.. Der Vorteil besteht darin, daß mit dem Gefäßdurchmesser das Verhalten der die Mikrozirkualtion direkt erfaßt wird und nicht nur indirekt über die sich infolge der Durchmesseränderung ergebende Änderung der Blutgeschwindigkeit beispielsweise. Die beschrieben Kombination ist eine einfache Methode zur Funktionsdiagnostik der Netzhautgefäße und darüber hinaus auch der Funktionsfähigkeit der Nervenfasern.
Die weitere Verarbeitung der Meßergebnisse erfolgt vorzugsweise zunächst durch die Bildung weitere Gefäßsignale, in dem sämtlich Gefäßdurchmesser für sich quadriert und die Quadrate eine weiteres mal quadriert werden und jeweils in weitere temporäre Spalte der Primärdatenmatrix für die
Auswertung als Geschwindigkeitsrelevanten Durchmesser Ag(x,y,t) und als fluß relevanten Durchmesser Qg(x,y,t) gefäß-, orts-, zeit- bzw. bildrichtig gespeichert. Diese Schritte ermöglichen eine erhebliche Erweiterung der Aussagefähigkeit der Erfindung, da sie zusätzlich, die nicht überschaubare Wirkung von vasoaktiven Aktivitäten der Gefäßdurchmesser auf die Strömungsgrößen Blutgeschwindigkeit und Blutfluß direkt beschreiben. Die Einbeziehung dieser Kenngrößen ist wahlfrei.
Die weitere Verarbeitung der Meßergebnisse erfolgt vorzugsweise zunächst durch die Bildung weiterer Gefäßsignale, indem sämtliche Gefäßdurchmesser für sich quadriert und die Quadrate ein weiteres Mal quadriert werden und jeweils in einer weiteren temporären Spalte der Primärdatenmatrix für die Auswertung als geschwindigkeitsrelevanter Durchmesser Ag(x,y,t) und als flußrelevanter Durchmesser Qg(x,y,t) gefäß-, orts-, zeit- bzw. bildrichtig gespeichert werden. Diese Schritte ermöglichen eine erhebliche Erweiterung der Aussagefähigkeit der Erfindung, da sie zusätzlich die nicht überschaubare Wirkung von vasoaktiven Aktivitäten der Gefäßdurchmesser auf die Strömungsgrößen Blutgeschwindigkeit und Blutfluß direkt beschreiben. Die Einbeziehung dieser Kenngrößen ist wahlfrei.
Es wird zwischen on-line- Auswertung und off-line-Auswertung unterschieden. Die Steuerung der on-line-Auswertung erfolgt durch die Steuereinheit SS nach werkseitiger oder benutzerdefinierter Voreinstellung. Die off-line- Auswertung erfolgt durch Menüauswahl der interessierenden Gefäßabschnitte und Signale, sowie der Auswerteverfahren und der Parameter in bekannter Weise.
Die dem Untersucher in diesem Beispiel zur Auswahl angebotenen Auswerteverfahren zur Bildung von Kenngrößen sind in Blöcken in Figur 5 zusammengestellt. Grundlage sind die in der Primärdatenmatrix permanent oder temporär gespeicherten Gefäß,- Meß- und Provokationssignale in ihrer örtlichen und zeitlichen Abhängigkeit. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt nur für die Auswertung eines Gefäßabschnittes und nur für den Gefäßdurchmesser Dg als Gefäßsignal, da sie für die anderen Gefäßab- schnitte bzw. Gefäßsignale (Ag, Qg ) analog erfolgt (g kennzeichnet die
Gefäßzugehörigkeit des Gefäßdurchmessers).
Mittels Datenmaske werden die zu analysierenden Daten aus der Primärda- tenmaske zeit-, orts- und gefäßrichtig ausgelesen und einem, dem technischen Stand entsprechenden Filter zur spektralen, und/oder örtlichen Filterung zugeführt, der entsprechend der Auswerteaufgabe eingesetzt wird.
Das Verfahren örtliche Frequenzanalyse bestimmt das Leistungsspektrum, detektiert signifikante örtliche Frequenzen Fo und bestimmt die zugehörige Phasenlagen Po der zugeleiteten Datenfolge entweder in Abhängigkeit von einem im Filter eingestellten Zeitintervall als zeitabhängige spektrale Kenngrößen oder als komplexe spektrale Kenngröße. Der Block zeitliche Frequenzanalyse bestimmt das Leistungsspektrum der ausgewählten Signalfolge, detektiert signifikante Frequenzen Ft , bestimmt deren Leistung Lt und Phasenlage Pt und speichert diese ermittelten spektralen
Kenngößen i in den zugehörigen Kenngrößenmatrizen. Aus den ermittelten spektralen Leistungen werden die Kenngrößen VAPU als Quotient aus Vasomotion und Pulsation, PPU als Quotient aus Provokationsantwort zur Pulsation und PVA als Quotient aus der Provokationsantwort zur Vasomti- on, PUB als Quotient der Blutdruckwelle erster Ordnung zur Pulsation gebildet, die entsprechend der Datenmaske bzw. dem Filter einer der Kenngrößenmatrizen zugeordnet werden. Zwischen vorgegebenen Meßabschnitten werden Phasendifferenzen berechnet und bei zusammenhängenden Gefäßabschnitten aus den zugehörigen Weglängen Wellengeschwindigkeiten berechnet.
Das Verfahren Pulsationsanalyse bestimmt R- zackengetriggert für den entsprechenden Ortsabschnitt ein zeitlich mittleres Pulsationssignal in Abhängigkeit von der Pulsphase über eine Pulsationsperiode, das in den Kenngrößenmatrizen als Pulsationsignal gespeichert wird. Die Scheitelwerte des Pulssignale werden als gesonderte Kenngrößen bestimmt und gespeichert.
Die Verfahrensgruppe Ortsanalyse liefert die signifikanten Maxima MaO und MiO der Datenfolge über den Ort, deren Zeitabstand TO und den zugehörigen Scheitelwerte SO, den Mittelwert MWO, dessen Streuung SMWO und das Konfidenzintervall MWOK für eine vorgegebene statische Sicherheit sowie Zahl der einbezogenen Bilder nb und Meßorte no.
Grundlage der Mittelwertberechnung sind die zu einem Pixel gehörigen Gefäßwege.
Die Verfahrensgruppe statische Zeitanalyse liefert die signifikanten zeitli- chen Extremwerte MAT und MOT der Datenfolge, deren Zeitabstand TT und den zugehörigen Scheitelwert ST, den Mittelwert MWT, dessen Streuung SMWT und das Konfidenzintervall MWTK für eine vorgegebene statische Sicherheit sowie die Zahl der in die Mittelwerte einbezogenen Bilder nb und der Meßorte no. Je nach Filterauswahl und -parameter werden so weitere Kenngrößen für Vasomotion, Pulsation und Blutdruck ermittelt.
Die Verfahrensgruppe dynamische Zeitanalyse schätzt mittels adaptiver Verfahren aus dem zeitlichen Trend den Wert eines signifikanter Anstiegs APROV (auch negative Anstiege) und den signifikanten Anstiegsbeginn BT.
Durch entsprechende Einstellung der Parameter der Datenmaske und der Filterparameter werden die totalen Mittelwerte und zugehörige Streuungen bestimmt und als orts- und zeitunabhängige komplexe Kenngrößen (KMW,
KSMW ) in der komplexen Kenngrößenmatrix für die entsprechenden Gefäßabschnitte gespeichert.
Die bildweise iterativ durchführbaren Auswerteverfahren werden auch iterativ aufgebaut, so daß sie zur on-line- Auswertung und on-line-Präsenta- tion der Meß- bzw. Auswerteergebnisse wahlweise in Monitorfenstern darstellbar sind.
Die Verfahrensgruppe Kreuzkorrelation ermittelt mit dem Kreuzkorrelationsfaktor Kenngrößen, die den Zusammenhang zwischen den Gefäßant- worten und den zusätzlichen Provokations- und Meßsignalen beschreiben.
Zeitabhängige Kenngrößen werden in der zeitabhängigen Kenngrößenmatrix , ortsabhängige Kenngrößen werden in der Ortskenngrößenmatrix und zeit- sowie ortsunabhängige Kenngrößen werden in der komplexen Kenngrößenmatrix gespeichert.
Die Verfahrensgruppe Bildfolgevergleich bildet die prozentualen Differenzen der Kenngrößen gleicher Gefäßabschnitte und Gefäßorte (x, y) und Zeitphasen (t) aus den Kenngrößenmatrizen einer ausgewählten Bildfolge mit der aktuellen Bildfolge und vorzugsweise auch die zugehörigen Konfi- denzintervalle. Die Bezugsbildfolge ist beliebig definierbar, voreingestellt ist die frühere Bildfolge. Dabei werden nur jene Kenngrößen verglichen, die bezüglich ihrer Steuerdatenmatix vergleichbar sind. Die Verfahrensgruppe Zeitvergleich bildet die prozentualen zeitlichen Differenzen von Kenngrößen desselben Gefäßabschnittes einer Bildfolge und vorzugsweise auch die zugehörigen Konfidenzintervalle, wobei der Zeitabschnitt des Bezugswertes beliebig festgelegt werden kann. Voreingestellt ist für den Bezugswert der jeweils zeitlich erste Wert einer Kenngröße in der Bildfolge. Der Scheitelwert der Provokationsantworten wird als weitere Vergleichskenngröße Regulativer Bereich RB, das provokationsbedingte Maximum wird als Vergleichskenngröße Obere Regulative Reserve und das Minimum wird als URR - Untere Regulative Reserve bestimmt.
Die Figuren 6 bis 7 erläutern Präsentationsverfahren. Die Ergebnisse werden erfindungsgemäß mit den nachfolgend beschriebenen Präsentationsverfahren in Monitorbilder wahlweise parallel oder nacheinander dargestellt.
Die Präsentationsgruppe Funktionsbilder stellt die Kenngrößen bzw. Meßwerte bildhaft entsprechend den Gefäßorten oder wahlweise auch -mitten grafisch dar, wie in Figur 6 gezeigt. Dabei werden die Meßwerte, Kenngrößen oder Vergleichsgrößen visuell ausreichend unterscheidbar als senkrechte oder waagerechte Balken gegenüber den strichförmigen Gefäßortverlauf dargestellt. Verschiedene Kenngrößen werden farblich kodiert. Diese Funktionsbilder werden grau mit den zu Beginn jede Bildfolge dokumentierten Fundusbildern hinterlegt, die zuvor analog den Meßwerte in die Koordinaten der Objekteben umgerechnet werden. Das Präsentati - onsverfahren kann auch auf Bildfeldkoordinaten aufgebaut werden, wobei in diesem Fall nicht die Gefäßorte sondern die Gefäßmitten verwendet werden. In Figur 6 ist als Beispiel die Kenngröße Lt der Pulsation gegen Lt der Vasomation dargestellt, wobei die Werte für die Pulsation unterhalb und die Werte für die Vasomotion oberhalb des Gefäßortes dargestellt sind. Auf dem ersten Blick sind jene Gefäßbereiche erkennbar, die steif sind, weder Pulsation noch Vasomotion zeigen, oder jene Gefäßabschnitte, die noch flexibel auf den Puls reagieren, für die aber keine Vasomotion mehr nachweisbar ist. In gleicher Weise kann die metabolische oder die Provokationskenngrößen, der regulative Bereiche, die regulative Reserve oder andere Kenngrößen dargestellt werden. Durch entsprechende Steuerung ist auch vorgesehen, verschiedenen Gefäßabschnitte aus unterschiedlichen Bildfolgen in einem Funktionsbild zu sammeln, die z.B. nacheinander aufgenommen wurden.
Die Präsentationsgruppe Zeitdarstellung ermöglicht die Darstellung von Wertefolgen aus den verschiedenen Ebenen des Auswerteprozesses in Abhängigkeit von der Zeit, wobei die Darstellung wahlweise bestimmt werden kann.
Die Präsentationsgruppe Ortsdarstellung ermöglicht die Darstellung von Wertefolgen aus den verschiedenen Ebenen des Auswerteprozesses in Abhängigkeit vom Gefäßweg, wobei die Darstellung wahlweise bestimmt werden kann. Der Gefäßweg wird als schräglageberichtigter Abstand der
Gefäßmitten (Gefäßstrecke ) oder der Gefäßlage (Gefäßweg berechnet und in der Primärmatrix gespeichert. Die Gefäßstrecke ist folglich das Bild vom Gefäßweg in der Objektebene.
Vorzugsweise sollten für Gerätesysteme, die für den Forschungseinsatz vorgesehen sind, alle genannten Auswerteverfahren zur Verfügung stehen. Für die Erfindung ist aber unerheblich, wie viele der Verfahren für die Anwendung zur Verfügung stehen bzw. eingesetzt werden. Selbst eine einfache Darstellung der Zahlenwerte zur Bewertung durch den Arzt, würde, wenn auch erheblich eingeschränkt, qualitativ neue Aussagen gegenüber dem technischen Stand ermöglichen. Die grafische Darstellung von Daten der Primärdatenmatrix, die Bildung von Kennwerten und deren grafische Präsentation geht aber im Hinblick auf inhaltliche Aussagefähigkeit und Effektivität unvergleichlich weit über die Darstellung der Primärdaten hinaus, da die erfindungsgemäß erfaßten bildlichen und zeitlichen neuen Zusammenhänge in ihrer Fülle und Aussagefähigkeit in Zahlenwerten nicht mehr überblickbar sind.
Die Erfindung ermöglicht auch eine Ergebnispräsentation on line durchzuführen.
Die on-line-Ausgabeoperationen werden von der Steuereinheit entsprechen dem Ablaufplan gesteuert. Werksmäßig oder benutzerdefiniert voreinge- stellt wird mit dem on-line-Auswerteverfahren auch die Ergebnispräsentation. Der Einstellmonitor Ml stellt kontinuierlich das anliegende Bild vom Augenhintergrund dar und die aktuellen Fensterlagen. Mit Beginn des Meßvorganges wird das erste Bild vom Augenhintergrund komplett digitalisiert und zugehörig zur Steuerdatenmatrix der Bildfolge gespeichert und steht auf in einem Minitorbildfenster zur Verfügung. Mit dem Start des
Meßvorganges werden als Kontrollsignal in einem weiteren Monitorfenster die Gefäßdurchmesser der erkannten Gefäße in Abhängigkeit von der Zeit parallel zu den Provokationssignalen - und wahlweise - zu den zusätzlich erfaßten Meßsignalen unbearbeitet oder nach Filterung ausgegeben. In weiteren Monitorfenster können wahlweise iterativ bestimmbaren
Kenngrößen der Auswerteverfahren unter Priorität des Meßvorganges und der anderen genannten Monitorfenster on line dargestellt werden. Die Steuereinheit SS übernimmt die gesamte Ablaufsteuerung von Meßprozeß und Auswertung, die Schnittstellensteuerung für den Ausstausch von Steuer- und Meßsignalen mit den Einheiten, die Steuersignalbildung, die Synchronisation zwischen den Einheiten und insbesondere den Dialogbe- trieb mit den Ein- und Ausgabeeinheiten. Die Steuereinheit verwaltet auch das Datenbanksystem, in dem die erzeugten Steuer-, Kenngrößen- und Primärdatenmatrizen oder gegebenenfalls die Bildfolgen unter einer Bildfolgekennung und Untersuchungskennung IDU gespeichert und verwaltet werden. Die Bildfolgekennung, besteht aus einer durch das Datenbankverwaltungssystem der Steuereinheit erzeugten Primärschlüssel für die Bildfolgekennung BF und einer fortlaufenden Bildkennung b. Die zu einer Untersuchung gehörenden Bilder werden als Bildfolge bezeichnet. Bei autonomen Videoquellen benutzt die Steuereinheit die Bildfolgefrequenz der Videoquelle als Taktbasis und ordnet der Bildfolge eine Zeitbasis zu. Bei steuerbaren Videoquellen liefert die Steuereinheit den Takt für die
Bildfolgefrequenz bzw. für die Übergabe des nächsten Bildes. Die Bildkennung besteht dann durch die Bildfolgekennung und einer fortlaufenden Nummer als Kennung für das aktuelle Bild. In die Steuermatrix wird zusätzlich die Kennung des Speichermediums aufgenommen, auf dem die ausgewertete Bildfolge parallel zur Auswertung aufgezeichnet wird.
Das Meßverfahren ist neben den anderen Verfahrensschritten dadurch charakterisiert, daß entsprechend der klinischen Fragestellung und der eingesetzten Provokationsverfahren funktionelle Zeitabschnitte in Form von Meß- und Pausephasen gebildet werden. Der Programmablauf besteht aus Meßphasen und Pausephasen, die bezüglich Zahl der Phasen z, Bildzahl pro Phase bz, Bildfolgefrequenz fb, Bildauswertefrequenz fa frei programmierbar sind. Vorzugsweise voreingestellt ist der Standardablauf, der aus Vo hase, Provokationsphase 1, Reaktionsphasel, Provokationsphase2, Reaktionsphase 2 und Nachphase besteht, wobei zwischen den Phasen jeweils eine Pausephase vorgesehen werden kann, die aber für das Beispiel mit 0 Bildern voreingestellt sind. Pausephasen bedeuten eine Fortsetzung der Zeitbasis im Meßablauf ohne Bildauswertung, verbunden mit einer automatischen Dunkelsteuerung der Beleuchtung und Abschwächung der Fixationsbeleuchtung zur Erholung des Patienten. Vorzugsweise werden diese Zeitbereiche von der Maske und den Filtern für die Standardauswertung übernommen. Innerhalb der funktioneilen Phase erfolgt bei mehreren nicht mehr in einem
Bildfolgetakt auswertbaren Meßfenstern eine Ablaufsteuerung zur aufeinanderfolgenden Abfrage der verschiedenen Meßfenster und die Variation der Meßfenster in den zu den verschiedenen Meßfenstern gehörenden Scanbereichen. Vorzugsweise besteht der innerste Abfragezyklus aus der Reihenfolge der verschiedenen Meßfenster, wobei der äußere Zyklus durch die stochastisch definierte Lageänderung des Meßfensters im Scanbereich bestimmt wird.
Erfindungsgemäß berechnet ein Hilfsprogramm der Steuereinheit SS bei Definition der Meßfenster und des Untersuchungsprogrammes auf der Grundlage der gewünschten zeitlichen und örtliche Auflösung und der
Meßzeiten die zu erwartenden Grenzen für signifikant nachweisbare Änderungen. Dazu werden bei Wiederholungsmessungen, die für einen für eine Patientengruppe repräsentativen abgeschätzten systematischen Fehler und Reproduzierbarkeiten aus der Datenbank ermittelt oder es wird auf die in einem Parametersatz gespeicherten Parameter repräsentativer Patientengruppen zurückgegriffen, deren Parametersätze durch jede neue Untersuchung aktualisiert werden und die Datenbasis für diese Berechnungen liefern. Der Untersucher kann bei der Einstellung entsprechend der Prioritäten in den klinischen Fragestellungen einen optimalen Kompromiß zwischen Patientenbelastung und zu erwartende Aussage treffen und die meßtechnischen Eigenschaften des Systems an den Patienten und die Fragestellung anpassen. Im Ausführungsbeispiel wird erfindungsgemäß eine Kombination zweier
Provoaktionssy steme eingesetzt, die einerseits entgegengesetzte Reaktionen (Engstellung- Weitstellung) bewirken und somit einen regulativen Bereich erkennen lassen und andererseits ermöglichen, die Wirkung des Blutdruckes auf die metabolische Regulation erkennen und rausrechnen lassen. Damit sind auch die Pulsationen und Blutdruckwellen aus anderen
Gesichtspunkten zusätzlich bewertbar. Neue Kenngrößen, die pulsatorische und vasomotorische Aktivitäten in den einzelnen Meßzeiten zu den provozierten Änderungen Blutdruckänderungen durch körperliche Belastung in Beziehung setzen, lassen diagnostischen Bedeutung erwarten und sind mit dem beschriebenen Verfahren beliebig definierbar und präsentierbar.
Figur 5 stellt zur Übersicht in Gruppen zusammengefaßte Verfahrensschritte für den Zyklus eines Bildes zusammen.
Die Voreinstellung ermöglicht die Änderung der werksmäßigen Voreinstellungen und bei Wunsch die freie Programmierung des Meß- , Auswerte- und Präsentationsverfahrens, einschließlich der Voreinstellung von Parametern für die Steuerung, den Umfang des Dialogbetriebes für die Einstellung der Meßfenster, Hilfsfenster und des Meßfeldes zur Anpassung des Meßplatzes an die individuellen Erfordernisse von Untersucher und
Patient. Verschiedene Voreinstellungen können gespeichert und im weiteren per Menü aktualisiert werden. An dieser Stelle erfolgt auch die Voreinstellung der Meß- und Pausephasen des Verfahrens und die Art der Ergebnispräsentation auf dem Monitor und im Meßprotokoll sowie die Erfassung der Patientendaten.
Das Einstellverfahren ermöglicht im Dialogbetrieb die Einstellung der durch die Voreinstellung offengelassenen Parameter, die Initialisierung der
Vorrichtung und Programmeinheiten. Die aktualisierten Voreinstellungen werden angeboten und können modifiziert werden. Eine Vergleichsbildfolge kann definiert werden. Sie wird aus der Datenbank herausgesucht und im Arbeitsspeicher zur Verfügung gehalten. Wahlweise können Parameter oder die gesamte Steuermatrix der Vergleichsbildfolge zur Voreinstellung benutzt werden. Im Falle von Wiederholungsmessungen wird die Einstellung aller vorangegangenen Untersuchungen als Voreinstellung angeboten, womit automatisch exakte Vergleichsbedingungen, einschließlich der Reproduzierbarkeit der Meßorte, realisiert sind. Fehlende Vergleichbarkeit der Untersuchungsbedingungen, insbesondere des Meßortes, ist vor allem aus Sicht der hohen biologischen Variabilität ein wesentlicher Mangel des bekannten technischen Standes. Nach Einstellung des Untersuchungsgerätes zum Patientenauge erscheint entsprechend der Voreinstellung der Fiaxa- tionsvorrichtung ein Objektfeldausschnitt im Bildfeld abgebildet, das mittels Kontrollmonitor beobachtbar ist. Die Voreinstellung der Meß- und
Hilfsfenster und des Meßfeldes wird dem Fundusbild auf dem Kontrollmonitor Ml überlagert. Per Mausbewegung kann die Fixationsvorrichtung zur Änderung des abgebildeten Objektfeldes vom Augenhintergrund, die Lage oder Geometrie der Meßfenster, des Hilfsfensters und des Meßfeldes geändert werden, ebenso wie der voreingestellte Fehlsichtigkeitsausgleich.
Mit dem Start wird eine Bildfolgekennung generiert, die Steuermatrix mit dem ersten Bild gespeichert. Die Ablaufsteuerung ruft zunächst Steueφrogramme zur Ansteuerung der Vorrichtungseinheiten über die Schnittstellen auf, die Meßdaten abfragen und in der Steuer- bzw. Primärdatenmatrix bild- bzw. zeitrichtig ablegen, Steuersignale generieren und versenden. Mit dem Start wird die Umfeldbeleuchtung auf einen voreinge- stellten Wert verringert, standardmäßig ausgeschaltet und die Meßfeldbeleuchtung auf den voreingestellten Wert erhöht.
Durch die Ablaufsteuerung wird Bild für Bild in den Bildmanipulator aufgenommen, mit der Kennung versehen gespeichert, mit den Meß- und Hilfsfenstern auf dem Kontrollmonitor dargestellt und parallel dazu werden die Fenster des Bildes digitalisiert übergeben, in den beschriebenen Verfahrensschritten ausgewertet und die Ergebnisse in der Primärdatenmatrix gespeichert. In jedem Bild werden entsprechend der Ablaufplanung über die Ansteuerung des Bildmanipulators die Fensterkoordinaten und ggf. über die Ansteuerung des bildgebenden Systems auch die Meßfeldkoordinaten geändert.
Vorzugsweise wird in diesem Ausführungsbeispiel der Quotient aus der Zahl der erkannten Gefäße zur Zeilenzahl des Meßfensters als Qualitätskenngröße QUALI benutzt. Diese Qualitätskenngröße dient der Steuerung der Meßfeldhelligkeit zur Minimierung der Lichtbelastung. Erfindungsge- maß können aus den Zwischenergebnissen der Algorithmen zur Fensterauswertung weitere Kenngrößen abgeleitet werden, die als Qualitätskenngrößen den Bildkontrast, das SNR, die aktuelle fotometrische Auflösung u.a. detektieren, die zur Optimierung der optischen Filterlagen durch Kippung im Strahlengang, zur Optimierung der Lichtbelastung und zur Optimierung von CCD-Kameraeigenschaften verwendet werden können. Die erfindungsgemäße adaptive Steuerung der CCD- Kamera nach meßtechnischen Optimierungskriterien ermöglicht eine Anpassung an die hohe biologisch bedingte Variabilität der Bildqualität. Die Benutzung von Qualitätskenngrößen ist jedoch nicht zwingend.
Nicht zwingend, aber eine erhebliche Erweiterung der Aussagefähigkeit der Erfindung ist die Bildung weiterer Gefäßsignale, wie die Quadrate und 4.
Potenzen der Gefäßdurchmesser, die per Voreinstellung festgelegt werden kann, wie bereits weiter vorn beschrieben, in der Primärdatenmatrix gespeichert und in die Kenngrößenermittlung einbezogen wird. In diese Verfahrensgruppe kann auch die Bestimmung zusätzlicher plethysmografischer Gefäßsignale einbezogen werden, die den Gefäßdurchmesser und seine
Änderungen plethysmografisch bestimmen und den Vergleich zu den Durchmesser-Gefäßsignalen ermöglichen.
Mit der nächsten Verfahrensgruppe, der Bildung von Kenngrößen, werden entsprechend der Voreinstellung die ausgewählten Auswerteverfahren und zugehörige Masken und Filteφarameter nacheinander aufgerufen und eingestellt. Über die einstellbaren Masken und Filter werden Daten aus der Primärdatenmatrix, oder den Kenngrößenmatrizen der aktuellen Bildfolge und ggf. auch aus der Referenzbildfolge, zusammengestellt, bearbeitet und mit dem aktuellen Auswerteverfahren zur Kenngrößenermittlung bearbeitet und dann in den Kenngrößenmatrizen gespeichert.
Der Verfahrensblock on-line-Präsentation greift auf die Primärdaten- und Kenngrößenmatrizen, gegebenenfalls auch auf die Steuermatrizen über einstellbare Masken zu, um mit den ausgewählten Präsentationsverfahren die Ausgabedaten zu berechnen und an die Steuereinheit SS zur Ausgabe im nächsten Takt zu übergeben. Nach Abarbeitung der vorgesehenen Bildzahl des Ablaufprogrammes werden der on-line- Meßvorgang beendet, die Marizen der aktuellen Bildfolge gespeichert, per Menü bei Bedarf Dokumenationsprogramme aufgerufen, die Meßwertprotokolle und die im on-line-Prozeß erstellten Ergebnispräsentationen auf Papier ausgeben.
Danach wird der Zugang zur off-line-Auswertung ermöglicht, der voreingestellte Auswerteprogramme zur Kenngrößenbildung und entsprechende Präsentationsprogramme automatisch abarbeitet oder eine menügesteuerte individuelle Bildung von Kenngrößen und die Erstellung und Ausgabe geeigneter Ergebnispräsentationen ermöglicht. Dazu erlaubt die Integration des Datenbankmanagers auch die Einbeziehung und den Vergleich der Ergebnisse beliebiger anderer in der Datenbank gespeicherter Bildfolgen miteinander.
Eine wesentliche Neuheit der Erfindung gegenüber dem technischen Stand ist die Möglichkeit überhaupt kontinuierlich on line Gefäßdurchmesser zugleich mit der Ortsabhängigkeit entlang des Gefäßes zu bestimmen und zu analysieren. Über diesen qualitativen Schritt hinaus ermöglicht die Erfindung es auch, den Meßfehler und damit die Nachweisgrenze für
Änderungen von Gefäßdurchmessern um nahezu eine Zehneφotenz zu reduzieren und somit in den Bereich biologisch bedingter Änderungen des Gefäßdurchmessers und der Blutdruckeinflusses einzudringen.
In den Figuren 7, 8. und 9 sind drei Beispiel für Meßergebnisse ausgewählt, die die Leistungsfähigkeit der Erfindung zeigen. Figur 6 stellt ein Funktionsbild mit der vergleichenden Darstellung von Vasomotionsscheitelwerten und Pulsationsscheitelwerten dar. Die Darstellung für die spektrale Leistung der Pulsationsfrequenz und Vasomotionsfre- quenz würde ähnlich aussehen. Die Werte der Kenngrößen sind in Richtung der y- Achse mit dem Gefäßverlauf als Abszisse positiv für die Vasomotion und negativ für die Pulsation aufgetragen. Die Grafik ist mit dem Fundusbild hinterlegt, so daß die Kenngrößen und ihre Meßorte dem Augenhinter- grundbild wieder zugeordnet sind. Anhand dieses Bildes wird der Vorteil dieser Ergebnispräsentation deutlich, die eine schnelle Problemerfassung und Bewertung ermöglicht.
Unbewegliche Gefäßbereiche mit sehr kleinen oder fehlenden Vasomotio- nen und Pulsationen deuten auf skierotische Gefäßbereiche hin. Gefäßbereiche mit fehlender Vasomotion aber vorhandenen Pulsationen bedeuten, daß diese Bereich noch flexibel auf den Blutdruck reagieren, aber keine Aktivitäten der Gefäßmuskulatur aufweisen. Vasomotionen und Pulsationen können nicht nur nachgewiesen, sondern auch örtlich aufgelöst quantifiziert werden.
Je mehr Gefäßabschnitte in die Messungen einbezogen werden, desto übersichtlicher kann die Fundussituation bewertet werden. Die Möglichkeit der Erfindung, nicht nur an mehreren Gefäße in einem Meßfenster gleichzeitig, also parallel zu messen, sondern auch quasiparallel mit mehreren Meßfenstern in einer Sitzung Gefäße verschiedener Quadranten zu erfassen stellt einen weiteren wesentlichen Vorteil dar.
Figur 7 stellt die Änderungen des über den Gefäßabschnitt mittleren Gefäßdurchmessers D über die Zeit und Meßphasen dar gemeinsam mit dem mittleren Oberarmblutdruck PP. Der Vorteil der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Aufzeichnung des Gefäßdurchmessers unter Provokation, sowie der Zusammenhang zum Blutdruck und die erfindungsgemäße Kombination der im Beispiel verwendeten Provokationsarten wird hier deutlich. In der Voφhase wird der Ausgangswert des Gefäßdurchmessers, sozusagen sein Arbeitspunkt unter den aktuellen Blutdruckverhältnissen gemessen. Die physische Belastung führt zu einem Blutdruckanstieg und dementsprechend zu einer passiven Weitung der Gefäße, die aufgrund der Dehnung mit einer Engstellung (Autoregulation) beantwortet wird. Die als Kenngrößen berechenbaren Quotienten, z.B. aus Änderungen oder Anstiegen von Blutdruck und Gefäßdurchmesser, sind ein Maß für die Flexibilität der Gefäßwand (Provokationsphase Pl) und für die Kontraktionsantwort im zweiten Maximum (Reaktionsphase 1). Während in der Provokationsphase P2 durch Rückatmung ein ansteigender Blutdruck wie in Phase Pl erreicht wird und der Beginn der kontrahierenden Autoregulation gerade noch erkennbar ist, beginnt im zweiten Teil von P2 die metabolische Regulation als Antwort auf die Rückatmung. Das Maximum macht die Reserve für regulative Weitstellung deutlich und kann ebenfalls wieder auf die Provo- aktionsgröße z.B . auf die in diesem Diagramm nicht dargestellten Änderungen oder Anstiege des CO2 oder O2 -Gehaltes der Rückatemluft bezogen werden. Im Diagramm sind der regulative Bereich, die obere und untere regulative
Reserve, dargestellt, die sich ebenfalls als Kenngrößen berechnen lassen. Die Regulationsfähigkeit der Gefäße wird erstmals direkt beurteilbar. Der gravierende Vorteil besteht in der neuen Bewertungsmöglichkeit des aktuellen Gefäßdurchmessers. Die anatomische Streuung der retinalen Astgefäßdurchmesser liegt bei 15 bis 20% interindividuell, die die Erkennung einer Eng- oder Weitstellung nur bei groben Veränderungen und sehr unsicher zuläßt. Durch den erfindungsgemäßen Meßplatz läßt sich eine Eng- oder Weitstellung anhand der oberen und unteren regultiven Reserven wesentlich empfindlicher und sicherer bewerten. Der absolute Wert des Gefäßdurchmessers hat kaum noch eine Bedeutung. Damit ist die Fehlerquelle des individuellen Abbildungsmaßstabes des Auges beseitigt, sofern man zwischen den Untersuchungen Veränderungen der optischen Eigen- schaften des Auges vernachlässigen kann.
Damit sind die technischen Voraussetzungen für die eine Funktionsdiagnostik der Mikrozirkulation und u.a. für eine Screening-Methode zur Beurteilung vasokativer Medikamente und zur Beurteilung des Sklerosegrades als Risikofaktor geschaffen. Da alle vom Meßfenster erfaßten Gefäße gemes- sen und in ihren Kenngrößen dargestellt werden können, ist das Diagramm von Figur 8 auch als vergleichende Darstellung einer Astarterie und Astvene möglich, die weitergehende Schlußfolgerungen ermöglicht.
Das Diagramm von Figur 7 ist besonders zur on-line-Präsentation als Anzeige in einem Fenster des Monitors M2 geeignet. Sinnvoll wäre in diesem Fall auch, den Sauerstoff- und CO2-gehalt der Atemluft parallel anzuzeigen.
Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel für die vergleichende Ergebnispräsenta- tion zum Verhalten eines Astgefäßes zu zwei verschiedenen Zeiten, z.B. vor und nach einer Therapie. Dargestellt ist als Abszisse der tatsächliche Weg entlang des Gefäßverlaufes und als Ordinate die spektrale Vasomati- onsleistung und die örtliche Änderung des Gefäßabschnittes für die aktuelle Bildfolge (Vollstrich) und die Referenzbildfolge, deren Gefäßdurchmesser im Koordinatenursprung als Bezugswert verwendet wurde. Gegenüber dem
Referenzzeitpunkt hat sich das Gefäß erweitert, besonders stark in der ersten Hälfte des Abschnittes. Gerade aber in diesem Bereich sind die zum Referenzzeitpunkt fehlenden Vasomotionen noch nicht wieder normal, während die Vasomotionen in dem ursprünglich kontrahierten Gefäßbereich wieder hergestellt sind.
Im oben erläutertem Ausführungsbeispiel wurden verschiedene Lösungen der erfindungsgemäßen Anordnung und des Verfahrens miteinander kombiniert, die sich in ihrer Wirkung auf das Meßergebnis gravierend vom technischen Stand unterscheiden, da sie eine umfassende Analyse mit bisher unbekannter und von Fachleuten nicht für möglich gehaltenen Reproduzierbarkeit und Nachweisgrenze von Veränderungen der Gefäß- durchmesser ermöglichen. Es werden jedoch nicht alle der aufgeführten
Verfahren zur Kenngrößenbildung für jede medizinische Fragestellung benötigt. In einfachen Fällen genügt die Ermittlung einer Kenngröße. Die Anwendung der Erfindung gestattet es sowohl nur eine als auch alle Kenngrößen zu bilden und nur den örtlichen und/oder den zeitliche Verlauf des Gefäßdurchmessers aufzuzeichnen und zu bewerten. Bereits einfache
Ausführungsformen der Erfindung ergeben in ihrer Wirkung einen überrauschenden Effekt und eine für viele klinische Fragestellungen ausreichende Reproduzierbarkeit bzw. Nachweisgrenze für Veränderungen des Durchmesser. So kann z.B. auf die automatische Repoduzierbarkeit des Meßortes durch die erfindungsgemäße Fixationsvorrichtung verzichtet werden, wenn Ungenauigkeiten bezüglich der Zuordnung der Gefäßabschnitte zueinander zugelassen werden. Ebenso kann man auf das Hilfsfenster verzichten, wenn man örtliche Ungenauigkeiten der Meßwertzuordnung zuläßt, die bedingt durch Augenbewegungen zu einer mehr oder weniger starken und exakten gleitenden Mittelwertbildung über die Ortsabhängigkeit verbunden mit einer Herabsetzung der örtlichen Auflösung führen. Eine einfache Ausführungsform besteht z.B. in einer Netzhautkamera mit bekanntem Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang, die gar nicht modifiziert ist. Als Filter wird das übliche Rotfreifilter verwendet. Auf zusätzliche Provo- kations- und Meßsysteme sowie auf die parallele Rekorderaufzeichnung des TV-Bildes wird ebenfalls verzichtet. Es wird nur ein Meßfenster mit einem Scanbereich in das Bild gelegt, oder ein Meßfenster, daß den kompletten Scanbereich überdeckt. In diesem Fall kann die Ermittlung und Präsentation der Kenngrößen wie im ersten Ausführungsbeispiel erfolgen, es kann aber auch nur der zeitliche oder örtliche Verlauf oder nur die gemittelte Pulsationsperiode visuell bewertet werden. Vorausgesetzt ist, daß beim nichtscanenden Meßfensler der Gefäßdurchmesser örtlich aufgelöst bestimmt wird und nicht wie beim scanenden Meßfenster als mittlerer Wert für das Meßfenster. Mit einer derartigen Apparatur können überraschende Effekte wie Vasomotion und Pulsation, therapeutisch oder funktioneil provozierte Änderungen ebenfalls gesehen werden, allerdings bei weitem nicht mit der Nachweisgrenze und Auflösung wie bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel.
Ebenso ist es möglich anstelle der Kamera eine im Zeitablauf definierte Blitzbildfolge aufzunehmen und in beschriebener Weise off line oder on line auszuwerten. Der Nachteil besteht dann in der fehlenden zeitlichen Auflösung. Die Ablaufsteuerung muß dann die Bildaufnahme so gestalten, daß in der Bildfolge der Einfluß der Pulsationen oder Vasomotionen z. B. durch Randomisierung ausgeschaltet wird. Die erfindungsgemäße Anwendung off line ermöglicht die Auswertung aller im Bild meßbaren Gefäßabschnitte, in dem die Scanbewegung abschnittsweise nacheinander das ganze Bildfeld überdeckt oder erfindungsgemäß die Scanbewegung des Meßfensters so gesteuert wird, daß sich die Gefäßmitte stets in Meßfenstermitte befindet und die Scanbewegung in beide Richtungen des Gefäßverlaufes solange ausgeführt wird, solange das Gefäß meßbar ist. Für diesen Fall reicht ein ringförmiges Hilfsfenster, dessen Durchmesser größer als der der Papille ist. Dieses Hilfsfenster generiert an den Stellen erkennbarer Gefäße jeweils kleine Meßfenster, deren Scanbewegungen dem Gefäßverlauf adaptiv folgen.
Eine andere einfache Ausführungsform ist die plethysmografische Spektralanalyse für Bindehautgefäße, die ein weiteres einfaches Ausführungsbeispiel darstellt. Als bildgebendes System wird ein Beleuchtungsstrahlengang mit einem rotgesperrten Bandpaßfilter 540 nm mit 100 nm Bandbreite und einem Abbildungsstrahlengang verwendet, der z.B. eine Spaltlampe sein kann, wobei sich im Abbildungsstrahlengang ein auf die spektrale Transmission des Filters abgestimmter einflächiger photoelektrischer Sensor befindet. Dem Sensor nachgeschaltet ist ein Verstärker und ein Frequenza- nalysator, der das Leistungsspektrum ausgibt. Mit dem Abbildungssystem wird ein größeres Gefäß der Mikrozirkulation auf die photoelektrische
Meßfläche des Sensors abgebildet. Diese Abbildung muß derart erfolgen, daß der Gefäßdurchmesser im Gefäßabschnitt vollständig von der Meßfläche überdeckt wird. Das Frequenzspektrum liefert die Pulsations- und Vasomotionsleistung, deren Werte oder deren Quotient als Kenngröße zur klinischen Bewertung angezeigt werden.
Das Ausführungsbeispiel läßt sich auf andere optisch zugängige Bereiche erweitern, indem z.B. als bildgebendes System Endoskope eingesetzt und modifiziert werden. Auch der Einsatz für fluoreszenzangiograf siehe bildgebende Systeme ist sinnvoll. Dabei ist es für die Erfindung zunächst unerheblich, ob als bildgebende Systeme konventionelle optische System oder Laserscanner zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Laserscannern hat aber den Nachteil, daß die erreichbare Reproduzierbarkeit und örtliche Auflösung bzw. Genauigkeit der örtlichen Meßwertzuordnung erheblich reduziert ist.
Für die Erfindung ist es weiterhin unerheblich, ob die Meßfläche den gesamten Scanbereich überdeckt und die Auswertung der Meßfläche den örtlichen Verlauf des Gefäßdurchmessers wiedergibt oder in vorteilhafter Weise bei geringer Rechenleistung, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben aus einem schmalen Meßfenster besteht, das einen mittleren Wert für den Gefäßdurchmesser im Meßfenster wiedergibt und den örtlichen Verlauf nacheinander durch eine Scannbewegung des Meßfensters ermittelt.
Für die Erfindung ist es unerheblich, auf welcher rechentechnischen Hardwarebasis die Realisierung erfolgt. Die rechentechnische Hardwarebasis legt lediglich den Kompromiß aus zeitlicher, örtlicher Auflösung, Meßfensteranzahl und -fläche fest, sowie die Leistungsfähigkeit der on-line- Ergebnispräsentation .
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist die Gestaltung eines ringförmigen Meß fei des kongruent zu einem ringförmigen Meßfläche. Die ringförmige Meßfläche kann auch durch mehrere zu einem polygonförmi- gen Ring zusammengesetzte streif enförmige Meßflächen, vorzugsweise mit einander überlappender Enden, zusammengesetzt werden. Diese Ausführung der Erfindung erfordert aber eine höhere Rechenleistung für die on-li- ne-Fähigkeit. Weiterhin ist es für die Erfindung unerheblich, ob die Rückrechnung auf die Objektebene mit dem richtigen Abbildungsmaßstab erfolgt oder in relativen Einheiten angegeben wird. Entscheidend ist die örtlich exakte Zuordnung der Meßwerte und der Meßorte zueinander innerhalb der Bildoder Objektebene.
BEZUGSZEICHENLISTE
O Objekt
BS Bildgebendes System
FI Fixationseinrichtung
BE Bildempfänger BM Bildmanipulator
EP Einheiten zur Ergebnispräsentation, z.B. TV- Monitor
ES Steuerbarer Videorecorder
SS Steuereinheit
BV Auswerteeinheit DE Tastatur
MP Manipulationseinheit
MS Meßeinheit
HS Hauptstrahlengang
US Umfeldbeleuchtungsstrahlengang UBS Umfeldbeleuchtungssystem
BO Bleuchtungsoptik
BLS Beleuchtungsstrahlengang
FS Fixationsstrahlengang
FAS äußerer Fixationsstrahlengang FTS innerer Fixationsstrahlengang
SE Spiegeleinheit
S1...S4 Spiegel
OL Ophthalmoskoplinse HOS Optiksystem
MBS Meßfeldbeleuchtungssystem y Fixationsmarke y', y" Bilder der Fixationsmarke FME Fixationsmarkeneinheit
FOS Fixationsoptiksystem
AA optische Einheit
MSB Meßbeleuchtungsstrahlengang MBÖ Öffnungsblende
MBÖ' Pupille der Öffnungsblende
FMB Filter
MBL 1 Linsensystem 1
MBL 2 Linsensystem 2 Y" Abbildung einer zum Augenhintergrund kongruenten Ebene
MBF Feldblende (Bild entsteht am Augenhintergrund)
SMBF Stelleinheit für Feldblende
SMBÖ Stelleinheit für Aperturblende(Regelung der Hellig- keit)
LQMB Lichtquelle
SVMB steuerbare Stromversorgung der Lichtquelle UBS Meßbeleuchtungsstrahlengang
UBÖ Öffnungsblende UBÖ' Pupille der Öffnungsblende
FUB Filter
UBL 1 Linsensystem 1
UBL 2 Linsensystem 2 UBF Feldblende (Bild entsteht am Augenhintergrund)
SUBF Stelleinheit für Feldblende
SUBÖ Stelleinheit für Aperturblende
LQUB steuerbare Stromversorgung der Lichtquelle
LM Lichtmodulator
SLMUB Stelleinheit für Lichtmodulator
P, P', P" Pupillenlagen
G1, G2 Endpunkte des Scanbereiches oder der Meßfläche in Gefäßrichtung
BZ Bezugszeit
BD Bezugsdatum
IDU Identifikationsnummer der Untersucher
RZ Relativzeit

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Untersuchung von biologischen Gefäßen, vorzugsweise von retinalen Gefäßen, bei der mindestens ein Gefäßabschnitt in einem elektronischen Bild oder in einer elektronischen Bildfolge abgebildet vorliegt, die von einer fotoelektrischen Empfängeranordnung einer Auswer- teeinheit zugeführt wird, wobei die Auswerteeinheit eine Bildmanipulationseinheit (BM) zur ausschnittsweisen Digitalisierung oder Ausblendung mindestens eines Meßfensters im von der fotoelektrischen Empfängeranordnung erzeugten Bild und zur Kennzeichnung des Bildes und der Lage des Meßfensters im Bild, eine Steuereinheit (SS) zur Erzeugung der Bildkenn- Zeichnung und der Meßfensterkoordinaten, die die Lage und Geometrie der
Meßfenster im Bild beschreiben, bild- bzw. signalverarbeitende Rechen- und Speichereinheiten (BV) und Ausgabeeinheiten (EP) zur Darstellung des Bildes und/oder Darstellung von Meßwerten und/oder Meßergebnissen enthält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie und/oder Lage des Meßfensters im Bild und ihre Orientierung im Bild steuerbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßfenster streifenförmig ausgebildete ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Umschaltung zwischen horizontaler und vertikaler Lage vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente der Meßfläche quer zum Gefäßverlauf das 10-fache des zu erwartenden Gefäßdurchmessers beträgt und daß mindestens 6 Pixel einer Zeile oder Spalte auf der quer zum Gefäßverlauf liegende Komponente des Meßfensters auf dem Gefäß gleichzeitig liegen.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßfenster als ringförmiger Streifen oder als ringförmiger Polygonzug aus rechteckigen, sich vorzugsweise an den Ecken überlappenden, Streifen ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anwendung am Augenhintergrund der Innendurchmesser des Ringes oder Polygonzuges mindestens so groß wie der Papillendurchmesser ist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen für die Komponente des Meßfensters in Richtung des Gefäßverlaufes mindestens soviel Pixellagen eingestellt werden können, daß die maximalen und minimalen Gefäßdurchmesseränderungen der quasiperiodischen örtlichen Gefäßdurchmesseränderungen erfaßt werden.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur manuellen oder automatischen
Festlegung eines Scanbereiches vorgesehen sind, innerhalb dessen das Meßfenster seine Lage von Bild zu Bild stochastisch oder systematisch ändert und daß der Scanbereich vorzugsweise mindestens 1,5 mm groß ist.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Radius der kreis- oder polygonformigen Meßfläche innerhalb eines manuell oder automatisch festgelegten Scanbereiches von Bild zu Bild ändern und daß der Scanbereich vorzugsweise mindestens 1,5 mm groß ist.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Empfängeranordnung ein bildgebendes System mit mindestens einem Bildempfänger ist und ein Beleuchtungsstrahlengang vorgesehen ist und daß in der zur Objektebene kongruenten Ebene des Beleuchtungsstrahlenganges eine teiltransparente Blende zur Definition eines Meßbereiches angeordnet ist, die aus einem volltransparenten Meßfeldbereich und einem teiltransparenten Umfeldbe- reich besteht.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Beleuchtungslichtes und/oder die Lage der teiltransparenten Blende in der zum Objektfeld kongruenten Ebene mittels Meßfeldkoordinaten steuerbar ist.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Empfängereinrichtung ein bildgebendes System mit mindestens einem Empfänger ist und mindestens einen Beleuchtungsstrahlengang zur Umfeldbeleuchtung besitzt und daß mindestens ein zusätzlicher Beleuchtungsstrahlengang in den beleuchtungsseitigen Hauptstrahlengang eingebracht ist, der ein zusätzliches beleuchtungsseitiges Meßfeld in der Objektebene erzeugt, das sich dem Hautplicht überlagert oder das Objektfeld beleuchtungsseitig geometrisch in das Meßfeld und das vom Hauptstrahlengang gebildete Umfeld trennt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Stellglieder vorgesehen sind, die mittels Meßfeldkoordinaten unabhängig von der Hauptbeleuchtung bzw. Umfeldbeleuchtung Lage und/oder Geometrie und/oder Intensität und/oder spektralen Eigenschaften steuern und daß die
Meßfeldkoordinaten durch die Steuereinheit erzeugt und an die Stellglieder weitergeben werden.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen das
Meßfenster und die Meßfläche konfokal ausgeführt und bewegt werden.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildmanipulationseinheit Mittel vorge- sehen sind, die zusätzlich zum Meßfenster mindestens ein Hilfsfenster im
Bild mit fester Lage zum Bild erzeugt, die Bewegungen oder/und Lage von Objektkanten im Hilfsfenster detektiert und als Korrekturkoordinaten in der Primärmatrix gespeichert und/oder bildweise zur sofortigen Korrektur von Bewegungen der Gefäßmittenlagen im Bildfeld während einer Bildfolge verwendet werden.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfenster mit dem Meßfenster im ersten Bild bei Meßbeginn identisch ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfenster als streifenförmiges Fenster ausgebildet ist und bei Meßbeginn senkrecht und mittig zum Meßfenster steht.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur spektralen Abstimmung des beleuchtungs- und/oder abbildenden Lichtes vorgesehen sind, die Bandpaßcharakter mit steilen Kanten und Eigenschaften besitzen, die mit möglichst kleiner Toleranz für Mittenwellenlänge und Bandbreite in einer Reihe zu den nachfolgenden Beispielen liegen:
Mittenwellenlänge Bandbreite
(Halbwertsbreite)
540 nm 100 nm
533 nm 70 nm
563 nm 50 nm
574 nm 10 nm.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anwendung am Auge eine Innen- und/oder Außenfixationsvorrichtung mit Fixationsstellgliedern vorgesehen ist, die in definierten Fixationskoordinaten, welche den Winkel zwischen der optischen Achse des Auges und des bildgebenden Systems eindeutig beschreiben, die Fixationseinstellung vornehmen und daß Mittel zur Steuerung und/oder Bestimmung dieser Fixationskoordinaten sowie zur Übertragung der Fixationskoordinaten zwischen Steuereinheit und Fixationsvorrichtungen vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixationskoordinaten der Innen- und der Außenfixationsvorrichtung für die sich überlappenden Fixationsbereiche identisch sind und daß Mittel zur Steuerung oder/und Bestimmung dieser Fixationskoordinaten sowie zur Übertragung der Fixationskoordinaten zwischen Steuereinheit und Fixationvorrichtungen vorgesehen sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß Refraktionsstellglieder vorgesehen sind, mit denen die Fixationsmarken für den Patienten einmalig vor Beginn der Meßwertfolge scharfgestellt werden können und daß durch geeignete Refraktionsmeßmittel der eingestellte Fixationsrefraktionswert zur Scharfstellung gemessen und an die Steuereinheit übergeben wird.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende so im Beleuchtungsstrahlengang oder hinter der äußeren Fixationsmarke angeordnet ist, daß sie mindestens die Foveola des zu untersuchenden bzw. bei Außenfixation des Nachbarauges abdeckt.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Helligkeit oder Form der Fixationsmarken stochastisch verändern.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen bei groben oder nicht bestimmbaren relativen Positionierverschiebungen ein akustisches Signal und/ der eine vorübergehend abweichende modulierte Helligkeitssteuerung oder Formsteuerung der Fixationsmarke erfolgt.
26. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen bei Meßbeginn das Gesamtbild mit Meßfenster zur Kontrolle der Meßstelle gespeichert wird.
27. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die
- in den digitalisierten Meßfenstern Gefaßkanten erkennen, - für alle erkennbaren Gefäßkanten in den Meßfenstern die fotometrischen
Kantenschweφunkte inteφoliert bestimmen,
- eine Gefäßkantenzuordnung vornehmen, indem sie die ermittelten Werte einzelnen
Gefäßabschnitten eindeutig zuordnen, - die Schräglage der Gefäße zum Meßfenster aus der Ortsverschiebung der
Mitten- oder
Kantenlagen einander zugehöriger Gefäßabschnitte des gleichen Bildes errechnen,
- den Gefäßdurchmesser aus dem schräglagekorrigierten Abstand einander zugehöriger fotometrischer Kantenschwertpunkte bestimmen,
- die Gefäßmittenlage im Bild zu jedem Gefäßdurchmesser bestimmen und
- die ermittelten Gefäßdurchmesser und Gefäßmittenlagen für jedes erkannte Gefäß pro Bild in einem Primärdatensatz bildweise speichern.
28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Gefäßzuordnung vorgesehen sind, die das aktuell erkannte Gefäß eindeutig den erkannten Gefäßen der vorangegangenen Bilder zuordnen oder ein neues Gefäß definieren und den Primärdatensatz um ein neues Gefäß erweitern.
29. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Berechnung und bildweisen Speicherung der mittleren Helligkeit in den vorhandenen Meßfenstern oder Meßfensterbereichen als den Gefäßdurchmesser beschreibende Gefäßsignale im Primärdatensatz.
30. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die mittlere Helligkeit im Zentrum als Gefaßhelligkeit, im Kantenbereich als Kantenhelligkeit und im Gefäßumfeld als Umfeldhelligkeit bestimmen und gefäßrichtig im Primärdatensatz speichern.
31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Meßmittel (MS) vorgesehen sind, deren Meßsignale bildrichtig bzw. bildfolgerichtig zugeordnet im Primärdaten- oder Steuerdatensatz gespeichert werden.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel eine quasikontinuierliche Erfassung von Blutdrucksignalen und/oder /ntraokulardrucksignalen und/oder EKG- Signalen und/ oder Pulssignalen ermitteln.
33. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel durch die Steuereinheit steuerbar sind.
34. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Manipulationssysteme (MP) vorgesehen sind, die eine definierte Veränderung von biologischen Einflußgrößen auf die Mikrozirkulation und/oder den Stoffwechsel bewirken und daß die zugehörigen Provokationssignale bildrichtig zugeordnet im Primärdatensatz gespeichert werden.
35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die biologischen Einflußgrößen der Intraokulardruck oder/und die Atemgaszusammensetzung oder/ und die köφerliche Belastung und/oder die Temperatur und/oder Lichtreize sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulationssysteme durch die Steuereinheit steuerbar sind.
37. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- daß eine On-line- Speichereinheit ES für Bildsequenzen vorgesehen ist,
- daß der Bildmanipulator jedes Bild mit einer Bildkennung und Meßfolge- kennung versieht,
- daß die Bildkennung und Meßfolgekennung von der Steuersignaleinheit erzeugt und an den Bildmanipulator übergeben wird und daß die Bildkennung des jeweils ausgewerteten Bildes in jeden Primärdatensatz und die Meßfolgekennung im zugehörigen Steuerdatensatz gespeichert wird.
38. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einheiten zur Spektralanalyse der Gefäß- und Meßsignale und zur Darstellung und Speicherung der Ergebnisse der Spektralanalyse vorgesehen sind.
39. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel zur wahlweisen örtlichen und zeitlichen Filterung der Gefäßsignale vorgesehen sind und daß gefilterte Gefäßsignale der Einheit zur Spektralanalyse zugeführt werden.
40. Verfahren zur Untersuchung von biologischen Gefäßen, vorzugsweise von retinalen Gefäßen, bei dem mindestens ein Gefäßabschnitt in einem elektronischen Bild oder in einer elektronischen Bildfolge abgebildet vorliegt, die von einem fotoelektrischen Empfänger einer Auswerteeinheit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Gefäßsignale erzeugt werden, die den Gefäßdurchmesser von mindestens einem Gefäßabschnitt beschreiben und zeitlich und/oder örtlich auflösen.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Erfassung eines Bildes mit einer fotoelektrischen Empfängeranordnung mittels der automatischen oder manuellen Einstellung mindestens eines Meßfensters sowie eines Meßbereiches und der mehrfachen Bewegung des Meßfensters innerhalb des Meßbereiches Meßdaten erzeugt werden, die mindestens einen Gefäßdurchmesser örtlich und zeitlich aufgelöst darstellen.
42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlich veränderlichen Meßdaten des Meßfensters aufgezeichnet, gespeichert und verarbeitet werden.
43. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- entsprechend eines aufgabenspezifischen Ablaufplanes Bilder der Bildfolge in vorgegebener Anzahl und mit vorgegebenem Zeitabstand ausgewertet bzw. erstellt werden,
- daß dieser Zeitabstand als Zeitbasis des Gefäßsignals benutzt wird und
- daß Gefäßsignalwerte gemeinsam mit der Gefäßmittenlage und/oder Meßfenster- und/oder Meßfeldkoordinaten örtlich und zeitlich einander zugeordnet für jedes ausgewertete Bild in einem Primärdatensatz gespeichert werden.
44. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärdatensätze eines Meßvorganges in einer Primärdatenmatrix zusammengefaßt werden.
45. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fixations- und Hilfsfensterkoordinaten oder/und Scanbereiche und/oder Refraktionswert der Vorrichtung zur
Fixationsmarkenscharfstellung bestimmt bzw. gebildet werden, die während eines Meßvorganges bzw. einer Bildfolge nicht geändert werden und gemeinsam mit einer Kennung des Meßvorganges in einem Steuerdatensatz der Primärdatenmatrix einer Bildfolge zugeordnet werden.
46. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfsfenster oder/und im Hauptfenster die Ortsverschiebung mindestens eines charakteristischen Bildmusters in jedem ausgewerteten Bild zum ersten Bild des Meß Vorganges oder zum jeweils vorangegangenen Bild koordinatenrichtig bestimmt wird und als Hilfsfen- sterkorrekturwerte im Primärdatensatz zeitrichtig gespeichert werden.
47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Bildmuster das zu analysierende Gefäß selbst ist und die Lage des Gefäßmusters die Lage der Gefäßmitte ist.
48. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Fixations- und/oder Meßfensterkoordinaten und/oder den Hilfsfensterkorrekturwerten die korrigierten Gefäßmittenlagen des jeweiligen Gefäßdurchmesserwertes bezüglich eines definierten Bezugspunktes in der Bildebene berechnet und zeitrichtig in der Primärdatenmatrix gespeichert werden.
49. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsabhängigen Gefäßsignale vor oder/und nach Filterung in Abhängigkeit vom Ort und/oder von der Zeit frequenzanalysiert werden, Frequenzspektrum und Phasenlage grafisch darstellt und/oder folgende örtliche und/oder zeitliche Frequenzkenngrößen ermittelt und in einer komplexen Kenngrößenmatrix gespeichert werden.
50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngrößen eine oder mehrere der Größen Vasomotionsfrequenz, -handbreite, -leistung und -phasenlage, Pulsationsfrequenz, -handbreite, -leistung und -phasenlage, sowie Frequenz, Phasenlage, Bandbreite und Leistung weiterer detektierbarer Frequenzen verwendet werden.
51. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Meßsignale, die Einflußgrößen auf den Gefäßdurchmesser beschreiben, mindestens einem Wert im Steuerdatensatz der Bildfolge zugeordnet werden oder zeitlich aufgelöst den Gefäßsignalen im Primärdatensatz zeitlich zugeordnet werden .
52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß Blutdruck- großen oder/und der Intraokulardruck und/oder Puls- und/oder Herzphase als Einflußgrößen verwendet werden.
53. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Manipulationssignale, die die künstlich erzeugten Einflußgrößen auf den Gefäßdurchmesser beschreiben, mindestens zeitlich aufgelöst und den Gefäßsignalen im Primärdatensatz zugeordnet werden.
54. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Gefäßsignalen weitere Gefäßsignale gebildet werden, in denen die Quadrate der Werte und/oder die 4. Potenzen der Werte gebildet und in den Primärdatensätzen gespeichert werden.
55. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis
44, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Gefäß-, Meß- und/ oder Manipulationssignalen Kenngrößen gebildet werden .
56. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gefäß-, und/oder Meß- und/oder Manipulationssignale und/oder Kenngrößen dem Gefäßbild überlagert oder zugeordnet oder als zeitlicher und/oder örtlicher zwei- oder dreidimensionaler Verlauf als funktionsdiagnostisches Bilder dargestellt und/oder als örtlich und zeitlich unabhängige komplexe Gesamtwerte zahlenmäßig oder grafisch präsentiert werden.
57. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach und/oder vor zeitlicher und/oder örtlicher Filterung der Gefäßsignale aus den korrigierten Gefäßmittellagen der Gefäßsignale Ortsbereiche und Zeitbereiche gebildet werden, die mindestens einen Wert umfassen und daß aus den Gefäßsignalen innerhalb der Ortsbereiche und Zeitbereiche ortsabhängige Zeitkenngrößen bestimmt und in einer Zeitkenngrößenmatrix jeweils für den definierten Zeit- und Ortsbereich gespeichert und dargestellt werden und/oder in Abhängigkeit von der korrigierten Gefäßlagenmitte überlagert zum Originalbild als fύnktionsdia- gnostisches Bild für den definierten Zeitbereich und Ortsbereich ausgegeben werden.
58. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsabhängigen Zeitkenngrößen Maximal- und Minimalwerte über die Zeit und/oder die zeitlichen Mittelwerte aus den Gefäßsignalen, deren zeitlichen Streuungen und Konfidenzintervalle und/oder die Wurzeln aus dem zeitlichen Mittelwert aus den Quadraten der Gefäßdurchmesser, der zugehörige Streuung und Konfidenzintervalle und/oder die V Potenz aus dem zeitlichen
Mittelwert über die 4. Potenz der Gefäßdurchmesser und deren Streuungen und Konfidenzintervalle sind.
59. Verfahren nach einem der Ansprüche 57 oder 58, dadurch gekenn- zeichnet, daß Herzpulsbereiche vorgegeben werden und daß für jeden
Ortsbereich mittels EKG- getriggertem Signalaveraging des Gefäßsignales bzw. Durchmesser, Mittelwert, Streuung und Konfidenzintervall innerhalb der Herzpulsbereiche gebildet und gespeichert werden.
60. Verfahren nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Pulsverlauf Pulskenngrößen wie die Pulsphasenlage, der Pulsmaximalwert und der Pulsminimalwert bestimmt und gespeichert werden.
61. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 57 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gefäßsignale verarbeitenden Signalfilter
Bandpaßfilter mit nachgeschalteter gleitender Mittelwertbildung sind, die Herzpulsation oder/und -vasomotion oder/und Blutdruckwellen 1. und/oder 2. Ordnung und/oder die Atemfrequenz selektieren oder glätten und/oder Fremdsignale und/oder Störungen glätten.
62. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach und/oder vor vorgegebener örtlicher und/oder zeitlicher Filterung der Gefäßsignale Zeitbereiche und Gefäßberei- ehe gebildet werden, die mindestens einen Wert umfassen und daß aus den örtlichen Gefäßverläufen innerhalb der Zeitbereiche und Gefäßbereiche zeitabhängige Ortskenngrößen bestimmt und in einer Ortskenngößenmatrix für den definierten Orts- und Zeitbereich gespeichert werden und grafisch in Abhängigkeit von der Zeit für den betreffenden Gefäßbereich ausgegeben werden.
63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitabhängigen Ortskenngrößen die maximalen und minimalen Werte und/oder der örtliche Mittelwert aus dem Gefäßsignal, dessen Streuung und Konfidenzin- tervall gebildet und in der Ortskenngrößenmatrix in Abhängigkeit von der
Zeit und/oder daß die Wurzeln aus dem örtlichen Mittelwert aus den Quadraten der Gefäßdurchmesser, der zugehörigen Streuung und Konfidenzintervalle und/oder die Vi Potenz aus den örtlichen Mittelwert über die 4. Potenz der Gefäßdurchmesser und deren Streuung und Konfidenzintervalle sind.
64. Verfahren nach einem der Ansprüche 62 oder 63, dadurch gekennzeichnet, daß Herzpulsbereiche vorgegeben werden und daß für jeden Zeitbereich mittels EKG- getriggertem Signalaveraging des Gefäßsignales bzw. Durchmessers Mittelwert, Streuung und Konfidenzintervall innerhalb der Herzpulsbereiche als Mittelwerte über den Ort gebildet, gespeichert und dargestellt werden.
65. Verfahren nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Pulsverlauf Pulskenngrößen bestimmt und gespeichert werden und daß die Pulskenngrößen die örtlich mittlere Pulsphasenlage, der örtlich mittlere Pulsmaximalwert und der örtlich mittlere Pulsminimalwert sind.
66. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß komplexe Kenngrößen aus der Ortskenngrößen- und/oder Zeitkenngrößenmatrix oder Primärdatenmatrix gebildet werden, die in einer zeit- und ortsunabhängigen Komplexkenngrößenmatrix gefäßrichtig, zeitbereichs- und ortsbereichsrichtig gespeichert und ausgegeben werden.
67. Verfahren nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß Maximal- und Minimalwert, zeitliche und örtliche Mittel und dessen Streuung aus den Orts- und/oder Zeitkenngrößen und/oder Gefäßsignalen, z.B. dem Gefäßdurchmesser gebildet werden und/oder daß die Wurzel aus dem zeitlichen und örtlichen Mittel sowie dessen Streuung aus den Quadraten der jeweiligen Gefäßsignale gebildet wird und/oder daß die V* Potenz aus dem zeitlichen und örtliche Mittel und dessen Streuung aus der 4. Potenz der Werte der Gefäßsignale, z.B. der Gefäßdurchmesser gebildet wird.
68. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Quotienten und/oder Differenzen und/oder prozentuale Differenzen als abgeleitete Kenngrößen aus den Orts-, Zeit- und Komplexkenngrößen untereinander und miteinander gebildet werden, die jeweils in den Orts- oder Zeit- oder Komplexkenngrößenmatrizen gespeichert und entsprechend wie Orts-, Zeit oder Komplexkenngrößen dargestellt bzw. ausgegeben werden.
69. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, daß als abgeleitete Kenngröße Pulsscheitelwerte und Vasomotionsscheitelwerte in Beziehung gebracht werden und/oder daß die Frequenzleistungen und/oder die Frequenzen oder Phasenlagen von Puls und Vasomotion als neue Kenngrößen in Beziehung gebracht werden und/oder die Scheitelwerte des
Gefäßdurchmesser bezogen auf den den örtlichen oder zeitlichen oder komplexen Mittelwert in Beziehung gebracht werden.
70. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Zeitverläufen der provozierten oder pathologisch oder therapeutisch bedingten Signaländerungen dynamische Kenngrößen signalanalytisch ermittelt und in der Komplexkenngrößenmatrix oder in der Zeitkenngrößenmatrix als dynamische Kenngrößen gefäßrichtig und/oder ortsrichtig gespeichert und dargestellt werden.
71. Verfahren nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß die
Totzeit, die Abfall- und Anstiegszeitkonstanten der direkten Antwortreaktion und der reaktiven Phase der Gefäßabschnitte auf Sauerstoffatmung und/oder auf isometrische Belastung und/oder auf Änderung des Intraoku- lardruckes und/oder auf Lichtreiz ortsaufgelöst oder als Antwort eines Gefäßbereiches bestimmt werden.
72. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Gefäße und/oder Gefäßbereiche eines Gefäßes gleichzeitig bzw. innerhalb der gleichen Bildfolge gleich- zeitig oder nacheinander analysiert werden und die Abstände der korrigierten Gefäßmittellagen in vergleichbare Gefäßlängeneinheiten umgerechnet und zum Vergleich ihrer Gefäßsignale oder Kenngrößen geeignet grafisch zwei- oder dreidimensional gegenübergestellt werden.
73. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kenngrößen gebildet werden, die örtliche und/oder zeitliche und/oder komplexe Änderungen eines Gefäßes oder/und Gefäßabschnittes gegen ein Referenzgefäß oder einen -gefaßabschnitt betref- fen.
74. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitige Messungen an mindestens zwei zueinander gehörenden Gefäßabschnitten oder Gefäßbereichen durchgeführt werden und daß die Phasendifferenz einander zugehöriger Gefäßabschnitte eines Gefäßbereiches und/oder unterschiedlicher Gefäßbereiche bestimmt wird und oder zusätzlich die Strömungswege zwischen den Gefäßabschnitten bestimmt werden und aus Phasendifferenz und Strömungswegen die Pulswellengeschwindigkeit ermittelt und ausgegeben wird.
75. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen und örtlichen Zusammenhänge zwischen den korrigierten und/oder unkorrigierten Gefäßsignalen und den Provokationssignalen und/oder zusätzlichen Meßsignalen und/oder Kenngrößen zwei- und/oder dreidimensional grafisch dargestellt werden.
76. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngrößen zu jedem neuen ausgewerteten Bild neu bestimmt und in einer der grafischen oder textlichen Darstellun- gen ausgegeben werden.
77. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerkenngröße Positionierunsicherheit mit jedem Bild iterativ als Streuung der Hilfsfensterkorrekturwerte in beiden Richtungen berechnet und/oder ständig angezeigt wird und deren Endwert der Meßfolge im Steuerparametersatz mit der Meßwertfolge speichert wird.
78. Verfahren nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem vorgegebenen Wert durch die Kenngröße Positionierunsicherheit durch die Ablaufsteueuerung ein akustisches Signal und/oder ein auffälliges visuelles Signal in die Helligkeit oder Form der Fixationsmarke durch die Ablaufsteuerung eingebracht wird.
79. Verfahren nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische oder visuelle Signal mit zunehmender Positionierunsicherheit stärker wird.
80. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildqualitätsgrößen im Primärdatensatz zu jedem ausgewerteten Bild zeitrichtig zugeordnet gespeichert werden.
81. Verfahren nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildqualitätskenngrößen zum Streichen von Gefäßsignalwerten verwendet werden, sofern ein vorgegebener Wert unter- bzw. überschritten wird.
82. Verfahren nach einem der Ansprüche 79 oder 80, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildqualitätskenngrößen benutzt werden um jeden Meßwert mit einem Wichtungsfaktor zu versehen, der bei sehr guter
Bildqualität einen bestimmten Wert besitzt und bei sehr schlechter Qualität den Wert Null besitzt und für dazwischenliegende Werte der Bildqualitätskenngröße einen abgestuften Wert besitzt und daß diese Wichtungsfaktoren bei der Ermittlung von Mittelwerten zur stärkeren Wichtung sicherer Meßwerte und zur Abschwächung oder Ausschaltung unsicherer Meßwerte benutzt werden.
83. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bild einer Meßfolge komplett dem Steuersatz der Meßfolge zugeordnet gespeichert wird und das Meß- und Hilfsfenster und/oder die Scanbereiche im Bild mit zugehöriger Nennung der Meßfolge gekennzeichnet werden und grafisch als Meßortbild dargestellt oder ausgegeben wird.
84. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wiederholungsmessungen Meß- und/oder Hilfsfensterkoordinaten und -form und/oder Fixationskoordinaten und/oder Meßfeldkoordinaten und/oder Scanbereiche durch die Ablaufsteue- rung automatisch voreingestellt oder zur manuellen Einstellung angezeigt werden und daß das Meßortbild des vorangegangenen Meßvorganges dargeboten wird.
85. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale oder Kenngrößen in ihrem zeitlichen oder örtlichen Verlauf oder on-line mit Ihrer Ermittlung grafisch dargestellt werden.
86. Verfahren nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittel- wert und ein Konfidenzintervall des Mittelwertes iterativ bestimmt und mit jedem ausgewerteten Bild als aktueller Wert angezeigt oder grafisch mit dem Meßsignal dargestellt wird.
87. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster und/oder Meßfeld innerhalb des vorgegebenen Scanbereiches zwischen verschiedenen Bildern oder in einem Bild stochastisch oder geordnet pixel- oder abschnittsweise in Richtung des Gefäß Verlaufes bewegt wird.
88. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene klinische Standardfragestellungen verschiedenen Ablaufsteuerungen für den Meßvorgang zugeordnet sind, daß die Erstellung der Bildfolge oder Auswertung einer vorhandenen
Bildfolge für einen Meßvorgang in der Zahl der Bilder und/oder im zeitlichen Bildabstand erfolgt und/oder mit vorgegebenen Steuerdatensatz automatisch gesteuert wird, daß diese Daten als Steueφarameter in einem Steuerdatensatz gespeichert werden und daß der Meßvorgang bei Unter- schreiten eines vorgegebenen Wertes für das Konfidenzintervall abgebrochen wird.
89. Verfahren nach Anspruch 87, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Untersucher gewünschte Reproduzierbarkeit im Dialogbetrieb erfragt wird und aus vorgegebenen Streuungswerten die notwendige Meßwertzahl oder/und Untersuchungszeit berechnet wird.
90. Verfahren nach Anspruch 87, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildfolge von mindestens 10 Bildern/s über mindestens 10 s oder mindestens 1 Bild/s über mindestens 120 s oder mindestens 0,2 Bild/s über mindestens
600 s aufgenommen und/oder ausgewertet wird.
91. Verfahren nach Anspruch 87, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildfolge von mindestens 10 Bildern stochastisch über mindestens 5 min verteilt aufgenommen und/oder ausgewertet wird.
92. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung die Beleuchtung des Meßfeldes steuert und nur während der Messung auf volle Intensitäten schaltet und ansonsten reduzierte Werte verwendet.
93. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsintensität im Meßfeld durch die Ablaufsteuerung während der Messungen regelt und als Regelgrößen vorgegebene Werte für die Bildqualitätskenngrößen verwendet werden, wobei stets nur die für vorgegebene Bildqualitätskennwerte minimale Licht- intensität eingestellt wird.
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