WO2005094668A1 - Verfahren zur messsung des gefässdurchmessers optisch zugänglicher blutgefässe - Google Patents

Verfahren zur messsung des gefässdurchmessers optisch zugänglicher blutgefässe Download PDF

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WO2005094668A1
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blood
vessel diameter
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Walthard Vilser
Martin Hammer
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Imedos Gmbh
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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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/02007—Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the vessel diameter of optically accessible blood vessels using digital images in which the blood vessels and their surroundings are shown.
  • the method according to the invention is intended in particular for use on the human fundus, but is not limited to this.
  • the vessel diameter of blood vessels and its change due to a provocation or stimulation of the metabolism is an important physiological measurement.
  • Known methods for determining the vessel diameter in optically accessible vessels are often planimetric methods which are suitably implemented in image processing programs for evaluating digitally recorded or digitized images.
  • Such a method is known, for example, from DE 196 48 935 A1, which determines the vessel diameter after a vessel edge detection as the distance between interpolatingly formed photometric vessel edge centers with corrected oblique position of the vessel edges.
  • this object is achieved in the method for determining the vessel diameter of optically accessible blood vessels of the type mentioned at the outset in that the vessel diameter is measured photometrically from the logarithmic ratio of the intensities of the reflection of the vessel-free environment of the blood vessel and the reflection of the blood vessel determined in a first monochromatic image? is determined.
  • the first monochromatic image is preferably based on an isosbestic wavelength of the hemoglobin.
  • Edge shadowing that usually occurs inevitably in the optical imaging can be corrected by normalizing the intensities of the reflections determined in the first monochromatic image to intensities of the reflections that are obtained from a second monochromatic image of a different wavelength that was recorded simultaneously with the first monochromatic image becomes. It is particularly advantageous if the blood vessels and their surroundings are simultaneously illuminated with different wavelengths of illuminating radiation corresponding to the spectral difference of the images to be recorded, each of which has a wavelength of one color channel for recording the images, in order to simultaneously record the spectrally differing monochromatic images serving color camera is tuned to be received by this color channel.
  • the blood vessels and their direction as well as the vascular-free environment can be recognized automatically by image processing means or manually. In the same way, specular reflections on the blood vessels can be identified and eliminated.
  • the reflection values perpendicular to the direction of the blood vessel it is advantageous to average the reflection values of all the pixels belonging to the blood vessel.
  • several reflection values, averaged perpendicular to the direction of the blood vessel can be determined, by means of which the mean value is formed.
  • a special embodiment of the invention provides that the determination of the vessel diameter is carried out in response to physiological provocations or stimulations. This can be done in different ways, such as. B. by flicker light, by ventilating the subject with oxygen or with carbogen.
  • a method is particularly suitable for optical influencing, in which light of at least one light source is generated by an imaging beam in an illumination beam path Device arranged light manipulator is modified in terms of program technology, and in which the modified light is used for lighting and for optional provocation or stimulation.
  • the vessel diameter of the blood vessels determined using the method according to the invention can be used in a variety of ways for diagnostic purposes. Advantageous applications in this regard can be found in the dependent claims.
  • Fig. 1 is a simplified representation of the structure of an imaging device for performing the method according to the invention
  • the imaging device shown in simplified form in FIG. 1 can be used to carry out the method according to the invention, which can preferably, but not exclusively, be applied to blood vessels of the fundus.
  • the method according to the invention can be applied to optically accessible (and identifiable) blood vessels of biological objects, of which those are used for the photometric determination of the vessel diameter
  • blood vessels required monochromatic, preferably spectrally different, congruent images taken, for example also with a slit lamp, an endoscope or an operating microscope.
  • the lighting system in a common illumination beam path 1 contains at least one illumination source 2 and in particular for carrying out the method according to the invention a filter device 3 which spectrally spectrally illuminates the color channels of an electronic color camera 4 provides tuned wavelengths.
  • Other elements known from retinal camera technology include a perforated mirror 5, through the central opening of which a recording beam path 6 runs. The illuminating light is directed over a region surrounding the central opening through optically imaging elements (not shown here) to the fundus 7 and in particular to the blood vessels located therein and their surroundings.
  • Light reflected from the fundus 7 passes through the recording beam path 6 and again via optical imaging elements, not shown, to an imaging recording system, for which the color camera 4 is provided in the present exemplary embodiment, the camera control of which is controlled by a central control and Evaluation unit, in particular a control and evaluation computer 8 is connected.
  • a power supply unit 9, which serves to supply power to the two lighting sources 2 and 10, is also connected to the control and evaluation computer 8, and also corresponding tilting mirror controls.
  • Layer filters such as dual-bandpass filters to triple-bandpass filters, are suitable as optical filters 3 are particularly suitable for subsequent integration, preferably in a section with a parallel beam path in the illumination beam path 1 of systems which have already been set up.
  • a geometrically structured filter composed of filter sector-shaped filter areas with different spectral filter properties, the circle sectors of which may have the same or different sector surface contents, is also suitable, but must be arranged in the vicinity of the aperture level.
  • the pixels adjacent to the blood vessels are used as the surroundings if no other vessel is recognized in them.
  • averaging is preferably carried out perpendicular to this direction via the reflection values of all the pixels belonging to the blood vessel. Specular reflections on the blood vessel can be excluded from the averaging. It is also possible that several reflection values, averaged perpendicular to the direction of the vessel, are determined in the vessel direction and that a (moving) mean value is in turn formed over these.
  • the averaging in the vascular environment can also be carried out in a similar manner.
  • the image of a biological structure with an embedded vessel is the result of a very complex process of light propagation in the tissue, in which scattering, reflection and Absorption both within the vessel, in or on the vessel walls and in the surrounding tissue play a role.
  • a connection between the vessel diameter and the intensity of the reflection could surprisingly be established by the logarithmic ratio of the intensities of the reflection of the vessel-free environment of the blood vessel (R u ) and the reflections of the blood vessel (R g ) is proportional to the vessel diameter d:
  • d a ⁇ log - ⁇ - (i:
  • the proportionality factor a can be used to calibrate the image used to determine the diameter either from a model of the radiation transport in the blood vessel, the vessel wall and in the surrounding biological tissue or by a comparison with a sufficiently thick vessel from the same image, which can be measured with a conventional geometric measurement method has been.
  • the proportionality factor a is preferably determined by comparison with a reference vessel, the vessel diameter of which is sufficiently large (from about 100 ⁇ m) so that it can be determined using the method according to DE 196 48 935 A1.
  • the image-specific proportionality factor a results from the diameter value obtained in this way (1).
  • the method according to the invention enables the vessel structure to be represented in the image of the biological object, in which the vessel diameter is coded, for example, in false colors.
  • a statistical evaluation of the vessel diameters of all vessels in the image as well as the ratios of the vessel diameters of the arteries to the vessel diameters of the veins, in comparison with normal values, allows a global statement on the pathologies present.
  • the reaction of the vessel diameter to physiological provocations or stimulations provides further diagnostically important information.
  • physiological provocations or stimulations e.g. by illuminating the eye with flicker light, ventilating the patient with oxygen or carbogen
  • the reaction of individual vessel sections with regard to the change in the vessel diameter can be observed.
  • Vascular sections with a pathological response to the provocation or stimulation can be identified by comparison with findings obtained in the same way on healthy volunteers and identified in the image.
  • the imaging device according to FIG. 1 can have additional means which are also suitable for stimulating or provoking the blood vessels, such as, for. B. a controllable optical light manipulator 12 arranged in the common illuminating beam path 1 next to the filter device 3, the control module 13 of which has an interface to the control and evaluation computer 8 (broken line).
  • additional means which are also suitable for stimulating or provoking the blood vessels, such as, for. B. a controllable optical light manipulator 12 arranged in the common illuminating beam path 1 next to the filter device 3, the control module 13 of which has an interface to the control and evaluation computer 8 (broken line).
  • the light manipulator 12 which is programmable in many ways, is a common element available for all lighting sources, which generates secondary light by modifying primary light, here the continuously emitting lighting source 2 and the flash lighting source 10.
  • the light manipulator is suitable for program-technically modifying the intensity and / or time curve of the light of at least one light source with a temporally defined reference to the settings of the at least one light source, the image recording and the evaluation for adaptive adaptation to an examination task.
  • the secondary light can be used for lighting and for optional provocation or stimulation.
  • multifunctionality can be achieved by changing the light properties of the light guided in the illuminating beam path in a function-adapted manner.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Messung des Gefäßdurchmessers optisch zugänglicher Blutgefäße besteht die Aufgabe, Gefäßdurchmesser von optisch zugänglichen Blutgefäßen in einfacher Weise auch dann mit hoher Genauigkeit anhand digitaler Bilder zu messen, wenn der Gefäßdurchmesser in einer Größenordnung liegt, bei der die Durchmesserbestimmung mittels Bildpunktauszählung mit einem unvertretbar hohen Fehler behaftet ist. Gemäß der Erfindung wird der Gefäßdurchmesser photometrisch aus dem logarithmierten Verhältnis der in einem monochromatischen Bild ermittelten Intensitäten der Reflexion der gefäßfreien Umgebung des Blutgefäßes und der Reflexion der Blutgefäße bestimmt.

Description

Verfahren zur Messung des Gefäßdurchmessers optisch zugänglicher Blutgefäße
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Gefäßdurchmessers optisch zugänglicher Blutgefäße anhand digitaler Bilder, in denen die Blutgefäße und deren Umgebung dargestellt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Anwendung am menschlichen Augenhintergrund vorgesehen, aber nicht darauf beschränkt.
Der Gefäßdurchmesser von Blutgefäßen und seine Änderung aufgrund einer Provokation bzw. Stimulation des Stoffwechsels stellt eine wichtige physiologische Messgröße dar.
Bekannte Verfahren zur Bestimmung des Gefäßdurchmessers bei optisch zugänglichen Gefäßen, beispielsweise bei solchen des Augenhintergrundes sind oft planimetrische Verfahren, die zur Auswertung von digital aufgenommenen oder digitalisierten Bildern geeignet in Bildverarbeitungsprogramme implementiert sind.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 196 48 935 AI bekannt, das den Gefäßdurchmesser nach einer Gefäßkantenerkennung als Abstand zwischen interpolierend gebildeten fotometrischen Gefäßkantenschwerpunkten bei korrigierter Schräglage der Gefäßkanten ermittelt. Mit diesem Verfahren lassen sich Reproduzierbarkeiten erreichen, die es gestatten, regulatorische Veränderungen individuell signifikant nachzuweisen.
Dennoch besteht ein Nachteil, der in der geometrischen Messung des Gefäßdurchmessers anhand der digitalen Bilder begründet ist, da die Messgenauigkeit durch die Auflösung des Rasters der digitalen Bildpunkte begrenzt ist. Erreichen die Gefäßdurchmesser eine Größenordung, die in den Bereich einiger weniger Bildpunkte kommt, wird der Fehler bei der geometrischen Messung zunehmen.
Es besteht deshalb die Aufgabe, Gefäßdurchmesser von optisch zugänglichen Blutgefäßen in einfacher Weise auch dann mit hoher Genauigkeit anhand digitaler Bilder zu messen, wenn der Gefäßdurchmesser in einer Größenordnung liegt, bei der die Durchmesserbestimmung mittels Bildpunktauszählung mit einem unvertretbar hohen Fehler behaftet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Verfahren zur Bestimmung des Gefäßdurchmessers optisch zugänglicher Blutgefäße der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der Gefäßdurchmesser photometrisch aus dem logarithmierten Verhältnis der in einem ersten monochromatischen Bild ermittelten Intensitäten der Reflexion der gefäßfreien Umgebung des Blutgefäßes und der Reflexion des Blutgefäßes ?bestimmt wird.
Zur Eliminierung unterschiedlicher SauerstoffSättigungen wird dem ersten monochromatischen Bild bevorzugt eine isosbestische Wellenlänge des Hämoglobins zugrunde gelegt.
Meist unvermeidlich bei der optischen Abbildung auftretende Randabschattungen können dadurch korrigiert werden, dass die im ersten monochromatischen Bild ermittelten Intensitäten der Reflexionen auf Intensitäten der Reflexionen normiert werden, die aus einem zweiten monochromatischen Bild einer anderen Wellenlänge gewonnen werden, das gleichzeitig zu dem ersten monochromatischen Bild aufgenommenen wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Blutgefäße und deren Umgebung zur gleichzeitigen Aufnahme der spektral sich unterscheidenden monochromatischen Bilder gleichzeitig mit verschiedenen, dem spektralen Unterschied der aufzunehmenden Bilder entsprechenden Wellenlängen einer Beleuchtungsstrahlung beleuchtet werden, von denen jede Wellenlänge auf je einen Farbkanal einer zur Aufnahme der Bilder dienenden Farbkamera abgestimmt ist, um von diesem Farbkanal empfangen zu werden.
Die Erkennung der Blutgefäße und deren Richtung sowie der gefäßfreien Umgebung kann automatisch durch bildverarbeitende Mittel oder manuell erfolgen. Auf ebensolche Weise können spiegelnde Reflexe auf den Blutgefäßen identifiziert und eliminiert werden.
Vorteilhaft wird bei der Messung der Reflexionswerte senkrecht zur Richtung des Blutgefäßes über die Reflexionswerte aller zum Blutgefäß gehörenden Bildpunkte gemittelt. Entlang der Richtung des Blutgefäßes können mehrere, senkrecht zur Richtung des Blutgefäßes gemittelte Reflexionswerte bestimmt werden, über die der Mittelwert gebildet wird.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bestimmung des Gefäßdurchmessers als Reaktion auf physiologische Provokationen oder Stimulationen durchgeführt wird. Das kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie z. B. durch Flickerlicht, durch Beatmung des Probanden mit Sauerstoff oder mit Carbogen.
Für eine optische Beeinflussung eignet sich besonders ein Verfahren, bei dem Licht mindestens einer Lichtquelle durch einen in einem Beleuchtungsstrahlengang einer bildgebenden Einrichtung angeordneten Lichtmanipulator programmtechnisch modifiziert wird, und bei dem das modifizierte Licht zur Beleuchtung und zur wahlweisen Provokation oder Stimulierung verwendet wird.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Gefäßdurchmesser der Blutgefäße kann in vielfältiger Weise zu diagnostischen Zwecken genutzt werden. Diesbezüglich vorteilhafte Anwendungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen .
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus einer bildgebenden Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 2 die Lage selektierter Wellenlängenbereiche in den Farbkanälen, wenn die beleuchtungsseitig bereitgestellten Wellenlängenbereiche hinsichtlich einer farblichen Übereinstimmung auf die Farbkanäle abgestimmt sind
Die in Fig. 1 vereinfacht dargestellte bildgebende Einrichtung kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden, das sich bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich auf Blutgefäße des Augenhintergrundes anwenden lässt.
Prinzipiell lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf optisch zugängliche (und identifizierbare) Blutgefäße von biologischen Objekten anwenden, von denen die zur photometrischen Ermittlung des Gefäßdurchmessers der Blutgefäße erforderlichen monochromatischen, vorzugsweise spektral verschiedenen, kongruenten Bilder aufnehmen lassen, beispielsweise auch mit einer Spaltlampe, einem Endoskop oder einem Operationsmikroskop.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Bilder vom Augenhintergrund bei einer isosbestischen Wellenlänge λi = 548 nm des Hämoglobins aufgenommen und falls es zur Korrektur der in jeder optischen Abbildung unvermeidlich auftretenden Randabschattung erforderlich ist, zusätzlich bei einer anderen Wellenlänge λn.
Das kann z. B. mit einer in Fig. 1 gezeigten einfachen und ausgesprochen kostengünstig modifizierten Netzhautkamera erfolgen, deren Beleuchtungssystem in einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang 1 mindestens eine Beleuchtungsquelle 2 und insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Filtereinrichtung 3 enthält, die beleuchtungsseitig auf die Farbkanäle einer elektronischen Farbkamera 4 spektral abgestimmte Wellenlängen bereitstellt. Zu weiteren, von der Netzhautkameratechnik her bekannten Elementen gehört unter anderem ein Lochspiegel 5, durch dessen zentrale Öffnung ein Aufzeichnungsstrahlengang 6 verläuft. Über einen, die zentrale Öffnung umschließenden Bereich ist das Beleuchtungslicht durch hier nicht dargestellte optisch abbildende Elemente auf den Augenhintergrund 7 und insbesondere auf die darin befindlichen Blutgefäße und deren Umgebung gerichtet. Vom Augenhintergrund 7 reflektiertes Licht gelangt über den Aufzeichnungsstrahlengang 6 und über wiederum nicht dargestellte optisch abbildende Elemente zu einem bildgebenden AufZeichnungssystem, wofür im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Farbkamera 4 vorgesehen ist, deren Kamerasteuerung mit einer zentralen Steuer- und Auswerteeinheit , insbesondere einem Steuer- und Auswerterechner 8 verbunden ist. Auch ein Netzteil 9, welches zur Stromversorgung der beiden Beleuchtungsquellen 2 und 10 dient, ist mit dem Steuer- und Auswerterechner 8 verbunden und ebenso entsprechende Kippspiegelansteuerungen .
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich nicht an diesen Aufbau einer Netzhautkamera gebunden. Je nach medizinischer Fragestellung können die unterschiedlichsten Abwandlungen vorgenommen oder andere bildgebende Einrichtungen benutzt werden. So ist es z. B. möglich, nur die kontinuierliche Beleuchtungsquelle 2 oder nur die als Blitzbeleuchtungsquelle ausgeführte Beleuchtungsquelle 10 vorzusehen, oder beide, wie in Fig. 1, gemeinsam zu verwenden. Ebenso kann auch deren Einkopplung in den gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang 1, die in diesem Fall über einen Klappspiegel 11 in klassischer Weise erfolgt, unterschiedlich ausgebildet sein.
Sollen jedoch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft zwei spektral verschiedene monochromatische Bilder bei der isosbestischen Wellenlänge gleichzeitig erzeugt werden, ist die Filtereinrichtung 3, ausgehend von der spektralen Charakteristik der Farbkamera 4, auszuwählen und in den Beleuchtungsstrahlengang 1 einzusetzen, um den Augenhintergrund 7 gleichzeitig und farblich unterschiedlich mit verschiedenen Wellenlängen λ und λn zu beleuchten, von denen jede auf einen der Farbkanäle FKj (j = 1, 2, 3) der Farbkamera 4 hinsichtlich einer farblichen Übereinstimmung entsprechend Fig. 2 abgestimmt ist.
Als optische Filter 3 eignen sich Schichtenfilter, wie Dualbandpassfilter bis hin zu Triplebandpassfilter, die besonders zur nachträglichen Integration bevorzugt in einem Abschnitt mit parallelem Strahlenverlauf im Beleuchtungsstrahlengang 1 von bereits aufgebauten Systemen geeignet sind. Auch ein aus kreissektorförmigen Filterbereichen mit unterschiedlichen spektralen Filtereigenschaften zusammengesetzter, geometrisch strukturierter Filter, dessen Kreissektoren gleiche oder unterschiedliche Sektorflächeninhalte aufweisen können, ist geeignet, muss aber in der Nähe der Aperturebene angeordnet werden.
Von den vorzugsweise über einen Bildverarbeitungs-Algorithmus bei λi = 548 n automatisch zu identifizierenden Blutgefäßen sowie deren gefäßfreier Umgebung werden die Intensitäten der Reflexionen im Bild bestimmt, auf deren Grundlage der Gefäßdurchmesser in nachfolgend beschriebener Weise ermittelt wird.
Die den Blutgefäßen benachbarten Bildpunkte werden dann als Umgebung verwendet, wenn darin kein weiteres Gefäß erkannt wird. Nachdem die Gefäßrichtung bestimmt ist, wird senkrecht zu dieser Richtung über die Reflexionswerte aller zum Blutgefäß gehörenden Bildpunkte vorzugsweise gemittelt . Dabei können spiegelnde Reflexe auf dem Blutgefäß von der Mittelung ausgeschlossen werden. Es ist auch möglich, dass in Gefäßrichtung mehrere, senkrecht zur Gefäßrichtung gemittelte Reflexionswerte bestimmt werden und dass über diese wiederum ein (gleitender) Mittelwert gebildet wird. In ähnlicher Weise kann auch die Mittelung in der Gefäßumgebung erfolgen.
Das Bild einer biologischen Struktur mit eingebettetem Gefäß entsteht im Ergebnis eines sehr komplexen Vorganges der Lichtausbreitung im Gewebe, bei dem Streuung, Reflexion und Absorption sowohl innerhalb des Gefäßes, in bzw. an den Gefäßwänden sowie im umgebenden Gewebe ein Rolle spielen. Dennoch konnte für kleine Blutgefäße mit einem Gefäßdurchmesser von etwa 20 μm bis 80 μm und eingeschränkt bis 100 μm überraschenderweise ein Zusammenhang zwischen Gefäßdurchmesser und der Intensität der Reflexion hergestellt werden, indem das logarithmierte Verhältnis der Intensitäten der Reflexion der gefäßfreien Umgebung des Blutgefäßes (Ru) und der Reflexionen des Blutgefäßes (Rg) dem Gefäßdurchmesser d proportional ist: d = a ■ log-^- ( i :
Der Proportionalitätsfaktor a kann zur Kalibrierung des zur Durchmesserbestimmung dienenden Bildes entweder aus einem Modell des Strahlungstransportes im Blutgefäß, der Gefäßwand und im umgebenden biologischen Gewebe oder durch einen Vergleich mit einem genügend dicken Gefäß aus dem gleichen Bild gefunden werden, das mit einer herkömmlichen geometrischen Meßmethode vermessenen wurde. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung des Proportionalitätsfaktors a durch Vergleich mit einem Referenzgefäß, dessen Gefäßdurchmesser hinreichend groß (ca. ab 100 μm) ist, so dass dieser mit dem Verfahren gemäß der DE 196 48 935 AI bestimmt werden kann. Aus dem so erhaltenen Durchmesserwert ergibt sich in Verbindung mit den gemessenen Reflexionen der gefäßfreien Umgebung des Blutgefäßes und des Blutgefäßes selbst der bildspezifische Proportionalitätsfaktor a aus (1).
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Darstellung der Gefäßstruktur im Bild des biologischen Objektes, in der der Gefäßdurchmesser beispielsweise in Falschfarben kodiert wird. Eine statistische Auswertung der Gef ßdurchmesser aller Gefäße im Bild sowie der Verhältnisse der Gefäßdurchmesser der Arterien zu den Gefäßdurchm-essern der Venen erlaubt im Vergleich mit Normalwerten eine globale Aussage zu vorliegenden Pathologien.
Weitere diagnostisch wichtige Informationen liefert die Reaktion des Gefäßdurchmessers auf physiologische Provokationen oder Stimulationen (z. B. durch Beleuchtung des Auges mit Flickerlicht, Beatmung des Patienten mit Sauerstoff oder Carbogen) . Durch den Vergleich der Messungen vor, während und nach einer physiologischen Provokation bzw. Stimulation kann die Reaktion einzelner Gefäßabschnitte hinsichtlich der Änderung des Gefäßdurchmessers beobachtet werden. Gefäßabschnitte mit pathologischer Reaktion auf die Provokation bzw. Stimulation können durch den Vergleich mit in gleicher Weise an gesunden Probanden erhobenen Befunden ermittelt und im Bild gekennzeichnet werden.
Hierfür kann die bildgebende Einrichtung gemäß Fig. 1 zusätzliche, auch zur Stimulation oder Provokation der Blutgefäße geeignete Mittel aufweisen, wie z. B. einen in dem gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang 1 neben der Filtereinrichtung 3 angeordneten steuerbaren optischen Lichtmanipulator 12, dessen Ansteuermodul 13 eine Schnittstelle zu dem Steuer- und Auswerterechner 8 aufweist (gestrichelte Darstellung) .
Der programmtechnisch auf vielfache Weise steuerbare Lichtmanipulator 12 stellt ein für sämtliche Beleuchtungsquellen zur Verfügung stehendes gemeinsames Element dar, das durch Modifizierung primären Lichtes, hier der kontinuierlich abstrahlenden Beleuchtungsquelle 2 und der Blitzbeleuchtungsquelle 10, Sekundärlicht erzeugt. Der Lichtmanipulator ist dazu geeignet, das Licht mindestens einer Lichtquelle in seinem Intensitäts- und/oder Zeitverlauf mit einem zeitlich definierten Bezug zu den Einstellungen der mindestens einen Lichtquelle, der Bildaufnahme und der Auswertung zur adaptiven Anpassung an eine Untersuchungsaufgabe programmtechnisch zu modifizieren. Das Sekundärlicht kann zur Beleuchtung und zur wahlweisen Provokation oder Stimulierung verwendet werden.
Somit lässt sich durch die Beeinflussung der Beleuchtung mittels eines einzigen, in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Elementes Multifunktionalität erreichen, indem das in dem Beleuchtungsstrahlengang geführte Licht in seinen Lichteigenschaften funktionsangepasst verändert wird.
Durch Aufnahme und Auswertung pulssynchroner Sequenzen von Bildern können Differenzen der Gefäßdurchmesser in Systole und Diastole als diagnostisches Merkmal gewonnen werden. Die Kombination der gemessenen Gefäßdurchmesser mit anderen lokalen oder globalen Kenngrößen der Mikrozirkulation, wie der SauerstoffSättigung in den betrachteten Blutgefäßen, der Geschwindigkeit des Blutflusses oder dem Blutdruck ermöglicht eine detaillierte Beschreibung der Sauerstoffversorgung und des Stoffwechsels im Gewebe.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung des Gefäßdurchmessers optisch zugänglicher Blutgefäße anhand digitaler Bilder, in denen die Blutgefäße und deren Umgebung dargestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefäßdurchmesser photometrisch aus dem logarithmierten Verhältnis der in einem ersten monochromatischen Bild ermittelten Intensitäten der Reflexion der gefäßfreien Umgebung des Blutgefäßes und der Reflexion der Blutgefäße bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten monochromatischen Bild eine isosbestische Wellenlänge des Hämoglobins zugrunde gelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten monochromatischen Bild ermittelten Intensitäten der Reflexionen auf Intensitäten der Reflexionen normiert werden, die aus einem zweiten monochromatischen Bild einer anderen Wellenlänge gewonnen werden, das gleichzeitig zu dem ersten monochromatischen Bild aufgenommenen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blutgefäße und deren Umgebung zur gleichzeitigen Aufnahme der spektral verschiedenen monochromatischen Bilder gleichzeitig mit verschiedenen, dem spektralen Unterschied der aufzunehmenden Bilder entsprechenden Wellenlängen einer Beleuchtungsstrahlung beleuchtet werden, von denen jede Wellenlänge auf je einen Farbkanal einer zur Aufnahme der Bilder dienenden Farbkamera abgestimmt ist, um von diesem Farbkanal empfangen zu werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung der Blutgefäße und deren Richtung sowie der gefäßfreien Umgebung automatisch durch bildverarbeitende Mittel oder manuell erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur Richtung des Blutgefäßes über die Reflexionswerte aller zum Blutgefäß gehörenden Bildpunkte gemittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Richtung des Blutgefäßes mehrere, senkrecht zur Richtung des Blutgefäßes gemittelte Reflexionswerte bestimmt werden, über die der Mittelwert gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass spiegelnde Reflexe auf den Blutgefäßen automatisch durch bildverarbeitende Mittel oder manuell identifiziert und eliminiert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Gefäßdurchmessers als Reaktion auf physiologische Provokationen oder Stimulationen durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die physiologischen Provokationen oder Stimulationen durch Flickerlicht hervorgerufen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mindestens einer Lichtquelle durch einen in einem Beleuchtungsstrahlengang einer bildgebenden Einrichtung angeordneten Lichtmanipulator programmtechnisch modifiziert wird, und dass das modifizierte Licht zur Beleuchtung und zur wahlweisen Provokation oder Stimulierung verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die physiologischen Provokationen oder Stimulationen durch Beatmung des Probanden mit Sauerstoff hervorgerufen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die physiologischen Provokationen oder Stimulationen durch eine Beatmung des Probanden mit Carbogen hervorgerufen werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Darstellung der Struktur der Blutgefäße erstellt wird, in der der Gefäßdurchmesser kodiert ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass über eine statistische Auswertung der ermittelten Gefäßdurchmesser von Arterien und Venen und deren Verhältnis ein diagnostisches Kriterium gebildet wird.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus Aufnahmen pulssynchroner Sequenzen von Bildern Differenzen der Gefäßdurchmesser in Systole und Diastole als diagnostisches Merkmal gewonnen werden.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Gefäßdurchmesser in Kombination mit anderen lokalen oder globalen Kenngrößen der Mikrozirkulation, wie der SauerstoffSättigung, der Geschwindigkeit des Blutflusses oder dem Blutdruck zur Feststellung der SauerstoffVersorgung und des Stoffwechsels in einem Gewebeareal verwendet werden.
PCT/DE2005/000587 2004-04-02 2005-03-31 Verfahren zur messsung des gefässdurchmessers optisch zugänglicher blutgefässe WO2005094668A1 (de)

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