DE102007034874A1

DE102007034874A1 - Optoelektronischer, kamerabasierter Venenscanner für kombinierte funktionelle und biometrische Venendiagnostik

Info

Publication number: DE102007034874A1
Application number: DE102007034874A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Prof. Dr. Blazek; Markus Dipl.-Ing. Hülsbusch
Original assignee: Medi GmbH and Co KG
Current assignee: HUELSBUSCH, MARKUS, DR.-ING., 52078 AACHEN, DE
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Beschrieben wird eine optoelektronische, kamerabasierte Vorrichtung zur berührungslosen, ortsaufgelösten Erfassung und Visualisierung des peripheren dermalen Venenstatus in einem ausgewählten Areal des lebenden menschlichen oder tierischen Körpers für biometrische und funktionelle Venendiagnostik mit - mindestens einer Lichtquelle, deren Licht das Messareal beaufschlagt und von dem Messareal teilweise reflektiert bzw. zurückgestreut wird, - einem Lichtdetektorsystem, das das zurückgestreute Licht empfängt, und - einer Steuer- und Auswerteeinheit, an der die Ausgangssignale anliegen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine handelsübliche Videokamera vorgesehen ist, die die von einem ausgesuchten Bereich des menschlichen Körpers kommenden und Informationen über den oberflächennahen Venenstatus tragenden Messstrahlen in ihrer räumlichen, zeitlichen und spektralen Aufteilung gezielt erfasst, selektiert und in elektrische Signale umwandelt, diese Signale einem handelsüblichen Rechnersystem zugefügt werden und dort mit Hilfe spezieller Softwareprogramme derart manipuliert werden, dass sie schließlich in einer kombinierten Visualisierungssoftware sowohl als statische, biometrische Venendarstellungen als auch als funktionelle, mehrdimensionale, virtuelle Venenmappen des betreffenden Körperoberflächenbereichs wiedergegeben werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur biometrischen Visualisierung der hautnahen Venennetze vor allem im Bereich der menschlichen Extremitäten und gleichzeitiger, nichtinvasiver, kontaktloser und ortsaufgelöster Erfassung der Beinvenenhämodynamik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Spätestens seit den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts ist bekannt, dass die hautnahen Venennetze am Körper des Menschen bereits unter physiologischen Bedingungen in ihrem Verlauf und Verzweigung starken individuellen Variationen unterliegen. Bei pathophysiologischen Gefäßzuständen, z. B. phlebologischen oder onkologischen Erkrankungen (Krampfandern oder Neuvascularisierung im Tumorgebiet), sind diese Unterschiede intra- und interindividuell noch deutlicher ausgeprägt. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die klassische (aktive) Infrarot-Photographie-Vorrichtung, die z. B. H. Haxthausen in "Infra-red photography of subcutaneous veins: demonstration of concealed varices in ulcer and eczema of the leg" (Grit. L. Dermatol. 45 (1933)) beschreibt, oder die von E. D. Cooke und M. F. Pilcher in "Thermography in diagnosis of deep venous thrombosis" (Grit. Med. J. 523 (1973)) benutzte (passive) Thermographie-Vorrichtung.
Ferner sind in den letzten Jahren eine ganze Reihe weiterer Vorrichtungen zur nichtinvasiven optoelektronischen Erfassung der dermalen Hämodynamik entwickelt worden. Vorrichtungen, von denen bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen wird, sind beispielsweise aus den Patentschriften DE 3100610 und DE 3609073 bekannt. Diese Vorrichtungen weisen einen Sensor auf, der wenigstens eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor beinhaltet. Auf diese Druckschriften wird im Übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Begriffe ausdrücklich verwiesen.
Die meisten dieser Vorrichtungen gehen methodisch zurück auf das von A. B. Hertzman in "The blond supply of various skin areas as estimated by the photoelectric plethysmograph" (Amer. J. Physiol. 124 (1938)) erstmals beschriebene Prinzip der Photoplethysmographie (kurz PPG).
Der PPG-Technik liegt die Tatsache zu Grunde, dass Licht im nahen Infrarotbereich um 800 nm von Hämoglobin bzw. von Blut wesentlich stärker als von Gewebe absorbiert wird. Da eine Gefäßerweiterung immer mit einer Zunahme des Blutvolumens verbunden ist, vergrößert sich zwangsläufig auch das Absorptionsvolumen. Sendet man nun energiearmes Infrarotlicht in das Gewebe, so wird ein Detektor in der Nähe der Lichteinkopplung mit Zunahme des Blutvolumens im Messareal weniger Licht empfangen. Auch im Bereich des sichtbaren Lichtes gibt es genug Kontrast zwischen Blut und Haut, die Eindringtiefe der optischen Strahlung ist bei diesen Wellenlängen jedoch geringer als die Eindringtiefe des Infrarotlichtes.
Überwiegend werden bei der Durchführung der bekannten Methode der quantitativen PPG einkanalige Vorrichtungen verwendet.
Die gegenwärtigen klinischen Erfahrungen mit einkanaligen quantitativen Infrarot-Photoplethysmographen (D-PPG-Gerät) belegen die Wertigkeit der Methode bei der punktförmigen Registrierung der integralen Beinvenenhämodynamik unter Verwendung spezieller diagnostischer Tests, des so genannten Muskelpumpen Tests und des so genannten Venenverschlusstests (Literaturhinweis) zeitabhängiger Variationen der Hautdurchblutung. Neuere Erkenntnisse zeigen aber auch, dass von einer lokal durchaus unterschiedlichen Venodynamik auszugehen ist.
Die weiterentwickelte PPGI-Methode (der Akronym PPGI steht für Photoplethysmographie-Imaging und ist durch die eingetragene Marke Nr. 39722445 geschützt) stellte deshalb einen großen Schritt vorwärts dar auf dem Weg zur kontaktlosen, ortsaufgelösten Visualisierung der Beinvenenhämodynamik. Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsvorhabens (BL 200/9-1 und BL 200/9-1) wurde ein solches System realisiert und beschrieben. Das Herzstück der Vorrichtung bildet eine hochempfindliche und damit kostenaufwendige 14Bit CCD-Videokamera. Ein ähnliches Verfahren ist auch in der Deutschen Patentanmeldung DE 197 41 982 beschrieben worden. Dortige Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass zur Steigerung der Messempfindlichkeit ein besonderes Abbildungssystem vorgesehen ist, das die Messstrahlen in der unmittelbaren Nähe des untersuchten Hautareals in ihrer räumlichen und spektralen Aufteilung gezielt selektiert.
Der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zur Grunde, dass sich die aus der Lehre des Standes der Technik bekannten Nachteile bisheriger Systeme (aufwendige 14Bit CCD-Kameras, spezielle Abbildungssysteme zwischen Kamera und Haut zur hinreichenden Steigerung der diagnostischen Qualität des von dem ausgewählten Körperareal zurück gestreuten und reflektierten Signals) durch gezielte, softwaremäßige Manipulation an dem detektierten Videosignal vollständig eliminieren lassen werden. Außerdem wurde erkannt, dass im Gegensatz zum Stande der Technik (alle heutigen PPG Systeme auf dem Markt arbeiten mit einem selektiven Infrarotlicht als künstliche Beleuchtungsquelle) die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unter polychromatischer Beleuchtung, ja sogar im Grenzfall unter Wegfall der Beleuchtungsvorrichtung mit normalen Raum- oder Sonnentlicht auskommt, wenn das Helligkeitssignal der Kamera entsprechend ausgewertet wird. Schließlich wird hier erstmals erkannt und realisiert, dass für die kamerabasierte Photoplethysmographie mit allen handelsüblichen Silizium-Videochips die polychromatische Objektbeleuchtung mit weißem Licht zu bevorzugen ist, bei der biometrischen Venennetzerfassung und – visualisierung jedoch eine selektive IR-Beleuchtung auf Grund ihrer größeren Eindringtiefe signaltechnische Vorteile bietet.
Somit können erstmals – natürlich nur in Verbindung mit besonderer softwaremäßigen Bilddatenaufbereitung – selbst sehr kostengünstige, filmfähige digitale 8Bit CMOS-Kameras auf dem Markt (auch z. B. die meisten Handy-Kameras oder selbst eine schwarz-weiß Kameras für die Internet-Kommunikation) für die erfindungsgemäße Zielsetzung angewendet werden. Es ist deshalb sogar schon Heute denkbar, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung z. B. im Rahmen der Telemedizin der Patient außerhalb des ärztlichen Versorgungsbereichs durch Selbstaufnahme der erkrankten Extremität durch seine Handykamera und die Weiterleitung der Bilddaten via Mobilfunk von einem spezialisierten Gefäßzentrum bei gleichzeitiger biometrischer Identifizierung eine ärztliche Abhilfe und Ferndiagnose bekommen kann.
Außerdem wurde hier erstmals erfindungsgemäß erkannt, dass durch die Kombination der einzeln in der Medizin bekannten Methoden in einem diagnostischen Verfahren – der statischen Visualisierung der körperoberflächennahen Venennetze auf der einen Seite und der funktionellen, punktuellen Photoplethysmographie auf der anderen Seite – einen unerwartet großen diagnostischen Fortschritt bringen kann.
Die Hauptaufgabe der Erfindung liegt demnach darin, eine kamerabasierte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, dass sie neben der biometrischen Erfassung und Visualisierung der individuellen Gefäßplexus des Probanden auch eine ortsaufgelöste Erfassung der Beinvenenhämodynamik dermalevenösen und/oder arteriellen) Blutperfusion in menschlichen Extremitäten berührungslos, Orts- und zeitaufgelöst, kostensparend und klinisch relevant bei einfacher Handhabung erlaubt.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der folgenden Ansprüche.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im Übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung;
2 Beispiel der biometrischen Visualisierung der Venennetze auf der Innenseite eines Unterarms bei Ausnutzung verschiedener Beleuchtungsarten und spezieller Bildverarbeitungstrategien;
3 Beispiel der kontaktlosen Erfassung und funktionellen Visualisierung der Beinvenenhämodynamik mit Weißlicht PPGI: an einem ausgewählten Bild aus der kinematographischen PPGI-Bildserie können je nach diagnostischer Fragenstellung ein oder mehrere virtuelle Sensoren (ROIs, regions of interest) mit frei wählbarer Größe befestigt werden (hier drei);
4 Visualisierung der nach softwaremäßiger Bildverarbeitung errechneten venösen Hämodynamik (zeitabhängige Änderung des venösen Blutvolumens) in den in 3 ausgewählten Beinbereichen;
5 Beispiel der kontaktlosen Erfassung und funktionellen Visualisierung der Beinvenenhämodynamik mit Infrarotlicht PPGI bei einem Patienten mit angezogenem Kompressionsstrumpf: an einem ausgewählten Bild aus der kinematographischen PPGI-Bildserie können je nach diagnostischer Fragenstellung ein oder mehrere virtuelle Sensoren (ROIs, regions of interest) mit frei wählbarer Größe befestigt werden (hier zwei);
6 Visualisierung der nach softwaremäßiger Bildverarbeitung errechneten venösen Hämodynamik (zeitabhängige Änderung des venösen Blutvolumens) in den in 5 ausgewählten Beinbereichen;
7 beispielhafte Darstellung des Vorgehens bei der erfindungsgemäßen Erstellung von neuartigen, virtuellen Perfusionsmappen der venösen Hämodynamik.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messanordnung und deutet auch das Vorgehen bei deren bevorzugter Anwendung im Rahmen der medizinischen bildgebenden Diagnostik an. Eine handelsübliche Kamera (1) wird auf das ausgesuchte Hautareal des menschlichen Körpers, hier die Innenseite des Unterschenkels (EX) gerichtet. Die Beleuchtung dieses Körperteils kann beispielsweise durch eine Vorrichtung (1a), die in der Kamera (1) integriert worden ist, vorgenommen werden. Das ausgeleuchtete Gebiet ist in diesem Beispiel mit (IA) bezeichnet. Für eine gezielte Auswahl der zu Signalauswertung zugelassenen Hautpartien kann vorzugsweise ein Objektiv (1b) verwendet werden, dem auch ein optischer Filter (1c) manuell oder automatisch vorgeschaltet werden kann. Durch einen bidirektionalen elektronischen Anschluss der Kamera (1) an eine Datenerfassungs- und Auswertungsanlage (2), vorzugsweise einen Laptop oder PC, kann der eigentliche Messablauf rechnergesteuert ablaufen und auch die gewonnenen Bilddaten (einzelne Bilder oder ganze Bildsequenzen (Filme)) als Rohdaten in Speicher (2a) transferiert werden. Durch nachgeschaltete Datenverarbeitung mit Hilfe von speziellen Softwarepaketen (SP) lassen sich die Rohdaten zuerst einmal derart manipulieren, dass sie für weitere diagnostische Parameterberechnung tauglich sind. Zu dieser Manipulation zählt erfindungsgemäß auch die Erkennung und Eliminierung der Signalartefakte, die beispielsweise bei der gewollten oder willkürlichen Bewegung des Probanden entstehen können. Diese „bereinigten" Bilddaten stehen nun im Speicherbereich (2b) zur weiteren Berechnung bereit. Bei der Auswertung im Rahmen der biometrischen Anwendung werden sie vorzugsweise einer Kontrasttransformation durch ein Histogramm-Stretching unterzogen und im Speicherbereich (2c) zur Visualisierung abgelegt. Für die funktionelle Auswertung der im (2b) abgelegten Bilddaten werden zuerst von dem Bediener einzelne Bildbereiche als virtuelle Sensoren (VS₁ bis VS_n) definiert, in welchen nun die von der Haut zurückreflektieren bzw. -gestreuten Potonen raumselektiv und zeitaufgelöst derart ausgewertet und normiert werden, dass sie als Helligkeitskurven den im Rahmen der funktionellen Beinvenendiagnistik bekannten PPG-Kurven entsprechen. Diese Auswertung läuft ebenfalls mit Hilfe von (SP) rechnerunterstützt. Sollte der Bediener keine virtuelle Sensorbereiche selbst aussuchen wollen oder können, stehen auch Bildalgorithmen im (SP) zur Verfügung, die im Grenzfall die hämodynamisch relevante Signaländerung jedes einzelnen Pixels des verwendeten Videokamerachips auswerten. Diese hämodynamisch relevanten Bilddaten werden im Speicherbereich (2d) abgelegt. Abschließend stehen die biometrischen (anatomisch-topographischen) Bilddaten sowie die funktionellen (hämodynamisch relevanten) Bilddaten zur Visualisierung dem Arzt zur Verfügung, und zwar einzeln oder auch kombiniert.
Die erfindungsgemäße Anwendung der Vorrichtung für individuelle biometrischen Visualisierung der Venennetze (statische Venenbilder) zeigt die 2. Die einzelnen Beispielbilder a), b) und c) verdeutlichen auch den Einsatz von digitalen Bildfiltern zur Kontrastverbesserung der gesuchten Gefäßstruktur. Es sind oben eine Aufnahme aus dem sichtbaren Strahlungsbereich (a), aus dem Infrarot-A-Bereich (c) sowie nach der digitalen Nachbearbeitung (c) zu sehen. Die Kontraststeigerung im Bild (c) im Vergleich zum Bild (b) korreliert mit der Graustufenumverteilung aus dem Histogramm (d) des Originalbildes (b) in das im maximal möglichen Umfang gleichverteilte Histogramm im Bild (e). Der erreichte Unterschied in der Gefäßdarstellung ist offensichtlich und zeigt, wie durch eine sinnvolle Beleuchtungs- und Bildbearbeitungsstrategie der Kontrast zwischen Blutgefäßen und Gewebe verbessert werden kann. Der Untersucher erhält so eine unkomplizierte und kostengünstige Messvorrichtung, die die Erkennung und Ver folgung von oberflächennahen Gefäßstrukturen auf einfache Art und Weise möglich macht. Die Anwendung dieser kontaktlosen Venendarstellung liegt vor allem im medizinischen Bereich (z. B. zur optimalen Planung einer invasiven Therapie (wie Sklerotherapie) oder zur sicheren Einführung und Kontrolle der Infusionsnadel in vorteilhafte Venenabschnitte (z. B. bei der onkologischen oder diabetischen Behandlung). Sie ist jedoch aber auch als kontaktloses Identifikationskriterium, zum Beispiel im Rahmen der kriminalistischen Personenfahnung an Flughäfen oder Bahnhöfen (hier allerdings vorteilhaft in unbedeckten Körperpartien wie z. B. Handrücken oder Schläfen), denkbar.
Der weitere wesentliche Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der Möglichkeit, hämodynamische Studien ortsaufgelöst und berührungslos durchführen zu können. Dazu werden Bildserien des gleichen Hautareals bei ruhendem Patienten oder bei gezielter Patientenübung aufgenommen, aus denen das dynamische Verhalten der Hautperfusion (venöse Blutvolumenänderung) errechnet werden kann. In den 3 bis 7 sind einige Beispiele hierzu aufgeführt. Hierbei wird der wichtigste und meist verbreitete Untersuchungstest im Rahmen der Beinvenendiagnostik, der so genannte venöse Muskelpumpen-Test (kurz MPT) im Rahmen der phlebologischen Diagnostik angewandt. Deshalb sollen an dieser Stelle einige Basisinformationen zum besseren Verständnis der nachfolgenden Figuren und Vorzüge der erfindungsgemäßen Vorrichtung kurz aufgeführt werden.
Das Hauptanwendungsgebiet des MPT in Kombination mit den PPG und PPGI-Methoden liegt in der funktionellen Überprüfung der globalen Bluttransporteigenschaften des Beinvenensystems unter Muskelarbeit. Vor allem bei der Schweregradsbestimmung der chronischen Veneninsuffizienz und der Abklärung der Differentialtherapie der Varikosis (inklusive der Kompressionstherapie) und deren Therapiekontrolle hat sich diese effiziente Untersuchungstechnik bereits weltweit in der Klinik und Praxis bewährt. Auf Grund der Erdgravitation sammelt sich das Blut beim Menschen in der vertikalen Lage stark in den unteren Extremitäten. Beim Sitzen, Stehen und Gehen muss dann das Blut in den Beinvenen "bergauf" zum Herzen fließen. Dieses Transportproblem wird bei Venengesunden dadurch bewältigt, dass zu den physiologischen Fördermechanismen bei einer Beinbewegung zusätzlich die sog. Muskel-Gelenk-Pumpe aktiviert wird. Jede Muskelkontraktion führt zu einer Kompression der Beinvenen, deren Blutinhalt proximal ausweicht.
Bei dem standardisierten Muskelpumpen-Test führt der Patient im Sitzen acht "Fußwippübungen" innerhalb von 16 Sekunden durch. Mit der optoelektronischen Sensorik kann sich die hämodynamische Wirksamkeit erfassen und dokumentieren.
Bei Venengesunden kann das abgepumpte Blut infolge der Venenklappen nicht einfach wieder zurückfallen. Es kommt deshalb zu einer Venenentleerung in den Füßen, die über eine Verkleinerung des Gefäßdurchmessers zu erhöhter Reflektivität und damit zum Anstieg des optischen Signals führt. In der Ruhepause nach Ende der Übung füllen sich die Beinvenen im Normalfall durch den arteriellen Einstrom wieder auf, so dass die PPG-Kurve relativ langsam in die Nähe der automatisch kalibrierten Basislinie absinkt. Bei Venenkranken führt der pathologische Reflux des Blutes in den Beinvenen (Venenklappen undicht, defekt oder nicht vorhanden) zu einer deutlich schnelleren Auffüllung und damit zu einer Verkürzung der Wiederauffüllphase. Für die Diagnosestellung können folgende funktionelle Bewertungsparameter der PPG-Kurve entnommen werden (s. 7 in der Mitte):

– Venöse Auffüllzeit To in Sekunden und
– Venöse Pumpleistung Vo in Prozent des optischen Signals (Reflexionsänderung der Haut, bezogen auf die kalibrierte Ruhereflexion vor Beginn der Übung).

In Anlehnung an bisherige Verfahren gilt die venöse Auffüllzeit (Zeitintervall vom Kurvenmaximum nach Ende der Bewegung bis zum Wiedererreichen einer konstanten Hautdurchblutung) als zurzeit wichtigster Bewertungsparameter der PPG-Kurve. Je nach Verkürzung der Auffüllzeit, z. B. in Folge pathologischer Blutrefluxe in insuffizienten Beinvenen, wurde folgende hämodynamische Gradeinteilung eingeführt:
Normale Hämodynamik (Venengesund): To ≥ 25 Sekunden
Grad I (leichte hämodynamische Störung): 20 ≤ To < 25 Sekunden
Grad II (mittelschwere hämodynamische Störung): 10 ≤ To < 20 Sekunden
Grad III (schwere hämodynamische Störung): To < 10 Sekunden
3 und 4 zeigen ein Beispiel der kontaktlosen Erfassung und funktionellen Visualisierung der Beinvenenhämodynamik mit Weißlicht-PPGI als Detektionsmethode und unter Verwendung des o. e. MPT als Beinübung. An einer ausgewählten Aufnahme aus der aufgenommenen kinematographischen PPGI-Bildserie (3) wird aus dem Bereich der illuminierten Beinoberfläche mindestens ein Flächenausschnitt als virtueller Sensor frei wählbarer Größe ausgesucht (hier drei). Durch den Helligkeitsvergleich aller vergleichbaren Flächenabschnitte der PPGI-Bildserie lässt sich nach der softwaremäßigen Bildverarbeitung die zugehörige lokale venöse Hämodynamik (zeitabhängige Änderung des venösen Blutvolumens, s. 4) errechnen und visualisieren. In allen drei ausgesuchten Hautarealen beträgt die venöse Auffüllzeit mehr als 25 Sekunden, es handelt sich somit um eine venengesunde Versuchsperson.
5 und 6 zeigen die vergleichbare Untersuchung bei einem Venenkranken, diesmal jedoch unter Verwendung der IR-A-Beleuchtung. Außerdem trägt der Patient bei diesem Experiment einen medizinischen Kompressionsstrumpf, der ärztlichen Diagnose entsprechend. Bei diesen Wellenlängen ist der Kompressionsstrumpf überraschend gut transparent, was die gut sichtbare Darstellung eines üblichen Wundpflasters im Testfeld (TF) belegt. Dieser wird vorzugsweise zur Kontrolle der Ausleuchtung des Messszenarios unter den Kompressionsstrumpf oder anderen ähnlichen, weniger oder mehr lichttransparenten Bekleidungsstück gelegt. Es kann aber auch zur Bestimmung des bewegungsabhängigen oder bewegungsunabhängigen Transparenzverhaltens des Bekleidungsstücks herangezogen werden. Zum Studium der Beinvenenhämodynamik unter Verwendung der Kompressionstherapie wurden in diesem Fall zwei gleich große virtuelle Sensoren (a), (b) definiert, die zugehörigen Ergebnisse sind als PPG-Kurven der 6 zu entnehmen.
Die letzte Figur dient schließlich der anschaulichen Darstellung des Vorgehens bei der erfindungsgemäßen Erstellung von neuartigen, virtuellen venodynamische Mappen der venösen Hämodynamik. Hier wird das gesamte ausgeleuchtete Abschnitt der unteren Extremität in viele Tausend Teilflächen (1 × 1 mm-Sensoren) aufgeteilt. Die Aufnahme der PPGI-Bildserie dauerte in diesem Fall 68 Sekunden. Bei einer gewählten zeitlichen Signalauflösung von 10fps (10 Bilder pro Sekunde) besteht somit dieser PPGI Film aus insgesamt 680 Aufnahmen. Nach der Orts- und zeitaufgelösten Analyse der Helligkeitsschwankungen in diesen Bildsequenzen werden für jeden einzigen Bildpunkt die diagnostischen Parameter To und Vo errechnet. In diesem Fall wurde dann der To-Wert abschließend farbkodiert, so entsteht die in 7 rechts dargestellte, neuartige Venenmappe. Sie ist insofern faszinierend, weil funktionell kodiert, also virtuell, und hat mit den anatomisch topographischen Details in der 7 links nichts zu tun.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3100610 [0003]
- DE 3609073 [0003]
- DE 19741982 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- z. B. H. Haxthausen in "Infra-red photography of subcutaneous veins: demonstration of concealed varices in ulcer and eczema of the leg" (Grit. L. Dermatol. 45 (1933)) [0002]
- E. D. Cooke und M. F. Pilcher in "Thermography in diagnosis of deep venous thrombosis" (Grit. Med. J. 523 (1973)) [0002]
- A. B. Hertzman in "The blond supply of various skin areas as estimated by the photoelectric plethysmograph" (Amer. J. Physiol. 124 (1938)) [0004]

Claims

Optoelektronische Vorrichtung zur nichtinvasiven, kontaktlosen und ortsaufgelösten Erfassung des dermalen Venenstatus in einem ausgewählten Messareal des lebenden menschlichen oder tierischen Körpers mit mindestens einer Lichtquelle, deren Licht das Messareal beaufschlagt und von dem Messareal und den darunter liegenden Schichten teilweise zurückreflektiert oder zurückgestreut wird, einem Lichtdetektorsystem, das das reflektierte Licht empfängt, und einer Steuer- und Auswerteeinheit, an der die Ausgangssignale des Lichtdetektorsystems anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass eine handelsübliche Videokamera vorgesehen ist, welche die von einem ausgesuchten Bereich des menschlichen Körpers kommenden und Information über den oberflächennahen Venenstatus tragenden Messstrahlen in ihrer räumlichen, zeitlichen und spektralen Aufteilung gezielt erfasst, selektiert und in elektrische Signale umwandelt, diese Signale einem handelsüblichen Rechnersystem (Laptop, PC) zugefügt werden und dort mit Hilfe spezieller Softwareprogramme derart manipuliert werden, dass sie schließlich in einer kombinierten Visualisierungssoftware sowohl als statische, biometrische Venendarstellungen als auch als funktionelle, mehrdimensionale, virtuelle Venenmappen des betreffenden Körperoberflächenbereichs wiedergegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Videokamera (1) je nach medizinischer Fragestellung einzelne Bilder oder ganze Bildsequenzen des anvisierten Hautszenarios (IF) aufnimmt, diese Aufnahmen in verschiedenen Speicherbereichen des Steuer- und Auswertesystems (2, Rechnersystem) abgelegt werden, dort Pixel per Pixel miteinander auf charakteristische Parameter und deren Änderungen auswertet werden und im weiteren Schritt durch spezielle Softwarepakete (SP) auf Bewegungsartefakte und störende Fremdlichteinflusse untersucht werden und erst nach deren Eliminierung als korrigierte Bilddaten weiteren Auswertealgorithmen zugefügt werden, die schließlich zur diagnostisch relevanten bildlichen Visualisierung der Venennetze und deren Hämodynamik führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die eine natürliche, eine künstliche polychromatische oder eine künstliche selektive Beleuchtung des Messareals erlauben, wobei diese Lichtarten einzeln oder in ihrer Kombination sowie auch alternierend zur Beleuchtung des ausgewählten Messfeldes verwendet werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Beleuchtungsquellen direkt in der Videokamera integriert werden, wobei die Steuerung der einzelnen Stahlungsparameter über das an die Kamera angeschlossene Auswerte- und Steuerungssystem gewährleistet wird und dem jeweiligen Messszenario über die dort integrierte Software angepasst werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Roh-Bilddaten als einzelne Bilder oder Bildsequenzen in einem primären Speicherbereich abgelegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Roh-Bilddaten wahlweise online oder auch später mehreren Bildverarbeitungsalgorithmen zur anatomisch topographischen Erkennung der venösen, hautnahen Gefäßnetzwerke und deren Kontrastverbesserung unterzogen werden und diese Bilddaten in einem sekundären Speicherbereich zur weiteren Verarbeitung oder Visualisierung abgelegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Roh-Bilddaten oder wahlweise auch die Bilddaten aus dem sekundären Speicherbereich einem oder mehreren Algorithmen zur Detektion und Reduktion der Bewegungsartefakte herangezogen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bereinigten Bilddaten weiterer softwaremäßigen Bearbeitung derart herangezogen werden, dass damit anerkannte Bewertungsparameter der venösen Hämodynamik (venöse Auffüllzeit To beispielsweise) extrahiert werden, und zwar integral über die ganze untersuchte Körperregion oder ortsaufgelöst in einem oder mehreren ausgesuchten Bildsubflächen, und diese funktionell analysierten Bildflächen in einem weiteren, tertialen Speicherbereich abgelegt werden.
Vorrichtung nach dem Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise bei Verwendung einer Infrarot-Beleuchtung die biometrischen und funktionellen Venendaten auch durch dünne Bekleidungsstücke, beispielsweise Kompressionsstrümpfe, gewonnen werden können, wobei die Lichtdämpfung dieser Begleitungsstücke durch Korrelation der Signale ausgesuchter Hautareale mit dem Referenzsignal aus einem undurchsichtigem Testfeld (TF), welches zur Eichzwecken gezielt unter den Bekleidungsstück angebracht ist, bestimmt und herausgerechnet wird.
Vorrichtung nach dem Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei automatisierten Messabläufen, die eine aktive oder passive Übung des Patienten beinhalten, dieser oder auch das Bedienungspersonal durch akustische und/oder optische Zeichen geführt wird, die das Auswerte- und Steuersystem der Vorrichtung generiert.
Vorrichtung nach dem Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten aus dem sekundären und tertialen Speicherbereich in einem weiteren Bildauswertungsschritt derart kombiniert und miteinander korreliert werden, das neuartige, mehrdimensionale und bevorzugt falschfarbenkodiere Bildatlanten für die periphere venöse Diagnostik entstehen.