DE3528954C2 - Anordnung zur Optimierung der Fluoreszenzangiografie - Google Patents

Description

Die Anwendung der Erfindung erfolgt in Anordnungen zur Aufzeichnung von Fluoreszenzintensitätsverteilungen, insbesondere in Netzhautkameras und Spaltlampen, zur fotoelektrischen, fotografischen, kinematografischen und fernsehtechnischen Aufzeichnung der Passage eines Fluoreszenzfarbstoffes.

Zur Fluoreszenzangiografie wird bekannterweise eine Erreger-Sperrfilterkombination eingesetzt. Das Erregerfilter befindet sich im Beleuchtungsstrahlengang und liefert im Zusammenwirken mit der Lichtquelle die Erregerstrahlung für den eingesetzten Fluoreszenzindikator. Die Aufgabe des Sperrfilters besteht darin, die Fluoreszenzstrahlung der Aufzeichnung zuzuleiten und die Erregerstrahlung zu sperren. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der US-PS 4329025 beschrieben.

In der EP-A-161703 wird eine Augenfunduskamera mit Erreger- und Sperrfilter für die Fluoreszenzangiografie vorgeschlagen, wobei im Beobachtungsstrahlengang ein fotoelektrischer Empfänger vorgesehen ist, der mit einem Prozessor zusammenwirkt, um den Blutfluß im Auge zu messen.

Als Erregerfilter werden gewöhnlich Interferenzfilter eingesetzt, während als Sperrfilter sowohl Interferenz- als auch Farbglaskantenfilter verwendet werden. Der technische Stand ist hierbei gekennzeichnet durch eine starke zufällige Komponente der Bildqualität. Diese äußert sich (selbst bei erfahrenen Fotografen) einerseits in kontrastarmen Aufnahmen und andererseits in übertrieben kontrastreichen Aufnahmen, die mit Verlust an Detailwiedergabe und insbesondere mit Verlust der Wiedergabe geringer Fluoreszeinkonzentrationswerte verbunden ist. Damit gehen wichtige Informationen für den Arzt verloren und führen unter Umständen zu Fehlinterpretationen.

Weiterhin werden Angiogramme in zunehmendem Maße für meßtechnische Zwecke ausgewertet. Hierbei stört die stark unterschiedliche Bildqualität und insbesondere die häufig auftretende lokale Überbelichtung erheblich und macht derartige Anwendungen teilweise sogar unsinnig.

Die Ursachen der Mängel der bekannten technischen Lösungen sind einerseits die hohe Empfindlichkeit der nutzbaren Fluoreszenzstrahlung gegen geringfügige fertigungsbedingte Streuungen der Kantenlage der Filter. Das erklärt die Unterschiede zwischen den einzelnen Geräten. Andererseits bewirken die Dunkelschwelle des Aufzeichnungsträgers, insbesondere des fotoelektrischen Materials in Verbindung mit den individuell vom Patientenauge abhängigen, stark unterschiedlichen Fluoreszeinkonzentrationswerten, sowie die streuenden Eigenschaften der optischen Medien des Auges und des Fundus selbst bei erfahrenen Fotografen eine erhebliche zufällige Komponente der Bildqualität.

Die gegenwärtig übliche Vorgabe der Erreger-Sperrfilterkombination ermöglicht nur eine begrenzte individuelle Optimierung mittels Steuerung der Bildhelligkeit oder Wahl der Filmempfindlichkeit bzw. der Blenden zur Aufzeichnung.

Die Aufgabe der Erfindung soll eine freie individuelle Wahl des für die jeweilige Anwendung optimalen Verhältnisses von Kontrast, lokaler Aussteuerung des Aufzeichnungsträgers und Detailwiedergabe insbesondere der geringen Fluoreszeinkonzentrationen ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Lage der Filterkanten individuell wählbar gestaltet, so daß sie den jeweiligen Randbedingungen optimal angepaßt werden kann. Dazu werden Sperrfilter und Erregerfilter als Interferenzfilter ausgeführt und kippbar im Strahlengang angeordnet. Für geringere Anforderungen an die Bildqualität genügt bereits die freie Beweglichkeit eines der beiden Filter, womit das Sperrfilter durchaus als Farbglas-Kantenfilter ausgeführt werden kann.

Der erfindungsgemäß erzielte Effekt besteht im folgenden:
Durch die Kippung der Interferenzfilter ist man in der Lage, das Spektrum von Erreger- und Sperrfilter in Richtung kürzerer Wellenlängen zu verschieben. Bei einer Kippung der beiden Filter um den gleichen Winkelbetrag kann zunächst eine wirkungsvolle Anpassung der Filterkombination an das Absorptions- und Erregerspektrum des Indikators erfolgen, die bei symmetrischer Lage der Filter zur Schnittwellenlänge zwischen Absorptions- und Fluoreszenzspektrum des Indikators liegt. Es ist bekannt, daß sich die Fluoreszenzspektren des in der Augenheilkunde üblichen Fluoreszein-Na im Blut von Fluoreszein-Na in wäßriger Lösung unterscheiden. Das Fluoreszenzspektrum im Blut ist zu höheren Wellenlängen hin verschoben. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die Filterkombination der Anwendung durch entsprechende Filterkippung angepaßt werden. So kann beispielsweise für Fluoreszenzuntersuchungen im Kammerwasser und in Blutgefäßen trotz unterschiedlicher Absorptionsmaxima dieselbe Filterkombination optimal eingesetzt werden.

Ein weitaus bedeutenderer Effekt der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der durch Kippung der Interferenzfilter möglichen freien Wahl der Überdeckung von Sperr- und Erregerfilter. Beide Filterspektren können so gegenläufig verschoben werden, daß der Schnittpunkt der langwelligen Kante des einen Filters mit der kurzwelligen Kante des anderen auf der Schnittwellenlänge der Fluoreszenzspektren beliebig verschoben werden kann. Mit dieser wählbaren Stärke der Überdeckung beider Filterspektren kann der noch für die Aufzeichnung wirksame Teil der Erregerstrahlungsleistung bzw. -bestrahlung festgelegt werden. Diese Einstellung kann nun so gewählt werden, daß das Maximum dieses Teils der Erregerstrahlung gleich dem Wert der Dunkelschwelle des Aufzeichnungsmittels ist, so daß einerseits maximaler Kontrast zwischen Fluoreszenzlicht und Erregerlicht, aber andererseits auch die Aufzeichnung kleinster Fluoreszenzintensitäten garantiert ist. Die Leistungsfähigkeit dieser Anordnung wird deutlich, wenn man bei starken streuenden Medien arbeiten will. Nunmehr ist man in der Lage, das störende Streulicht, welches hauptsächlich von dem in den optischen Medien rückgestreuten Erregerlicht kommt, durch entsprechend eingestellte hohe Sperrfähigkeit der Filterkombination unschädlich zu machen. In ähnlicher Weise kann auch ein stark reflektierender bzw. rückstreuender Fundus berücksichtigt werden. Andererseits kann im Bedarfsfall bei Verzicht auf hohen Kontrast die Fundusstruktur im Erregerlicht zusätzlich zum Farbstoffdurchlauf dokumentiert werden. Auch ein maximaler Kontrast mit lokaler Übersteuerung der Aufzeichnung und Beseitigung schwacher Fluoreszeinkonzentrationen ist z. B. für die Anwendung der Äquidensitentechnik möglich. Hierbei wird wiederum eine hohe Sperrwirkung erzielt, so daß kleine Fluoreszenzintensitäten unter der Dunkelschwelle verschwinden.

Die Verstellung der Filter kann manuell erfolgen oder durch Meßwerte gesteuert werden. Dazu wird erfindungsgemäß die Bestrahlungsstärke in der Filterebene mit einem auf das Erregerstrahlungsspektrum abgestimmten fotoelektrischen Empfänger in Abbildungsrichtung vor und hinter dem Sperrfilter gemessen. Der Wert vor dem Sperrfilter wird zur Einstellung der Bestrahlung des Fundus (Blitzstufe) benutzt, während der hintere Wert zur Einstellung der Filterüberdeckung verwendet wird unter Berücksichtigung der eingestellten Bestrahlung (Blitzstufe), der Dunkelschwelle des Films und der Blendeneinstellung. Während des Aufzeichnungsvorganges wird erfindungsgemäß durch einen weiteren Empfänger hinter dem Sperrfilter zusätzlich die Fluoreszenzstrahlung gemessen. Dieser Wert kann während der Aufzeichnung zur Korrektur der Bestrahlung des Fundus benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht nicht nur die optimale Anpassung der Aufzeichnungsbedingungen an den Anwendungsbereich und individuell an den Patienten, sondern zusätzlich auch die Einstellung optimaler Bedingungen zu jedem Zeitpunkt der Aufzeichnung. Die Steuersignale können dann zur Berücksichtigung bei der Auswertung des Angiogrammes zusätzlich aufgezeichnet werden.

Für fluorofotometrische Messungen ist es z. B. unter anderem erforderlich, ein Optimum zwischen sauberer Trennung von Erreger- und Fluoreszenzlicht einerseits und möglichst maximalem Fluoreszenzsignal andererseits zu erreichen. Das Problem der Dunkelschwelle ist hier ähnlich zur Fotografie durch das Signalrauschen gegeben. Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich auch für diesen Anwendungsfall ein Optimum realisieren, ohne extreme Anforderungen an die Fertigung der Filterkombination stellen zu müssen.

Die Erfindung soll am Beispiel einer Netzhautkamera zur Fluoreszenzangiografie mit Fluoreszein-Na erläutert werden. In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Anordnung im Strahlengang einer Netzhautkamera dargestellt. Der gemeinsame Strahlengang 1 wird in bekannter Weise in den Beleuchtungsstrahlengang 2, den Aufzeichnungsstrahlengang 3 und den Beobachtungsstrahlengang 4 aufgeteilt.

Sperrfilter 11 und Erregerfilter 5 werden so bemessen, daß die langwellige Kante (50%-Wert) des Erregerfilters 5 bei 510 nm und die kurzwellige Kante (50%-Wert) des Sperrfilters 11 bei 530 nm liegt. Die Filter sind an den üblichen Orten der Kamera angeordnet, allerdings kippbar bis zu einem Winkel von 35°. Damit sind beide Spektren um ca. 35 nm verschiebbar, womit ein ausreichender Verschiebungsbereich existiert. Die Kippung wird sowohl für das Erregerfilter 5 als auch für das Sperrfilter 11 unabhängig voneinander mittels Schrittmotorsteuerung angetrieben. Das Steuersignal kommt von einem Rechner. Im Aufzeichnungsstrahlengang 3 ist ein Strahlteiler 8 vor dem Sperrfilter 11 und ein Strahlteiler 9 nach dem Sperrfilter 11 angeordnet. Die Strahlung des Strahlteilers 8 wird über ein festes Erregerfilter 6 mit langwelliger Kantenlänge (480 nm) auf einen blauempfindlichen Empfänger 12 geleitet. Das Empfängersignal wird als erstes Signal dem Rechner zugeführt und kennzeichnet das vom Fundus reflektierte Licht. Dieses Signal ist erfahrungsgemäß in der Leerphase eine wichtige Orientierung für die zu erwartende Fluoreszenzintensität. Die Strahlung des Strahlteilers 9 wird über einen weiteren Strahlteiler 10 dem fotoelektrischen Empfänger 13 bzw. 14 zugeleitet. In einem dieser Strahlengänge liegt ein festes Sperrfilter 7 mit der kurzwelligen Kante bei 520 nm. Dieses Signal mißt die Fluoreszenzintensität und wird als zweites Signal dem Rechner zugeführt. Die Differenz der Signale von Empfänger 13 und 14 repräsentiert den aufzeichnungswirksamen Blauanteil. Dieser wird als drittes Signal dem Rechner zugeführt. Weitere Eingaben in den Rechner sind neben den üblichen Parametern Filmart, Wirkungsfaktor und Optimierungskriterien.

Der Wirkungsfaktor ist ein den Erfahrungen entsprechend festzulegender Wert, mit dem möglicherweise auftretende zusätzlich fluoreszenzmindernde Faktoren, z. B. enge Pupillen, Injektion geringer Indikatormengen, Aphakie u. a. bei der Berechnung der Ausgangsblitzenergie berücksichtigt werden können. Optimierungskriterien sind Patientenalter, Anpassung an Fluoreszenz im Wasser oder im Blut und Kriterien für die Bildqualität, wie optimale Abstimmung von Kontrast, Detailwiedergabe oder max. Kontrast, erwünschte lokale Überbelichtung, Beseitigung schwach fluoreszierender Details, Darstellung von Hintergrundstrukturen, maximale Detailerkennung, Optimierung jedes Einzelbildes und Bildfolge des Angiogrammes.

Entsprechend dieser Eingaben nimmt der Rechner eine Grundeinstellung für die Blitzstufe und die Filterstellung vor. Mit der ersten Leeraufnahme wird mittels erstem Signal die Blitzstufe und mittels drittem Signal in Abhängigkeit der eingegebenen Parameter die Überlappung von Erregerfilter 5 und Sperrfilter 11 durch Kippung korrigiert.

Die optimale Einstellung liegt dann für das nächste Bild jeweils vor. Mit der ersten Registrierung von Fluoreszenz durch das zweite Signal übernimmt dieses Signal die Einstellung der Blitzstufe. Die jeweils bestimmten Einstellwerte für die Einzelaufnahmen werden für den Bedarfsfall zur Angabe vorgesehen.

Claims (6)

1. Anordnung zur Optimierung der Fluoreszenzangiografie, enthaltend ein in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnetes Erregerfilter (5) sowie ein in einem Strahlengang zur Beobachtung/Aufzeichnung von Bildern oder Strahlungsintensitäten einzelner Flächen des Augenhintergrundes angeordnetes Sperrfilter (11), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Filter (5, 11) kippbar angeordnet ist, wobei in Abbildungsrichtung vor dem Sperrfilter (11) über einen Strahlteiler (8) und ein weiteres Erregerfilter (6) eine Abbildung auf einen ersten fotoelektrischen Empfänger (12) erfolgt und/oder in Abbildungsrichtung hinter dem Sperrfilter (11) zwei weitere fotoelektrische Empfänger (13, 14) vorgesehen sind, wobei vor einem dieser fotoelektrischen Empfänger ein weiteres Erregerfilter (7) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Erreger- und Sperrfilter (5, 11) Interferenzfilter sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkippung von Erreger- und Sperrfilter (5, 11) über eine entsprechende Verstelleinheit eingestellt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der fotoelektrischen Empfänger zur Ermittlung eines Steuersignales zur optimalen Kippwinkeleinstellung einem Rechner zugeführt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Rechner verbundene Tastatur zur Eingabe von vorgewählten Kriterien bezüglich der gewünschten Abbildungseigenschaften und Betriebsarten vorgesehen ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinheit zur Kippung von Erreger- und Sperrfilter (5, 11) mit dem Rechner verbunden ist und durch ihn angesteuert wird.