DE3528954C2

DE3528954C2 - Arrangement to optimize fluorescence angiography

Info

Publication number: DE3528954C2
Application number: DE19853528954
Authority: DE
Inventors: Walthard Dr Vilser; Frank Dipl Phys Teige; Gerhard Kuehm; Werner Kleen; Albert Prof Dr Juette
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1985-08-13
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2005-08-14
Also published as: JPS61109543A; JPH0551290B2; DE3528954A1; DD227879A1

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.The invention is used in arrangements for Recording of fluorescence intensity distributions, especially in retinal cameras and slit lamps photoelectric, photographic, cinematographic and television recording of the passage of a Fluorescent dye.

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.It is known that an exciter-stop filter combination is used for fluorescence angiography used. The exciter filter is located in the lighting beam path and delivers in interaction with the light source the excitation radiation for the used Fluorescent indicator. The purpose of the notch filter is in directing the fluorescent radiation to the record and to block the excitation radiation. Such an arrangement is described, for example, in US Pat. No. 4,329,025.

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.In EP-A-161703 an eye fundus camera with excitation and Blocking filters for fluorescence angiography are proposed a photoelectric receiver in the observation beam path is provided which cooperates with a processor to the Measure blood flow in the eye.

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.Interference filters are usually used as excitation filters used, while both blocking and interference filters Colored glass edge filters are used. The technical status is characterized by a strong random component the image quality. This manifests itself (even with experienced Photographers) on the one hand in low-contrast shots and on the other hand in exaggeratedly high-contrast shots, those with loss of detail and especially with Loss of playback of low fluorescein concentration values connected is. With that go important information lost to the doctor and may lead to misinterpretation.

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.Furthermore, angiograms are increasingly used for measurement Purposes evaluated. Here, the very different disturbs Image quality and especially the frequently occurring local overexposure significantly and does such Applications sometimes even nonsensical.

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.The causes of the shortcomings of the known technical solutions are the high sensitivity of the usable Fluorescence radiation against minor manufacturing-related Scattering of the edge position of the filter. That explains the differences between the individual devices. On the other hand, effect the dark threshold of the record carrier, in particular of the photoelectric material in connection with the individual very different depending on the patient's eye Fluorescein concentration values, as well as the scattering properties the optical media of the eye and the fundus even in experienced Photographers a significant random component the image quality.

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.The current specification of the exciter-cut filter combination allows only a limited individual optimization by controlling the image brightness or choosing the Film sensitivity or the apertures for recording.

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. The object of the invention is a free individual choice of optimal ratio of for the respective application Contrast, local control of the recording medium and Detail reproduction, in particular of the low fluorescein concentrations enable.

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.According to the invention, the position of the filter edges becomes individual designed selectively so that they meet the respective boundary conditions can be optimally adjusted. For this purpose, notch filters and Excitation filter designed as an interference filter and tiltable arranged in the beam path. For lower demands on the Image quality is sufficient for the free mobility of a person of the two filters, making the cut-off filter a color glass edge filter can be executed.

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.The effect achieved according to the invention is as follows:
By tilting the interference filter, one is able to shift the spectrum of excitation and blocking filters in the direction of shorter wavelengths. When the two filters are tilted by the same angular amount, an effective adaptation of the filter combination to the absorption and excitation spectrum of the indicator can take place, which lies between the absorption and fluorescence spectrum of the indicator when the filters are symmetrical to the cut wavelength. It is known that the fluorescence spectra of fluorescein-Na in blood, which is common in ophthalmology, differ from fluorescein-Na in aqueous solution. The fluorescence spectrum in the blood is shifted towards higher wavelengths. With the solution according to the invention, the filter combination can be adapted to the application by appropriate filter tilting. For example, the same filter combination can be optimally used for fluorescence examinations in aqueous humor and in blood vessels despite different absorption maxima.

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.A far more important effect of the solution according to the invention consists in the possible by tilting the interference filter free choice of coverage of blocking and excitation filters. Both filter spectra can be shifted in opposite directions, that the intersection of the long-wave edge of one filter with the other's shortwave edge at the cut wavelength the fluorescence spectra can be shifted as desired. With this selectable degree of coverage of both filter spectra the part of the Excitation radiation power or radiation are determined. This setting can now be selected so that the maximum this part of the excitation radiation is equal to the value of the dark threshold of the recording medium, so that on the one hand maximum contrast between fluorescent light and excitation light, but also the recording of the smallest fluorescence intensities is guaranteed. The efficiency this arrangement becomes clear when you look at strong scattering Media wants to work. Now you are able the disturbing stray light, which is mainly from the in excitation light backscattered in the optical media, due to the high blocking capacity of the Make filter combination harmless. In a similar way can also be a highly reflective or backscattering Fundus are taken into account. On the other hand, if necessary if there is no high contrast, the fundus structure documented in the excitation light in addition to the dye run will. Also a maximum contrast with local clipping the recording and removal of weak fluorescein concentrations is z. B. for the application of equidensite technology possible. This in turn has a high blocking effect achieved so that small fluorescence intensities disappear under the dark threshold.

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.The filter can be adjusted manually or by Measured values can be controlled. According to the invention, the Irradiance in the filter plane with one on the Excitation radiation spectrum matched photoelectric Receiver in the imaging direction in front of and behind the notch filter measured. The value before the notch filter becomes Setting of the irradiation of the fundus (flash level) used, while the rear value for setting the filter coverage is used taking into account the set Irradiation (flash level), the dark threshold of the Films and the aperture setting. During the recording process is according to the invention by another recipient the fluorescence radiation behind the blocking filter measured. This value can be during the recording used to correct the irradiation of the fundus.

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.The solution according to the invention not only enables the optimum Adaptation of the recording conditions to the area of application and individually to the patient, but also the setting of optimal conditions any time of recording. The control signals can then for consideration when evaluating the angiogram additionally recorded.

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.For fluorophotometric measurements it is e.g. B. among others required an optimum between clean separation of Excitation and fluorescent light on the one hand and maximum possible To achieve fluorescence signal on the other hand. The problem the dark threshold is similar to photography here given the signal noise. With the solution according to the invention an optimum can also be realized for this application, without extreme demands on the production of the To have to put filter combination.

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.The invention will be explained using the example of a retinal camera for fluorescence angiography with fluorescein Na. In the drawing, the arrangement according to the invention is shown in the beam path of a retinal camera. The common beam path 1 is divided in a known manner into the illuminating beam path 2 , the recording beam path 3 and the observation beam path 4 .

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.Blocking filter 11 and excitation filter 5 are dimensioned such that the long-wave edge (50% value) of the excitation filter 5 is 510 nm and the short-wave edge (50% value) of the blocking filter 11 is 530 nm. The filters are arranged in the usual locations of the camera, but can be tilted up to an angle of 35 °. This means that both spectra can be shifted by approx. 35 nm, which means that there is a sufficient shift range. The tilting is driven both for the excitation filter 5 and for the blocking filter 11 independently of one another by means of stepper motor control. The control signal comes from a computer. A beam splitter 8 is arranged in the recording beam path 3 before the blocking filter 11 and a beam splitter 9 after the blocking filter 11 . The radiation from the beam splitter 8 is directed to a blue-sensitive receiver 12 via a fixed excitation filter 6 with a long-wave edge length (480 nm). The receiver signal is fed to the computer as the first signal and identifies the light reflected from the fundus. Experience has shown that this signal is an important orientation for the expected fluorescence intensity in the empty phase. The radiation from the beam splitter 9 is fed to the photoelectric receiver 13 or 14 via a further beam splitter 10 . In one of these beam paths there is a fixed blocking filter 7 with the short-wave edge at 520 nm. This signal measures the fluorescence intensity and is fed to the computer as a second signal. The difference in the signals from receivers 13 and 14 represents the blue portion effective for recording. This is fed to the computer as a third signal. In addition to the usual parameters, the type of film, impact factor and optimization criteria are further inputs into the computer.

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.The impact factor is based on experience value to be determined, with the possibly occurring additionally fluorescence-reducing factors, e.g. B. narrow pupils, Injection of small amounts of indicators, aphakia and the like a. taken into account when calculating the output flash energy can be. Optimization criteria are patient age, Adaptation to fluorescence in water or blood and criteria for image quality, such as optimal adjustment of contrast, Detail rendering or max. Contrast, desired local Overexposure, elimination of weakly fluorescent Details, representation of background structures, maximum Detection of details, optimization of each individual image and image sequence of the angiogram.

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.According to these inputs, the computer makes a basic setting for the flash level and the filter position. With the first empty recording, the flash level is corrected by means of the first signal and the overlap of excitation filter 5 and blocking filter 11 by tilting as a function of the parameters entered.

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.The optimal setting is then for the next picture each before. With the first registration of fluorescence the second signal takes over the setting the flash level. The set values determined in each case for the individual recordings are made if necessary provided for information.

Claims

1. Arrangement for optimizing the fluorescence angiography, comprising an excitation filter ( 5 ) arranged in an illuminating beam path and a blocking filter ( 11 ) arranged in a beam path for observing / recording images or radiation intensities of individual areas of the fundus, characterized in that at least one of the filters ( 5, 11 ) is arranged such that it can be tilted, with imaging in the imaging direction upstream of the blocking filter ( 11 ) via a beam splitter ( 8 ) and a further excitation filter ( 6 ) onto a first photoelectric receiver ( 12 ) and / or in the imaging direction behind the blocking filter ( 11 ) two further photoelectric receivers ( 13, 14 ) are provided, a further excitation filter ( 7 ) being arranged in front of one of these photoelectric receivers.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that excitation and blocking filters ( 5, 11 ) are interference filters.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the tilting of the excitation and blocking filter ( 5, 11 ) is set via a corresponding adjusting unit.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the signals of the photoelectric receiver for determination a control signal for optimal tilt angle adjustment be fed to a computer.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that a keyboard connected to the computer for entering preselected criteria regarding the desired Mapping properties and operating modes is provided.

6. Arrangement according to one of claims 3-5, characterized in that the adjustment unit for tilting the excitation and blocking filter ( 5, 11 ) is connected to the computer and is controlled by it.