DE3689840T2 - Tragbares gerät zur digitalmessung der pupillengrösse. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Messen des Durchmessers eines kleinen runden Objektes, üblicherweise bis zu etwa 10 mm Durchmesser, zum Beispiel der Pupille eines Auges.
• Zahlreiche sachdienliche Verfahren wurden ersonnen zum Messen und zur Aufzeichnung der Pupillengröße des menschlichen Auges sowie von Versuchstieren, da die Pupillengröße ein wichtiger Indikator der Aktivität des vegetativen Nervensystems und des allgemeinen physiologischen Zustandes des Subjekts ist. Diese Verfahren geben quantitative Informationen zur Überwachung der Dauer der Wirkung von Mitteln, welche eine pupillenverengende oder pupillenerweiternde Wirkung erzeugen, und sie waren vorteilhaft für Anästhesiologen und andere im Operationsraum, in Intensivstationen und in Genesungsräumen.
• Für viele Anwendungen, besonders für klinische Untersuchungen und in der Grundlagenforschung, ist jedoch ein Maß der dynamischen Reaktion der Pupille auf einen Lichtreiz, d. h. auf einen Lichtreflex erforderlich. Unter den dynamischen Pupillenmeßsystemen, welche für Untersuchungen am Menschen entwickelt wurden, befinden sich Infrarot (IR, bzw. ir) Kinematographie (Lowenstein, U.S. Patent No. 3,533,683), IR-Punktabtastung oder IR-Videographie der Pupille. Alle diese Verfahren benötigen aufwendige, teure und unhandliche Ausrüstung und sind nicht gut geeignet zur Verwendung in Operationsräumen und in anderen beengten Räumlichkeiten. Zusätzlich benötigen diese Verfahren und Geräte des Standes der Technik beträchtliche Einrichtzeiten, hohe Anfangskosten, sachbezogene Unterweisung und qualifizierte Wartung.
• Die Abhandlung von D. P. Jones und R. E. Smith im "Journal of Physics E, Scientific Instruments", Band 16, Nummer 12, Dezember 1983, Seite 1169 bis 1172 beschreibt eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Vorrichtung von Jones & Smith ist ein transistorisiertes dynamisches Pupillenmeßgerät unter Verwendung einer selbstabtastenden Anordnung von Photodioden mit Beobachtungsbild projizierender Optik und elektronischen Schaltkreisen, die eine digitale und analoge Ausgabe des Pupillendurchmessers geben. Bei diesem Pupillenmeßgerät sind die Sensorelemente der Photodiode analoge Instrumente. Als solche erzeugen sie Signale, welche zumindest anfänglich durch analoge elektronische Schaltkreise verarbeiten werden müssen.
• Die analogen Bildsensoren und die analogen Verarbeitungsschaltkreise, die in der Abhandlung von Jones vorgeschlagen wurden, haben wesentliche Nachteile bei der Anwendung. Analoge Schaltkreise sind sperrig, komplex und energieaufwendig. Als ein Ergebnis war das Pupillenmeßgerät, welches in dem Artikel von Jones und Smith vorgeschlagen wurde, schwer und sperrig, es war ungeeignet für den Gebrauch als tragbares Instrument oder als Handinstrument und demnach war es unzureichend für die Verwendung in Anwendungsfällen bei einem bewußtlosen Subjekt oder einem Subjekt im Dämmerungszustand, zum Beispiel einem Subjekt unter Drogen oder einem Patienten in Narkose. Dieses Pupillenmeßgerät, welches vielleicht für die Verwendung in Labors akzeptabel war, war kein für den täglichen praktischen Gebrauch geeignetes Instrument.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein leichtgewichtiges Pupillenmeßgerät zu geringen Kosten bereitzustellen, welches zuläßt, von Hand gehalten zu werden und welches für den täglichen praktischen Gebrauch geeignet ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum automatischen Messen des Durchmessers eines kleinen runden Objektes, zum Beispiel der Pupille eines Auges, welche eine Projektionsbaugruppe für ein sichtbares Bild einschließlich einer Strichplatte enthält und Mittel, auf der Strichplatte ein visuell beobachtbares Bild des Objektes zu fokussieren; eine Bild-Sensorbaugruppe einschließlich einer Anordnung einzelner lichtempfindlicher Elemente oder Pixel, sowie zugeordneter elektronischer Mittel, wobei die genannte Bild-Sensorbaugruppe so ausgebildet ist, daß sie eine Serie von Ausgangssignalen erzeugt, von denen jedes der auf einem gegebenen Pixel der Anordnung auftreffenden Bildstelle entspricht und in der Lage ist, nur entweder einen Hoch- oder einen Niedrigwert zu haben, abhängig von der Lichtmenge, die, unter Bezug auf einen vorher bestimmten Lichtgrenzwert, vom genannten Pixel empfangen wird; eine Infrarot-Bild-Projektionsbaugruppe einschließlich Mittel, um den Gegenstand mit Infrarotstrahlung zu beleuchten, und Mittel, um ein Infrarotbild des Gegenstandes auf die Anordnung der Pixel der Bild-Sensorbaugruppe zu fokussieren, wenn ein sichtbares Bild des genannten Gegenstandes auf der genannten Strichplatte fokussiert wird, und eine elektronische Datenverarbeitungseinheit, um die Bildinformationen von der Bild-Sensorbaugruppe zu verarbeiten und um eine digitale Ausgabe des Durchmessers des Gegenstandes zu erzeugen, wobei zumindest die Projektionsbaugruppen für sichtbare und für infrarote Bilder und die Anordnung der Pixel der Bild-Sensorbaugruppe in einem einzigen Gehäuse zusammengefaßt sind, und wobei die genannte Anordnung der Pixel eine zweidimensionale Anordnung ist, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gehäuse so konstruiert ist, daß es ein von Hand tragbares Gehäuse bildet, und daß das genannte tragbare Gehäuse auch Mittel einschließt, den Gegenstand mit sichtbarem Licht zu beleuchten um das genannte visuell beobachtbare Bild des Gegenstandes zu erzeugen, daß die genannte zweidimensionale Anordnung der Pixel, die im genannten tragbaren Gehäuse untergebracht ist, auf einem dynamischen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff)-Chip gebildet und darauf in einer Matrix aus Zeilen und Spalten arrangiert ist, daß auch die genannten elektronischen Mittel, die der genannten zweidimensionalen Anordnung der Pixel zugeordnet sind, ebenfalls im genannten tragbaren Gehäuse untergebracht sind, und daß die genannte elektronische Datenverarbeitungseinheit dafür eingerichtet ist, den Durchmesser des Gegenstandes anzugeben durch Ermittlung der Anzahl der Signale einer der zwei möglichen Wertstufen, hoch oder niedrig, die von jeder Zeile von Pixeln stammen und durch Auswahl derjenigen Zeile von Pixeln mit der höchsten Anzahl von Signalen der genannten einen Wertstufe, wobei der Durchmesser des Gegenstandes der höchsten Anzahl von Signalen der genannten einen Wertstufe entspricht.
• Wie bereits erwähnt, ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besonders für das Messen des Pupillendurchmessers und der Änderung des Pupillendurchmessers in Abhängigkeit eines Reizlichtimpulses vorgesehen. Sie ist vor allem für die Verwendung durch Doktoren, Mediziner und durch diejenigen vorgesehen, die mit fortgeschrittener Tierforschung und mit klinischen Untersuchungen befaßt sind, besonders Anästhesiologen, um eine Anzeige des Narkotisierungsgrades von Patienten auf dem Operationstisch zu erhalten, und Forscher bei der Bio-Analyse verschiedener psychopharmakologischer Verbindungen, bei der Bewertung narkotischer Abhängigkeit und bei der Analyse von Mitteln, die eine lokale Wirkung auf die Iris haben. Der Apparat kann zum Messen des Pupillendurchmessers unter einer Vielzahl von Bedingungen verwendet werden, die nur durch die Fähigkeit der Bedienperson, das Pupillenbild auf den Bildsensor zu zentrieren, begrenzt werden. Er kann so angepaßt werden, daß er eine lineare Dimension eines beliebigen, ausreichend beleuchteten Gegenstandes zu mißt, dessen Abbild so positioniert werden kann, vorausgesetzt, der Lochdurchmesser überschreitet nicht 10 mm.
• In einer bevorzugten Ausführung umfaßt das Pupillenmeßgerät eine Reizlichtquelle, die an das genannte handgehaltene Gehäuse montiert ist und so positioniert ist, daß davon ausgehendes Licht auf ein Auge in den Bereich der Pupille gerichtet wird, nachdem das handgehaltene Gehäuse von Hand vor das Auge positioniert wird; und Mittel um, die genannte Lichtquelle selektiv so zu betätigen, daß das Verhalten der Pupille auf den Reiz der genannten Lichteinwirkung von der genannten Lichtquelle beobachtet und aufgezeichnet werden kann.
• Es ist zweckdienlich, wenn die Vorrichtung aus zwei Hauptteilen besteht, nämlich einer handgehaltenen optischen Einheit und einer separaten Steuer- und Datenverarbeitungseinheit auf Mikroprozessorbasis.
• Vorzugsweise beinhaltet das Pupillenmeßgerät eine zweite Lichtquelle, die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl ausgesendet wird, der auf dem genannten Auge entlang einer Linie innerhalb der Grenzen von 0º bis 9º mit einer Ebene tangential zur Mitte der Pupille auftrifft, während die Reizlichtquelle so angeordnet ist, daß sie ihren Strahl so aussendet, daß er auf genanntem Auge in der Nachbarschaft der genannten Pupille direkter auf die Pupille auftrifft als der Strahl von der zweiten Lichtquelle.
• In einer zweckdienlichen Ausführung projiziert das Hauptrohr der optischen Einheit ein Bild des Patientenauges auf eine mit konzentrischen Kreisen beschriebene Strichplatte. Es wird von einer Bedienperson durch ein Okular betrachtet und es stellt der Bedienperson die Mittel zur Verfügung, um das Pupillenabbild zu fokussieren und zu zentrieren. Ein senkrecht zum Hauptrohr sich befindender Handgriff beherbergt den Bildsensor. Ein optischer Strahlenteiler leitet das reflektierte, nahezu infrarote Licht, welches von infrarot emittierenden Dioden erzeugt wird, von dem zu untersuchenden Auge auf den Bildsensor. Eine Linse in diesem Lichtweg projiziert ein Abbild des Auges auf den Sensor mit etwa einem Drittel der Größe. Ein Satz infrarot emittierender Dioden (IREDs) sind so angeordnet, daß diese die Pupillen/Irisfläche anstrahlen und so die Strahlung für dieses Abbild liefern. Eine Lampe für die Beleuchtung des Hintergrundes (die "Beobachtungs-" Lampe) und eine für den pulsierenden Reiz sind vorhanden, zusammen mit einem "Auslöse-" Schalter um eine Reihe von Messungen zu initiieren.
• Die Mikroprozessor "Basis-" Einheit beherbergt den Computer, die Batteriestromversorgung, eine 4·4 Tastatur und eine Anzeigeeinheit mit zwei 16-stelligen Reihen. Sie regelt die Beobachtungslampe, gibt die Impulse für die Reizlampe und reiht die Serien der Bildempfänge mit einer Rate von 10 pro Sekunde auf. Sie errechnet den Pupillendurchmesser für jeden Empfang und zeigt die Ergebnisse an. Die resultierenden Daten werden gespeichert und Mittel zur Ausgabe an einen Drucker sind vorhanden.
• Die neuartigen Merkmale und die Funktion der vorliegenden Erfindung können anhand der Erläuterung und Erklärung der beschriebenen Ausführung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden.
• Fig. 1 ist eine Draufsicht (von oben) des Pupillenmeßgeräts, welches die vorliegende Erfindung verkörpert und dieser entsprechend gebaut ist;
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Pupillenmeßgerätes;
• Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Vorderseite;
• Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Rückseite;
• Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 2;
• Fig. 6 ist eine Ansicht der Steuer und Anzeigetafel;
• Fig. 7 ist eine Schnittansicht, welche eine Befestigungsanordnung für die infrarot emittierenden Dioden zeigt;
• Fig. 8 ist eine andere Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Pupillenmeßgerätes; und
• Fig. 9 ist eine andere Seitenansicht der Vorderseite.
• Es wird nun detailliert auf die vorliegende bevorzugte Ausführung der Erfindung eingegangen, wovon ein Beispiel in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist.
• Man sieht, daß die bevorzugte Ausführung ein handgehaltenes Pupillenmeßgerät, welches eine in den Fig. 1 bis 5 dargestellte optische Einheit 10 enthält und eine Steuer- und Datenverarbeitungseinheit auf Mikroprozessorbasis 42 umfaßt. Das Hauptrohr 12 der optischen Einheit 10 projiziert mittels einer Linse 26 ein Abbild eines Patientenauges 14 auf eine Strichplatte 20. Die Strichplatte 20, welche durch ein Okular 16 von einer Bedienperson betrachtet wird, ist mit konzentrischen Kreisen beschrieben. Der Bildsensor-Chip 32 und eine zugeordnete Schaltkreisplatine 34 sind in einem Handgriff 15, der senkrecht zum Hauptrohr steht, untergebracht. Der Bildsensor-Chip 32 ist ein 64K dynamischer RAM-Speicherchip mit einem Glasdeckel (IS32 OpticRAM), der im Handel von Micron Technology Inc. aus Boise, Idaho erhältlich ist. Der OpticRAM 32 besteht aus 65.536 einzelnen Bildsensorelementen, die Pixel genannt werden. Diese Pixel sind in zwei Rechtecken von je 128·256 Pixel angeordnet. Sie können als eine Anordnung von 256·256 Pixel verwendet werden. Die Pixel können nur verwendet werden, um hell oder dunkel anzuzeigen. Während des Abtastvorganges ist jede Pixel-Kapazität mit der Betriebseingangsspannung geladen. Die Kapazität jeden Pixels wird von dem Licht, welches zwischen Abtastungen darauf fällt, entladen. Wenn die Spannung an einer bestimmten Pixelkapazität unter einen einstellbaren Wert entladen wird, wird dieses Pixel beim nächsten Abtastvorgang als hell (weiss) angezeigt werden; andernfalls wird das Pixel dunkel (schwarz) anzeigen. Der Kontrast zwischen der Iris und der Pupille ist durchaus genügend für eine hell-dunkel Unterscheidung an dem Übergang zwischen der Iris und der Pupille. Ein kompletter Abtastvorgang kann jede Zehntelsekunde durchgeführt werden.
• Der IS32 OpticRAM 32 enthält eine Anordnung von- Pixeln in einer geometrischen Matrix von 256 Zeilen und 256 Spalten, wobei die Zeilen auf 512 Elementepositionen gedehnt sind. Der Hochgeschwindigkeitsabtaster tastet die 256 Spaltenpositionen für jede Zeile sequentiell ab. Die Datenbits werden seriell in die Mikroprozessoreinheit 42 mit einer Frequenz von 3 MHz übertragen. Diese werden in 8-Bit Bytes zusammengesetzt und in einem 8K·8 Bit statischen RAM-Chip gespeichert. Eine vollständige Abtastung dauert etwa 22 Millisekunden. Ein neuer Abtastvorgang wird 78 Millisekunden später gestartet. Das Pupillenbild ist für jede Zeile idealerweise nur eine zusammenhängende Kette von dunklen Bits, deren Anzahl leicht zu bestimmen ist. Die Zeile mit den meisten dunklen Bits würde dem gewünschten Pupillendurchmesser entsprechen. Da es jedoch unvermeidbare Störungen gibt, werden die Bits einiger angrenzender Zeilen untersucht und die Pixelzählung mit der höchsten Wahrscheinlichkeit wird ausgewählt. Mit der bekannten optischen Verkleinerung und dem bekannten Pixelabstand kann der Durchmesser unter Verwendung dieser Zählung errechnet werden.
• Das Hochgeschwindigkeitsabtaster-System für den IS32 Optik 32 ist so zusammengebaut, daß es in den Handgriff 15 der optischen Einheit montiert werden kann. Da das Lesen eines dynamischen RAM-Bits ein vierstufiger Prozeß ist, ist ein 12 MHz Zeitgeber erforderlich, um eine 3 MHz Bitfrequenz zu erhalten. Aus diesem Grunde ist es höchst wünschenswert, den Abtaster physisch nahe beim Sensor zu haben. Zusätzlich zu den Datenbits sendet der Abtaster ein synchrones Signal durch das Verbindungskabel 40 um dem Mikroprozessor mitzuteilen, wann jedes Bit dort ist und ein anderes Signal am Ende jeder Gruppe von acht Datenbits.
• Die Bestrahlung zur Pupillenmessung wird nach dem Iris- Pupillenkontrast eingestellt. Es ist klar, daß, sollte die Bestrahlungsintensität zu gering sein, einige der Pixel der Irisfläche dunkel bleiben werden und so einen marmorierten Effekt ergeben. Falls die Intensität zu hoch ist, werden Pixel der Pupillenfläche hell anzeigen. Der marmorierte Effekt ist leicht im Bild zu erkennen und die Strahlungsintensität kann erhöht werden bis er verschwindet. Wird die Strahlungsintensität über einen Punkt hinaus erhöht, wird der beobachtete Durchmesser konstant bleiben oder geringfügig kleiner werden bis zu der Intensität, bei welcher die Pixel der Pupillenfläche anfangen, hell anzuzeigen. Diese Strahlungsintensität wird üblicherweise eingestellt. Sie kann jedoch für spezielle Anwendungen manuell oder automatisch einstellbar gemacht werden.
• Die Beobachtungslampe 38 erzeugt eine Beleuchtung, damit die Bedienperson das Bild des Auges sachgemäß positionieren und fokussieren kann. Die Beobachtungslampe ist so angebracht, daß jede Erregung der Pupillenreaktion so gering wie möglich gehalten wird; deren Intensität muß jedoch so niedrig, wie es noch durchführbar ist, gehalten werden. In einigen Fällen wird sie abgeschalten werden um jede gegenseitige Beeinflussung der Pupillenreaktion zu vermeiden.
• Die Steuer- und Datenverarbeitungseinheit auf Mikroprozessorbasis 42 der Erfindung umfaßt (Fig. 6) ein Motorola 68092E, einen Programm ROM [Nur-Lese-Speicher] (EPROM - 2764, 8K Byte), zwei 8K Byte statische RAMs (HM6264), eine LCD [Flüssigkristallanzeige] mit zwei 16-stelligen Zeilen 41 und 45, eine 4·4 - feldrige Tastatur 44, eine 24 Stunden Uhr, eine Regelung für die Beobachtungslampe, die 8 Abstufungen von halber bis voller Normalspannung zuläßt mit Abschaltung für die Wahl manuell oder automatisch und eine AN/AUS Steuerung für die Reizlampe. Die Stärke der Reizlampe ist üblicherweise auf eine vorbestimmte, mit einem Standard-Strahlungsmesser gemessene Intensität eingestellt. Die Einheit wird gespeist von einer 6 Volt, 4,5 Ah Batterie GEL-CEL mit einem 5,0 Volt Regler und eingebautem Laderegler mit Strombegrenzung und Konstantspannung.
• Die in Fig. 6 gezeigte Tastatur 44 ist das Mittel, mit welchem die Bedienperson den Betrieb des Pupillenmeßgerätes der Erfindung einrichtet und steuert. Die Tastatur ist mit der Digitalanzeige 45 durch das Kabel 46 verbunden. Die Steuerung funktioniert durch Eingabe einer Reihe von zwei-Zeichen Befehlen, von denen jedes aus einem Buchstaben, gefolgt von einer Zahl, besteht. Wenn von der Bedienperson Daten benötigt werden, erscheinen Prompts (Aufforderungszeichen) auf der Anzeige, die die benötigten Positionen benennen. Der Betrieb gliedert sich in drei Hauptgruppen
• - Einrichten, Messen und Aufrufen/Drucken von Daten.
• Mit dem Einschalten des Gerätes werden die Datum/Zeit-Daten angezeigt. Wenn sie korrigiert werden müssen, wird der "Zeit Einstell" - Befehl, d. h. "C2", eingegeben. Prompts für den Monat/Tag und Stunde/Minute folgen. Nachdem die neuen Daten eingegeben sind, wird die Anzeige gelöscht und der Prompt für den nächsten Befehl folgt. Ein "Zeit-Anzeige" Befehl, d. h. "C1" bringt das neue Datum / die neue Zeit, korrigiert auf die gültige Zeit, in die Anzeige.
• Eine der zwei 8K Byte statischer RAM Einheiten wird zur Speicherung der Bilddaten vom Sensor 32 verwendet. Die andere stellt Speicherkapazität für die Patientendaten und für die Programmdurchführung zur Verfügung. Die Patientendaten werden, beginnend mit dem unteren Ende des Adressbereichs der Einheit, eingegeben. Ein relativ kleiner Bereich des RAM am oberen Ende des Adressbereichs wird für das Programm verwendet. Dieser Bereich wird von den Patientendaten abgegrenzt gehalten. Mit Beginn einer Meßreihe wird der Patientendatenbereich von den früheren Daten frei gemacht. Da die Uhr- und die RAM-Einheiten kontinuierlich mit Spannung versorgt werden, werden die Patientendaten einer Reihe erhalten bis sie gelöscht werden. Falls dies nicht geschieht, werden die neuen Patientendaten dein alten nachfolgend eingegeben. Der Speicherprüf-Befehl löscht und prüft beide Bereiche, den für Bild und den für Patientendaten.
• Der Befehl zum Erstellen der Patientenkennung ruft den Prompt zum Speicher-löschen auf, falls dies noch nicht getan wurde und gibt automatisch das Datum/die Zeit in den Patientendatenbericht ein und verlangt die Patientenkennummer. Nachdem diese Nummer eingegeben wurde, folgt ein Prompt für die Intensitätsstufe der Beobachtungslampe. Beim manuellen Bestimmen dieser Stufe muß eine Zahl zwischen 1 und 7 eingegeben werden. Die Zahlen 1 bis 7 repräsentieren acht Lampenspannungen, vom halben bis zum vollen Spannungswert. Der nächste Prompt ist der für die Pulsdauer der Reizlampe in Zehntelsekunden. Die gewählte Zahl für die Intensitätsstufe der Beobachtungslampe und die gewählte Dauer des Lichtreizes werden in den Patientenbericht eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt muß der zweistellige "Meß" Befehl eingegeben werden.
• Messungen werden ausgeführt durch Positionieren der optischen Einheit 10 über das Auge 14 des Patienten, Fokussieren und Zentrieren des Iris/Pupillenbildes auf dem Strichplattenschirm 10, wobei der Drucktasterschalter 36 betätigt wurde. Das Abtasten des Sensors 32 beginnt, wenn der Schalter 36 gedrückt ist und der Prozessor versucht, aus jedem Abtastvorgang einen Durchmesser zu ermitteln, jedoch werden die Ergebnisse ignoriert, bis der Schalter von der Bedienperson losgelassen wird, wenn das Bild fokussiert und zentriert ist. Wenn ein scharf eingestelltes Bild am Sensor 32 vorhanden ist und einige identische Durchmessermessungen erhalten wurden, wird dieser Durchmesser als Anfangsdurchmesser für diesen Satz Messungen eingegeben. Die Reizlampe 24 wird gepulst; ihre Strahlung geht durch eine Blende 25; wird am Strahlteiler 22 reflektiert; geht durch die Fokussierungslinse 26, dann durch einen zweiten Strahlteiler 28, um auf der Pupille des Patienten fokussiert zu werden. Die dynamische Reaktion der Pupille wird alle 0,1 Sek. aufgenommen und über 3,0 bis 5,0 Sek., gemessen vom Start des Reizlampenpulses, akkumuliert. Die IR- emittierenden Dioden 39 liefern Licht zur Reflexion an der Pupille, wobei das reflektierte Licht durch die Fokussierlinse 30 geht und auf den Sensor 32 trifft. Die IR-Dioden sind unter dem, in Fig. 7 als Winkel A gezeigten, eingeschlossenen Winkel angeordnet. Eine bevorzugte Ausrichtung der IR-Dioden 39 in der optischen Einheit 10A, um Messungen von reflektierenden Oberflächen zu machen, ist in den Figs. 8 und 9 dargestellt. Die, in die Patientenberichte eingegebenen Durchmesser sind die Anzahl der dunklen Pixel, welche jeden Durchmesser bestimmen. Diese Zahl ist kleiner als 255 und kann in einem einzelnen Byte gespeichert werden. Während eine Serie von 30 Abtastungen (alle 3 Sekunden) durchgeführt wird, sucht der Prozessor nach dem kleinsten Durchmesser und er kann so programmiert werden, die Serie dann zu stoppen. Wenn die Serie beendet ist, errechnet der Prozessor und zeigt an: den Anfangsdurchmesser, den kleinsten Durchmesser, den Durchmesser nach 3 Sekunden und die verstrichene Zeit von der Erregung bis zum kleinsten Durchmesser. Diese Daten werden für die letzte und die vorletzte Serie von Messungen angezeigt.
• Die Ergebnisse früherer Messungen können angezeigt werden entweder durch Zurückgehen von Serie zu Serie oder durch Beginnen mit der ersten Serie des Satzes und stufenweisem Vorangehen. Der Prozessor errechnet die Durchmesserdaten aus den Pixeldaten und zeigt sie an, wie oben beschrieben. Falls gewünscht, kann das Gerät der Erfindung einen Drucker mit einschließen, so daß der gesamte Patientenbericht in jeder gewünschten Form ausgedruckt werden kann. Die Pixeldaten können zum Zeichnen von Reaktionskurven verwendet werden. Die Durchmesserdaten können, wie oben definiert, errechnet und gedruckt werden.
• Eine bevorzugte Ausführung eines Pupillenmeßgerätes dieser Erfindung, welche allgemeine Anwendung in der Anästhesiologie, sowie in den beiden Bereichen Forschung und Klinik findet, wurde beschrieben. Es wird von den in der Technik Bewanderten bereitwillig gewürdigt, daß eine Anzahl von Änderungen, mit dem Zweck, die Leistung eines bestimmten Pupillenmeßgerätes für einen bestimmten Versuch oder eine bestimmte Messung zu optimieren, möglich sind.
• Die vorliegende Erfindung bietet ein bequemes und genaues Mittel, Daten zu sammeln, die, wenn sie analysiert und in geeigneter Weise interpretiert wurden, eine Anzeige für eine Vielzahl von neurophysiologischen Zuständen ergeben, selbst wenn sie in einem Anfangsstadium sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum automatischen Messen des Durchmessers eines kleinen runden Objekts, zum Beispiel die Pupille (14) eines Auges, welche umfaßt:

eine Projektionsbaugruppe (20, 26) für ein sichtbares Bild einschließlich einer Strichplatte (20) und Mittel (26) um auf der Strichplatte ein visuell beobachtbares Bild des Gegenstandes (14) zu fokussieren;

eine Bild-Sensorbaugruppe (32, 34), einschließlich einer Anordnung von einzelnen lichtempfindlichen Elementen oder Pixeln, sowie zugeordneten elektronischen Mitteln, wobei die genannte Bild Sensorbaugruppe so angepaßt ist, daß sie eine Serie von Ausgangssignalen erzeugt, von denen jedes der auf einem gegebenen Pixel der Anordnung auftreffenden Bildstelle entspricht und in der Lage ist, nur entweder einen Hoch- oder einen Niedrigwert zu haben, abhängig von der Lichtmenge, die, unter Bezug auf einen vorher bestimmten Lichtgrenzwert, vom genannten Pixel empfangen wird;

eine Infrarot-Bild-Projektionsbaugruppe (28, 30, 39) mit Mitteln (39), um den Gegenstand (14) mit Infrarotstrahlung zu beleuchten, und Mitteln (28, 30), um ein Infrarotbild des Gegenstandes (14) auf die Anordnung der Pixel der Bild-Sensorbaugruppe zu fokussieren wenn ein sichtbares Bild des genannten Gegenstandes auf der genannten Strichplatte fokussiert wird; und

eine elektronische Datenverarbeitungseinheit (42) um die Bildinformationen von der Bild Sensorbaugruppe (32, 34) zu verarbeiten und um eine digitale Ausgabe des Durchmessers des Gegenstandes zu erzeugen, wobei zumindest die Projektionsbaugruppen für sichtbare und für infrarote Bilder und die Anordnung der Pixel der Bild Sensorbaugruppe in einem einzigen Gehäuse (10) zusammengefaßt sind, und

wobei die genannte Anordnung der Pixel eine zweidimensionale Anordnung ist, dadurch gekennzeichnet, daß

das genannte Gehäuse (10) so konstruiert ist, daß es ein von Hand tragbares Gehäuse bildet,

das genannte tragbare Gehäuse auch Mittel (38) umfaßt, um den Gegenstand mit sichtbarem Licht zu beleuchten, um das genannte visuell beobachtbare Bild des Gegenstandes zu erzeugen,

die genannte zweidimensionale Anordnung der Pixel, die im genannten tragbaren Gehäuse untergebracht ist, auf einem dynamischen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff)-Chip gebildet ist und darauf in einer Matrix aus Zeilen und Spalten arrangiert ist, wobei auch die genannten elektronischen Mittel, die der genannten zweidimensionalen Anordnung der Pixel zugeordnet sind, ebenfalls im genannten tragbaren Gehäuse untergebracht sind, und

die genannte elektronische Datenverarbeitungseinheit (42) dafür bestimmt ist, den Durchmesser des Gegenstandes anzugeben durch Ermittlung der Anzahl der Signale einer der zwei möglichen Wertstufen, hoch oder niedrig, die von jeder Zeile von Pixeln stammen und durch Auswahl derjenigen Zeile von Pixeln mit der höchsten Anzahl von Signalen der genannten einen Wertstufe, wobei der Durchmesser des Gegenstandes der höchsten Anzahl von Signalen der genannten einen Wertstufe entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die genannte elektronische Datenverarbeitungseinheit (42) die Zeile auswählt, die die größte Anzahl von Dunkelsignalen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in welcher die genannte elektronische Datenverarbeitungseinheit den Durchmesser des Gegenstandes durch Prüfen und Vergleichen der Anzahl von Dunkelsignalen bestimmt, die von den benachbarten Zeilen stammen, in dem Bildbereich, der die Zeilen mit der höchsten Anzahl von Dunkelsignalen enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, welche als Pupillenmeßgerät verwendet werden soll, einschließlich einer Reizlichtquelle (24), die an das genannte handgehaltene Gehäuse (10) montiert ist und so positioniert ist, daß davon ausgehendes Licht auf ein Auge in den Bereich der Pupille gerichtet wird, nachdem das handgehaltene Gehäuse von Hand vor das Auge positioniert wird, wobei die Vorrichtung darüber hinaus Mittel aufweist, um die genannte Lichtquelle selektiv so zu betätigen, daß das Verhalten der Pupille auf den Reiz der genannten Lichteinwirkung von der genannten Lichtquelle beobachtet und aufgezeichnet werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 5, in welcher das genannte Beleuchtungsmittel (38) zur Beobachtung des Auges eine zweite Lichtquelle ist, die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl ausgesendet wird, der auf dem Auge entlang einer Linie innerhalb der Grenzen von 0º bis 9º mit einer Ebene tangential zur Mitte der Pupille auftrifft, während die Reizlichtquelle (24) so angeordnet ist, daß sie ihren Strahl so aussendet, daß er auf dem Auge in der Nachbarschaft der Pupille direkter auf- die Pupille auftrifft- als der Strahl von der zweiten Lichtquelle (38).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die genannte Reizlichtquelle (24) so angeordnet ist, daß ein gerichteter Lichtstrahl in das Auge im wesentlichen entlang der optischen Achse und der Beobachtungsachse des handgehaltenen Gehäuses geleitet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das handgehaltene Gehäuse ein Okular (16) besitzt, gleich neben der Strichplatte (20), damit das Auge von einem menschlichen Beobachter betrachtet werden kann, sowie strahlzerlegende Mittel (22), wobei das Auge beobachtet und von der ersten Lichtquelle entlang einer gemeinsamen Achse beleuchtet werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in welcher die Mittel (39) zum Bestrahlen mit Infrarotstrahlung so angeordnet sind, daß Infrarotbeleuchtung über der Oberfläche des Gegenstandes verteilt erhalten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, in welcher die Mittel zur Infrarotbestrahlung eine Vielzahl von Infrarotquellen umfassen, die um die optische Achse des handgehaltenen Gehäuses verteilt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in welcher die zweidimensionale Anordnung eine Anordnung von 256·256 Pixeln umfaßt, welche auf dem dynamischen Speicherchip mit wahlfreiem Zugriff gebildet wird.