DE69604228T2 - Pupillen Messanordnung und Alzheimer Krankheits Diagnosesystem - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pupillen-Meßanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, um Alzheimer-Demenz (Alzheimer Krankheit) zu diagnostizieren.
Stand der Technik
• Man sagt, daß in Japan ungefähr eine Million Patienten an Altersschwachsinn leiden. Ungefähr die Hälfte dieser Patienten ist durch cerebrovaskulare Dementia beeinträchtigt, und der Rest von ihnen ist durch die Alzheimer Krankheit beeinträchtigt. Für Alzheimer Patienten war herkömmlicherweise kein Frühdiagnoseverfahren verfügbar. Medikamente zur Verzögerung des Fortschreitens der Alzheimer Krankheit sind nicht entwickelt worden, die es ermöglichen, das Fortschreiten der Krankheit zu verzögern, wenn die Alzheimer Krankheit früh diagnostiziert werden kann. Aus diesem Grund ist das Verfahren zur frühen Diagnose der Alzheimer Krankheit lange erwartet worden.
• Ein Verfahren für eine frühe Diagnose der Alzheimer Krankheit wurde in einer US Zeitschrift mit dem Titel SCIENCE (Bd. 266, 11. November 1994) mitgeteilt, das die Frühdiagnose der Alzheimer Krankheit ermöglicht, indem eine Pupillenerweiterungslösung in ein Auge getropft wird und der Bereich der sich ergebenden erweiterten Pupille oder die Vergrößerung des Pupillendurchmessers gemessen wird. Jedoch steht ein Diagnosesystem, das dieses Verfahren verwendet, noch nicht zur Verfügung.
• Die folgenden Probleme wurden als Ergebnis eines Versuchs angetroffen, ein Diagnosesystem dieser Art aufzubauen, indem herkömmliche Einheiten miteinander kombiniert wurden, wie eine Pupillen-Photographiereinheit, die die Fläche einer Pupille oder die Vergrößerung des Pupillendurchmessers mißt, und eine Datenauswertungseinheit, die die durch die Pupillen-Photographiereinheit erhaltenen Daten auswertet.
• Bei der herkömmlichen Pupillen-Photographiereinheit wird ein Auge kontinuierlichem Licht ausgesetzt, wobei eine fortlaufend beleuchtende Einrichtung als Photographiereinrichtung verwendet wird. Die Pupille wird durch Blitzlicht stimuliert und die Fläche der Pupille oder die Änderungen des Pupillendurchmessers werden als Ergebnis nach Ablauf mehrerer Sekunden nach der Stimulierung der Pupille erhalten. Das oben beschriebene Verfahren zur Frühdiagnose der Alzheimer Krankheit verlangt die Messung von Änderungen der Pupillengröße über eine längere Zeitdauer, z. B. 30 Minuten bis zu einer Stunde. Jedoch bewegt sich das Auge häufig während des Ablaufs der Messung, die über eine solche fange Zeitdauer fortgesetzt wird, wodurch sich Ablenkungen des Auges ergeben. Die Augenablenkungen machen es schwierig, die Fläche der Pupille oder den Pupillendurchmesser genau zu messen.
• Um ein Bild auf einem Bildschirm wiederzugeben, indem ein Signalausgang von einer Videokamera verarbeitet wird, wird die Zeit eines elektrischen Verschlusses üblicherweise auf eine Standardzeit eingestellt, d. h., eine Rate von 1/60 s. Aus den Daten, die die Videokamera für jeden Schirm ausgibt, werden Daten für zwei Felder in einem Intervall von 1/60 s erhalten. Ein Feld (ein Bild) wird auf einen Bildschirm mittels der Daten gebildet. Wenn sich das Auge schnell bewegt, treten Verschiebungen sogar in dem Bild der Pupille für zwei Felder in einem Intervall von 1/60 s auf. Dieses Problem wird ausführlicher beschrieben.
• Die Augenbewegung wird im allgemeinen in zwei Arten unterteilt, d. h., eine langsame Phase und eine schnelle Phase. Die langsame Phase bezeichnet die langsame Bewegung des Auges und die schnelle Phase bezeichnet die schnelle Bewegung des Auges. Die schnelle Phase stellt beispielsweise die momentane Rückkehr der Augen dar, nachdem sie einem Zug gefolgt sind, der an einem Bahnübergang von links nach rechts durchfährt. Im Gegensatz dazu bedeutet die langsame Phase die Bewegung der Augen, wenn sie dem Zug von links nach rechts folgen. D. h., die Drehgeschwindigkeit des Auges in der schnellen Phase ist 300 bis 500 Grad/s. Vorausgesetzt, daß die Drehgeschwindigkeit des Auges 500 Grad/s ist, bewegt sich die Vorderfläche des Auges zusammen mit der Pupille in der folgenden Weise. Bei dem Beispiel wird der Augendurchmesser zu 30 mm angenommen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, und die Zeit des elektronischen Verschlusses wird auf eine Standarddauer von 1/60 s eingestellt.
• (1) Die Bewegungsgeschwindigkeit der Pupillenmitte ist π · 30 · (500/360) mm/s = ungefähr 131 mm/s.
• (2) Die Bewegungsstrecke der Pupillenmitte während einer Dauer von 1 /60 s beträgt (131 mm/s) · 1/60 s) = ungefähr 2,2 mm.
• (3) Die Bewegungen des Gegenstands, d. h., der Pupille sind wie folgt:
• Die Pupille mißt im allgemeinen ungefähr 3-5 mm im Durchmesser. In diesem Fall wird von der Pupille angenommen, daß sie 4 mm mißt, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Die Pupille, die einen Durchmesser von 4 mm aufweist, bewegt sich 2,2, mm während einer Dauer von 1/60 s, was wiederum ein im wesentlichen elliptisches Bild ergibt, das einen längeren Radius von ungefähr 6,2 mm und einen kürzeren Radius von ungefähr 4 mm aufweist, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Die scheinbare Fläche des Bildes ist ungefähr mehr als 150% der wahren Fläche. Daher tritt ein Fehler von mehr als 50% auf. Aus diesem Grund wird es unmöglich, die Fläche der Pupille oder den Pupillendurchmesser genau zu messen.
• Um ein solches Problem zu verhindern, mag es möglich sein, ein Feld (ein Bild) auf den Monitorbildschirm zu bilden, indem die Daten des identischen Feldes, die von der Videokamera erhalten werden, zweimal verwendet werden, während die Auslösedauer des elektronischen Verschlusses auf eine Standarddauer von 1/60 s eingestellt bleibt. Selbst in dem Fall dieses Verfahrens bewegt sich das Bild während eines Feldes, das eine Dauer von 1/60 s aufweist, wenn das Auge kontinuierlichem Licht ausgesetzt wird, wodurch sich ein verschwommenes Pupillenbild ergibt.
• Alternativ mag es möglich sein, intensives und kontinuierliches Licht zu verwenden, während die Zeit des elektronischen Verschlusses auf eine kurze Zeitdauer eingestellt wird, z. B. 1/1000 s. Gemäß diesem Verfahren bewegt sich unter der Annahme, daß die Drehgeschwindigkeit des Auges 500 Grad/s und der Durchmesser des Auges 30 mm ist, die Pupillenmitte mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 131 mm/s entlang der Oberfläche des Auges. Deshalb beträgt während einer Dauer von 1/1000 s die Bewegungsstrecke der Pupille (131 mm/s) · (111000 s) = 0,131 mm. Nimmt man an, daß der Pupillendurchmesser 4 mm ist, ergibt sich ein Verhältnis der scheinbaren Fläche der Pupille zu ihrer wahren Fläche von 4,131²/4² = 1,067 (mal). Der Fehler der Pupillenfläche wird auf ungefähr 6,7% verringert.
• Jedoch besteht, wenn das Auge fortlaufend intensivem Licht ausgesetzt wird, eine Gefahr, die Hornhaut des Auges zu beschädigen. Aus diesem Grund ist das zweite Verfahren nicht zweckmäßig. Im Gegensatz wird, wenn die Zeit des elektronischen Verschlusses auf eine sehr kurze Zeit eingestellt wird, z. B. 1/1000 s, und schwaches Licht fortlaufend verwendet wird, das Bild dunkel, wodurch es schwierig wird, das Bild auszuwerten. Das dunkle Bild ist zum Messen der Pupillengröße nicht geeignet.
• Die herkömmliche Datenauswertungseinheit zur Auswertung von Daten, die durch die Pupillen-Photographiereinheit erhalten werden, ist so konstruiert, daß sie die Daten unmittelbar verwendet, die sich auf die Größe der Pupille beziehen und in vorbestimmten Zeitintervallen erhalten werden. Jedoch wird die Größe des Auges selbst die ganze Zeit verringert oder vergrößert. Somit werden konstante Änderungen dieser Art bei der Fläche der Pupille in der herkömmlichen Datenauswertungseinheit nicht berücksichtigt, wodurch sich wiederum Fehler ergeben. Beispielsweise ändert sich unter der Annahme, daß die Fläche der Pupille, die als Ergebnis der ersten Messung erhalten wird, 100% darstellt, und daß diese Fläche der Pupille während 40 Sekunden alle 0,2 Sekunden gemessen wird, die Fläche der Pupille die ganze Zeit, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Die Flächenänderungen sind so groß wie im Bereich von ungefähr 100-130%. Wenn die geringste Bewegung des Auges während einer kurzen Zeitdauer gemessen wird, treten keine Probleme auf. Jedoch ist dieses Verfahren nicht erwünscht, die Gesamtänderungen der Pupillengröße während einer längeren Zeitdauer zu messen, und die als Ergebnis einer solchen Messung erhaltenen Daten machen es schwierig, eine richtige Diagnose der Alzheimer Krankheit durchzuführen.
• Weitere Pupillen-Meßanordnungen, die eine Videokamera zum Photographieren des Auges eines Patienten verwenden, sind aus FR-A 2690329, US 4850691 und aus einem Artikel in "Medical and Biological Engineering and Computing", Bd. 30 (1992, Nr. 5) Seiten 487 bis 490 bekannt.
• Ein nichtinvasives Verfahren zum Diagnostizieren der Alzheimer Krankheit bei einem Patienten, das eine Videokamera verwendet, jedoch kein Sperrfilter für sichtbares Licht einsetzt, ist aus WO 96/03070 bekannt, das eine Veröffentlichung im Hinblick auf Artikel 54(3) EPÜ ist.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Hauptzielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das die Alzheimer Krankheit mit hoher Genauigkeit diagnostizieren kann, indem klare Bilddaten über eine Pupille erhalten werden, die verwendet werden, die Größe der Pupille genau zu messen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Zielsetzung durch ein System gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Dieses System umfaßt eine Videokamera, die so angeordnet ist, daß sie zu den Augen eines Patienten weist, eine Beleuchtungseinrichtung, um den Impuls des Bildaufnahmelichts der Videokamera in einem vorbestimmten Zyklus abzustrahlen, und eine Erfassungseinrichtung, um eine Größe zu bestimmen, die sich auf die Pupillengröße während einer Mehrzahl Zeitpunkte bezieht, wobei z. B. die Messung während einer Minute einmal alle sieben Minuten bis zu insgesamt fünfmal durchgeführt wird, indem ein von der Videokamera ausgegebenes Videosignal verarbeitet wird.
• In dem Pupillen-Meßsystem, wie es in der vorliegenden Erfindung festgelegt ist, wird das Auge des Patienten dem Impuls von Bildaufnahmelicht mittels der Beleuchtungseinrichtung ausgesetzt. Das von der Videokamera ausgegebene Videosignal ist ein Videosignal der Pupille, die dem Lichtimpuls ausgesetzt wird. Die Erfassungseinrichtung bestimmt die Größe, die sich auf die Pupillenfläche bezieht, während einer Mehrzahl von Zeitpunkten, indem das Videosignal verarbeitet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das den Gesamtaufbau eines Diagnosesystems für Alzheimer Krankheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ist eine Außenansicht, die das Aussehen einer Untersuchungsbrille zeigt, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wird;
• Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, um die Arbeitsweise des Diagnosesystems für die Alzheimer Krankheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben;
• Fig. 4A bis 4F sind Zeitkurven, um Videosignale eines rechten Auges und eines linken Auges, die Abrufzeit eines Synchronsignals und ein Feld zu beschreiben.
• Fig. 5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel von Daten zeigt, die auf einer Anzeigeeinheit angezeigt sind, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 6 ist eine Darstellung, um Änderungen der Fläche einer Pupille zu beschreiben, indem ein an Alzheimer Krankheit erkrankter Patient mit einer Person ohne Alzheimer Krankheit verglichen wird;
• Fig. 7 ist eine Darstellung, die Änderungen bei den Werten zeigt, die als Ergebnis der Messung der Fläche der Pupille erhalten werden, wenn sie nicht gemittelt sind;
• Fig. 8A bis 8E sind Diagramme, die schematisch Ausgestaltungen des Diagnosesystems der vorliegenden Erfindung für die Alzheimer Krankheit zeigen;
• Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Pupillenmitte als Ergebnis der Augenbewegung zu beschreiben; und
• Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, um Bewegungen der Pupille zu beschreiben.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Bezugnehmend auf Fig. 1 ist die Gesamtausgestaltung eines Pupillen-Meßsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Jede von einem Paar Videokameras 1A und 1B ist aus einem optischen Objektiv und einem Bildaufnahmeelement hergestellt. Ein Gegenstand wird in ein zweidimensionales Bild umgewandelt, und dieses Bild wird in eine Mehrzahl Pixel unterteilt. Die Pixel werden jeweils in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das Signal wird in einer vorbestimmten Reihenfolge ausgegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Bildaufnahmeelement eine ladungsgekoppelte Einrichtung CCD. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Infrarotstrahl verwendet, und deshalb werden Sperrfilter 2A und 2B für sichtbares Licht an den entsprechenden Vorderseiten der Videokameras 1A und 1B angebracht, um sichtbares Licht auszuschließen, das zu Rauschen wird. Lichtquellen 3A und 3B sind jeweils in der Nähe der Videokameras 1A und 1B angeordnet. Die Lichtquellen 3A und 3B sind Leuchtdioden, die mit Infrarotstrahlen beleuchten.
• Die Videokameras 1A und 1B, die Sperrfilter 2A und 2B für sichtbares Licht und die Lichtquellen 3A und 3B bilden eine Untersuchungsbrillenanordnung 20, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Insbesondere sind diese Elemente an einem Brillenhauptkörper 21 angebracht, wodurch sie miteinander integriert werden. Jede der Lichtquellen 3A und 3B umfaßt eine Mehrzahl Leuchtdioden, und diese sind um die jeweiligen Vorderflächen der Videokamera 1A und 1B angeordnet.
• Es wird sich wieder der Fig. 1 zugewandt; ein Paar Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B steuern den Betätigungszeitpunkt der elektronischen Verschlüsse der Videokameras 1A und 1B, sie steuern nämlich die Belichtungsperiodizität, die Belichtungszeit und die Ausgänge der Videokameras 1A und 1B. Als Ergebnis wird ein zusammengesetztes Videosignal, das die von den Videokameras 1A und 1B ausgegebenen Videosignale und Synchronsignale umfaßt, ausgegeben. Synchrone Beleuchtungsschaltungen 5A und 5B bestimmen den Leuchtzeitpunkt der Lichtquellen 3A und 3B auf der Grundlage der Syn chronsignale des zusammengesetzten Videosignals, das von den Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B ausgegeben wird.
• Ein Multiplexer 6 ermöglicht den Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B selektiv einen Ausgang zu erzeugen. Ein Analog/Digitalwandler 7 wandelt den Ausgang von dem Multiplexer 6 in ein digitales Signal um.
• Ein digitaler Rechner 8 steuert die Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B, die synchronen Beleuchtungsschaltungen 5A und 5B, den Multiplexer 6 und den Analog/Digitalwandler 7, sowie das Verarbeiten der Daten, die von dem Analog/Digitalwandler 7 ausgegeben werden. Der digitale Rechner 8 verwendet bei der vorliegenden Ausführungsform einen persönlichen Rechner.
• Der digitale Rechner 8 ist versehen mit einer CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit) 9, einem Hauptspeicher 10, der mit der CPU 9 verbunden ist, einem externen Speichersteuerabschnitt 11, einem Eingabe/Ausgabesteuerabschnitt 13, einem Tastatursteuerabschnitt 14, einem Anzeigesteuerabschnitt 15, einem Druckersteuerabschnitt 16, einer externen Speichereinrichtung 12, die jeweils mit dem externen Speichersteuerabschnitt 11, dem Tastatursteuerabschnitt 14, dem Anzeigesteuerabschnitt 15 und dem Druckersteuerabschnitt 16 verbunden ist, eine Tastatur 17, eine Anzeigeeinheit 18 und ein Drucker 19. Die CPU 9 überwacht und steuert den gesamten digitalen Computer 8 und steuert auch jeden Teil des Systems und die Datenverarbeitung auf der Grundlage eines in dem Hauptspeicher 10 gespeicherten Programms. Der Hauptspeicher 10 besteht aus einem ROM (Festwertspeicher) und einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff). Der ROM hält Programme und Daten, die für die CPU 9 wichtig sind, um das in den RAM von der externen Speichereinrichtung gelesenen Programm auszuführen. Daten oder Ergebnisse der Datenverarbeitung, die für die CPU wichtig sind, die Daten zu verarbeiten, werden in den RAM geschrieben. Die externe Speichereinrichtung 12 hält verschiedene Programme und Datengegenstände. Bei der vorliegenden Ausführungsform hält sie das in Fig. 3 gezeigte Programm.
• Der externe Speichersteuerabschnitt 11 steuert das Lesen von Daten aus der externen Speichereinrichtung 12 und das Schreiben von Daten in sie gemäß einem Befehl von der CPU 9. Der Eingabe/Ausgabesteuerabschnitt 13 steuert den Austausch von Daten zwischen dem digitalen Rechner und den externen Einrichtungen und steuert auch, ein Steuersignal zu den externen Einrichtungen zu schicken und ein Steuersignal von ihnen zu erhalten.
• Die Tastatur 17 weist eine Mehrzahl Tasten auf und gibt ein entsprechendes Signal aus, wenn irgendeine der Tasten niedergedrückt wird. Der Tastatursteuerabschnitt 14 steuert Signale, die von der Tastatur 17 ausgegeben werden und speichert sie in dem Hauptspeicher 10 gemäß dem Befehl von der CPU 9. Die Anzeigeeinheit 18 zeigt auf einem Anzeigeschirm sichtbar die Daten an, die die Einheit erhält. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzeigeeinheit 18 eine Kathodenstrahlröhre CRT. Der Anzeigesteuerabschnitt 15 zeigt auf der Anzeigeeinheit 18 die Daten, die in dem Hauptspeicher 10 gespeichert sind, gemäß den Befehlen von der CPU 9 an. Der Drucker 19 druckt die Daten, die der Drucker erhält, auf Papier aus. Der Druckersteuerabschnitt 16 steuert den Drucker 19 gemäß dem Befehl von der CPU 9, und der Drucker 19 führt einen Druckvorgang auf der Grundlage der in dem Hauptspeicher 10 gespeicherten Daten aus.
• Das Pupillen-Meßsystem der vorliegenden Erfindung ist hergestellt aus den Videokameras 1A und 1B, den Lichtquellen 3A und 3B, den synchronen Beleuchtungsschaltungen 5A und 5B, den Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B, dem Multiplexer 6, dem Analog/Digitalwandler 7 und der Einrichtung des digitalen Rechners 8, der die Aufgabe hat, die Pupillengröße durch Verarbeitung des Videosignals zu bestimmen. Von diesen Elementen entsprechen die Videokameras 1A und 1B Videokameras, und Beleuchtungsmittel sind aus den Lichtquellen 3A und 3B und den synchronen Beleuchtungsschaltungen 5A und 5B gebildet. Die Bestimmungseinrichtung ist aus den Videosteuereinheiten 4A und 4B, dem Multiplexer 6, dem Analog/Digitalwandler 7 und der Einrichtung des digitalen Rechners 8 gebildet, der die Aufgabe hat, die Pupillengröße durch Verarbeitung eines Videosignals zu bestimmen.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Diagnosesystem für Alzheimer Krankheit aus den Elementen gebildet, die das Pupillen-Meßsystem bilden und der Einrichtung des digitalen Rechners 8, der die Aufgabe hat, zu bestimmen, ob bei dem Patienten auf der Grundlage der Pupillengröße die Diagnose gestellt wird, ob er von der Alzheimer Krankheit beeinträchtigt ist oder nicht. Die Elemente, die das Pupillen-Meßsystem bil den, entsprechen jeweils den Elementen der vorhergehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform. Der digitale Rechner 8, die Einrichtung, die die Aufgabe hat, zu bestätigen, ob der Patient auf der Grundlage der Pupillengröße die Diagnose erhält, ob von der Alzheimer Krankheit beeinträchtigt ist oder nicht, entspricht der Bestimmungseinrichtung.
• Unter Bezugnahme auf ein Flußdiagramm, das in Fig. 3 gezeigt ist, und einen Zeitablauf, der in den Fig. 4A bis 4F gezeigt ist, wird nun die Arbeitsweise des Diagnosesystems für die Alzheimer Krankheit beschrieben. Der Beschreibung liegt die Annahme zugrunde, daß das durch das Flußdiagramm dargestellte Programm, das in Fig. 3 gezeigt ist, aus dem RAM des Hauptspeichers 10 als Ergebnis der Betätigung der Tastatur 17 ausgelesen wird.
(1) Bevor ein Pupillen-Erweiterungsmittel in ein Auge getropft wird
• In Schritt 301 bereitet sich ein Patient zuerst für die Messung der Pupille vor, wobei die Untersuchungsbrille 20 getragen wird, die in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Fall befindet sich das linke Auge 22A vor der Videokamera 1A und das rechte Auge 22B befindet sich vor der Videokamera 1 B, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Das System wird im Schritt 302 eingeschaltet, um die Messung zu beginnen, und dann wird die Messung der Pupille im Schritt 303 gestartet. Wie es in Fig. 4A und 4B gezeigt ist, werden zusammengesetzte Videosignale des rechten Auges und des linken Auges an die Videokamerasteuereinheit 4A und 4B ausgegeben. Die Synchronbeleuchtungsschaltung 5A gibt ein Impulssignal, das z. B. eine Breite von 1 ms aufweist, wie es in Fig. 4C gezeigt ist, an die Lichtquelle 3A synchron mit einem Synchronsignal eines Ausgangs der Videokamerasteuereinheit 4A aus. Die Lichtquelle 3A beleuchtet während der Zeitdauer, die durch das Impulssignal bestimmt ist. Ebenso gibt die Synchronbeleuchtungsschaltung 5B ein Impulssignal, das z. B. eine Breite von 1 ms aufweist, wie es in Fig. 4D gezeigt ist, an die Lichtquelle 3B synchron zu einem Synchronsignal eines Ausgangs der Videokamerasteuereinheit 4B aus. Die Lichtquelle 3B beleuchtet während der Zeitdauer, die durch das Impulssignal festgelegt ist. Die elektronischen Verschlüsse der Videokameras 1A und 1B sind so konstruiert, daß sie sich zu dem gleichen Zeitpunkt öffnen, wenn die synchronen Beleuchtungsschaltungen 5A und 5B bewirken, daß die Lichtquellen 3A und 3B beleuchten. Gemäß der Synchronisierung, die in Fig. 4E und 4F gezeigt ist, ermög licht der Multiplexer 6, daß die Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B abwechselnd einen Ausgang zu dem Analog/Digitalwandler 7 schicken. Infolgedessen werden die Ausgänge der Videokamerasteuereinheiten 4A und 4B abwechselnd in digitale Daten für jedes Feld umgewandelt. Die derart umgewandelten digitalen Daten werden zu dem digitalen Rechner 8 geschickt.
• Andererseits startet die CPU 9 des digitalen Rechners 8 im Schritt 305 einen ersten Zählvorgang, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die CPU 9 ruft auch ein Videosignal für das jeweilige Feld von den rechten und linken Videosignalen ab, die von dem Analog/Digitalwandler 7 ausgegeben werden. Die derart abgerufenen Videosignale werden in dem RAM des Hauptspeichers 10 gespeichert. Die CPU 9 geht zu dem Schritt 306 weiter, und Profile der Pupillenbilder werden klar durch Binärcodierung des abgerufenen Feldes der rechten und linken Videosignale gebildet. Die CPU 9 geht dann zu dem Schritt 307 weiter, und die Fläche einer jeden Pupille wird aus dem rechten und linken Pupillenbild berechnet. Die derart berechneten Flächen werden in dem RAM des Hauptspeichers 10 gespeichert. Die CPU 9 geht dann zu dem Schritt 308 weiter. Die Messung der Pupillenfläche wird wiederholt durchgeführt, bis eine Minute seit dem Start des ersten Zählvorgangs abgelaufen ist. Wenn eine Minute bereits abgelaufen ist, geht die Verarbeitung zu dem Schritt 309 weiter. Zu diesem Zeitpunkt wird die Lichtquelle ausgeschaltet, um die Beleuchtung mit dem Lichtimpuls aufzuheben.
• Die CPU 9 geht nachfolgend zu dem Schritt 301, und es wird ein Mittelwert der Fläche der Pupille für jeweils die linke und rechte Pupille berechnet. Die derart berechneten Mittelwerte werden in dem RAM des Hauptspeichers 10 gespeichert. Wenn in Schritt 307 beurteilt worden ist, daß eine Minute noch nicht abgelaufen ist, kehrt die CPU 9 zu dem Schritt 306 zurück. Nach der Verarbeitung des Schritts 310 wartet die CPU 9 auf einen Startbefehl für eine Messung, der als Ergebnis der Betätigung der Tastatur 17 eingegeben wird. Ein Untersucher nimmt die Untersuchungsbrille 20 von dem Patienten ab und tropft ein pupillenerweiterndes Mittel in die Augen des Patienten. Der Patient setzt die Untersuchungsbrille 20 wieder auf. Nachdem geprüft worden ist, daß der Patient die Untersuchungsbrille 20 richtig trägt, gibt der Untersucher den Startbefehl für die Messung durch Betätigung der Tastatur 17 ein.
(2) Nachdem das Pupillenerweiterungsmittel in die Augen getropft worden ist
• Wenn die CPU 9 im Schritt 312 den Startbefehl für eine Messung erhält, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird zu der Anzahl der Messungen eins addiert, und die erste Messung der Pupillengröße wird gestartet. Mit anderen Worten kehrt die Verarbeitung zu dem vorhergehend beschriebenen Schritt 304 zurück, und die Messung der Pupillenflächen, nachdem das Pupillenerweiterungsmittel in die Augen getropft worden ist, und die Speicherung der Ergebnisse der Messung werden gestartet.
• Die Messung der Pupille, nachdem das Pupillenerweiterungsmittel in die Augen getropft worden ist, ist derart programmiert, daß die Messung für die Wiederholungsschritte 306 und 307 während einer Minute einmal alle sieben Minuten bis zu insgesamt fünfmal durchgeführt wird. Infolgedessen werden die Ergebnisse, die durch Messen der Pupillenfläche mehrere Male in einer Minute erhalten werden, im Schritt 310 gemittelt, und der derart erhaltene Mittelwert wird gespeichert. Die CPU 9 führt einen Zählvorgang im Schritt 311 aus und wartet sechs Minuten. Nach Bestätigung der Dauer von sechs Minuten als Ergebnis des Zählvorgangs wird eins zu der Anzahl der Messungen im Schritt 312 addiert. Somit wird die nächste Messung gestartet. Diese Messung wird wiederholt, bis im Schritt 313 bestätigt wird, daß die Messung fünfmal abgeschlossen wurde, d. h., bis zu einer Dauer von 30 Minuten nach dem Eintropfen des Pupillenerweiterungsmittels.
• Die CPU 9 ist programmiert, die im Schritt 310 gemittelten Daten zu halten, sowie auf dem Schirm der Anzeigeeinheit 17 eine Kurve darzustellen, indem das Verhältnis der Pupillenflächen vor und nach dem Eintropfen des Pupillenerweiterungsmittels berechnet wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Zusätzlich zu den Daten über das linke Auge, in das das Pupillenerweiterungsmittel getropft worden ist, werden die Daten des rechten Auges, in das das Pupillenerweiterungsmittel noch nicht eingetropft worden ist, gleichzeitig angezeigt, um einen Vergleich zwischen ihnen zu erleichtern, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Des weiteren werden in der gleichen Zeichnung die Bilder des linken und rechten Auges selbst so angezeigt, daß sie einander überlappen, wodurch dem Prüfer geholfen wird, Änderungen der Größe der Pupillen zu beobachten.
• Im Schritt 410 bestimmt die CPU 9 auf der Grundlage der Meßergebnisse, ob der Patient von der Alzheimer Krankheit beeinträchtigt ist oder nicht. Die Bestimmung wird in der folgenden Weise ausgeführt.
• An Anfang erhält die CPU 9 den minimalen Wert der Mittelwerte, die als Ergebnis der Messung erhalten wurden, die in der letzten Minute (der fünften Messung) durchgeführt wurde. Wenn der minimale Wert über 113 (%) ist, wird beurteilt, daß der Patient von der Alzheimer Krankheit beeinträchtigt ist. Wenn der minimale Wert nicht über 113 (%) ist, wird beurteilt, daß der Patient von der Alzheimer Krankheit nicht beeinträchtigt ist. Diese Ergebnisse werden auf der Anzeigeeinheit 18 angezeigt.
• Die Gründe, warum eine solche Bestimmung gemacht wird, werden nun beschrieben. Wenn die einminütige Messung fünfmal ausgeführt wird, werden die Daten, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, auf dem Anzeigeschirm der Anzeigeeinheit 18 angezeigt, wie es vorhergehend beschrieben wurde. Neunundzwanzig Minuten sind bereits am Ende der letzten einminütigen Messung vergangen, nachdem das Pupillenerweiterungsmittel in das Auge eingetropft worden ist. Wie es aus Fig. 6 offensichtlich ist, ist die Erweiterungsrate der Pupille von Alzheimerpatienten von derjenigen einer Person verschieden, die von der Alzheimer Krankheit nicht beeinträchtigt ist (siehe den vorhergehend beschriebenen Bericht in der SCIENCE betitelten Zeitschrift). Mit anderen Worten ist die Erweiterungsrate der Pupille von Alzheimerpatienten über 113%, wenn neunundzwanzig Minuten vergangen sind, nachdem das Pupillenerweiterungsmittel in das Auge getropft worden ist.
• Änderungen der Patientenpupille werden auf der Anzeigeeinheit in Realzeit bei der vorliegenden Ausführungsform angezeigt, was dem Prüfer erlaubt, unmittelbar den Zustand des Patienten zu bestimmen. Im Gegensatz hierzu kann es möglich sein, einen Videosignalausgang der Videokamera, der als Ergebnis der Messung erhalten wird, unter Verwendung eines Videobandgeräts aufzuzeichnen und das aufgezeichnete Signal später zu untersuchen. Selbst in diesem Fall wird die Messung während einer Minute mehrere Male mit einem Intervall von sechs Minuten ausgeführt. Das Videobandgerät wird fortlaufend in einem Aufzeichnungszustand während der Zeitdauer gehalten, während der die Messung ausgeführt wird. Die Lichtquelle wird in einem gewissen Zyklus (z. B. einem Zyklus von 1/60s) nur während des Ablaufs der Messung (z. B. einer Minu te) eingeschaltet. Mit dieser Anordnung wird die Zeitdauer, die von der Messung verlangt wird, offensichtlich, indem eine Aufzeichnung abgespielt wird, was wiederum die Auswertung der Messung erleichtert. Des weiteren bewirkt das Diagnosesystem für die Alzheimer Krankheit dieser Ausführungsform nicht, daß das Auge während einer langen Zeitdauer Licht ausgesetzt wird, und daher tritt eine beschädigte Hornhaut des Auges als Ergebnis einer zu langen Lichtaussetzung nicht auf. Merkliche Wirkungen werden insbesondere im Fall von Infrarotstrahlen erhalten.
• Obgleich die Pupillenfläche zum Zeitpunkt der Messung der Pupillengröße bei der vorliegenden Erfindung gemessen wird, kann es möglich sein, dem Pupillendurchmesser zu messen.
• Das Sperrfilter für sichtbares Licht ist vor der Vorderseite der Videokamera vorgesehen und Infrarotstrahlen werden als Bildaufnahmelicht bei den vorliegenden Ausführungsformen verwendet. Als Ergebnis tritt keine große Lichtmenge, die für die Messung unnötig ist, in die Videokamera ein, selbst wenn der Patient die Untersuchungsbrille abnimmt. Aus diesem Grund ist es möglich, den Pupillendurchmesser oder die Pupillenfläche genau zu messen.
• Bei dieser Ausführungsform wurde die Alzheimer Krankheit diagnostiziert, indem die Vergrößerung der Pupille beobachtet wird, die sich nach Ablauf von ungefähr dreißig Minuten ergibt, nachdem das Pupillenerweiterungsmittel in das Auge getropft worden ist. Jedoch ist es ursprünglich unmöglich, die Augen des von der Alzheimer Krankheit beeinträchtigen Patienten während einer langen Zeitdauer zu messen, was eine Ungenauigkeit ergibt.
• Um dieses Problem zu verhindern, ist ein Diagnosesystem für die Alzheimer Krankheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so konstruiert, daß es eine Diagnose ausführt, wobei auf die Tatsache geachtet wird, daß die Fläche der Pupille oder die Vergrößerung (Änderungsrate) des Pupillendurchmessers von Alzheimerpatienten ursprünglich beträchtlich groß ist, wie es aus einer in Fig. 6 gezeigten Darstellung offensichtlich ist. Insbesondere wird, wenn die Neigung einer Linie zwischen dem Ergebnis der ersten Messung (Erweiterungsrate) und dem Ergebnis der zweiten Messung (Erweiterungsrate), wie es in Fig. 5 gezeigt ist, oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist, die Diagnose der Alzheimer Krankheit erteilt. Dank der zweiten Ausführungsform wird es möglich, eine Messung schnell in einer kurzen Zeitdauer auszuführen, ohne den Patienten physisch zu belasten.
• Die Pupille wird während einer Mehrzahl vorbestimmter Zeitpunkte bei der vorliegenden Ausführungsform gemessen. Ein Mittelwert der Meßergebnisse wird berechnet, und die Neigung einer Linie zwischen den Messungen wird auf der Grundlage des Mittelwerts erhalten. Deshalb ist es möglich, einen sehr zuverlässigen Wert zu erhalten.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Auge dem Impuls von Bildaufnahmelicht ausgesetzt, und deshalb ist es möglich, die notwendige Lichtmenge zu erhalten, um das Auge zu photographieren, selbst in dem Fall einer kurzen Belichtungszeit. Aus diesem Grund wird, wenn sich das Auge während des Verlaufs der Messung bewegt, ein klares Pupillenbild erhalten, das die genaue Messung der Pupillengröße erlaubt.

Claims (3)

1. Ein Pupillen-Meßsystem zur Diagnose der Alzheimer Krankheit, das umfaßt:

eine Videokamera (1A, 1B), die so angeordnet ist, daß sie zu einem Auge des Patienten (22A, 22B) weist;

eine Beleuchtungseinrichtung (3A), um Impulse von Infrarotstrahlen auszustrahlen, um ein Bild durch die Videokamera in einem vorbestimmten Zyklus aufzunehmen;

eine Verarbeitungseinrichtung, um eine Digitalisierung auf ein Bildsignal anzuwenden, das von der Videokamera ausgegeben wird;

eine Bestimmungseinrichtung, um eine Größe, die sich auf die Pupille bezieht auf der Grundlage von Daten zu bestimmen, die durch die Verarbeitung des digitalisierten Bildsignals erhalten werden;

eine erste Steuereinrichtung, um die Bestimmungseinrichtung zu steuern, um die Größe, die sich auf die Pupille bezieht, zu mehreren Zeitpunkten während einer vorbestimmten Zeitdauer zu bestimmen; und

eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung, um einen Mittelwert einer vorbestimmten Anzahl der genannten Größen, die sich auf die Pupille beziehen, für die entsprechenden Zeitpunkte zu berechnen, die durch Steuerung der genannten Steuereinrichtung bestimmt worden sind, wobei

ein Sperrfilter (2A, 2B) für sichtbares Licht, das mit der Videokamera verbunden ist, vorgesehen ist; und

die genannte Größe, die sich auf die Pupille bezieht, die Pupillenfläche ist.

2. Ein Pupillen-Meßsystem, gemäß Anspruch 1, das des weiteren umfaßt:

eine zweite Steuereinrichtung, um die erste Steuereinrichtung und die Mittelwert- Berechnungseinrichtung zu steuern, um intermittierend und wiederholt einen Mittelwert der genannten Größen, die sich auf die Pupillenfläche beziehen, während einer vorbestimmten Wiederholungsanzahl zu erhalten,

eine Änderungsrate-Berechnungseinrichtung, um eine Änderungsrate der Pupillenfläche wiederum auf der Grundlage einer Mehrzahl der genannten Mittelwerte der genannten Größen zu berechnen, die sich auf die Pupillenfläche beziehen; und

eine Bestimmungseinrichtung, um zu bestimmen, ob der Patient auf der Grundlage der Änderungsrate der Pupillenfläche als von der Alzheimer Krankheit beeinträchtigt diagnostiziert wird oder nicht.

3. Ein Pupillen-Meßsystem gemäß Anspruch 1, das des weiteren umfaßt:

eine Anzeigeeinrichtung (18), um gleichzeitig ein Pupillenbild und eine Kurve anzuzeigen, die die Mittelwerte der genannten Größen angeben, die sich wiederum auf die Pupillenfläche beziehen.