DE19920158A1

DE19920158A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von Fluorophoren an Objekten, insbesondere am lebenden Augenhintergrund

Info

Publication number: DE19920158A1
Application number: DE19920158A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Schweitzer; Achim Kolb; Martin Hammer; Eike Thamm
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Heidelberg Engineering GmbH
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2000-11-02
Also published as: DE50013317D1; EP1048263A3; EP1048263B1; EP1048263A2; US6371615B1; ES2272212T3; ATE336197T1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung von Fluorophoren an Objekten, insbesondere am lebenden Augenhintergrund. Aufgabe ist es, die sich in Anregungs- und/oder Fluoreszenzspektren zumindest teilweise überlappenden Fluorophore von Objekten auch bei sehr geringen Fluoreszenzintensitäten sicher zu unterscheiden und für eine Auswertung mit der Möglichkeit einer zweidimensionalen Darstellung zu selektieren. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Objekt (4), beispielsweise der Augenhintergrund für ophthalmologische Untersuchungen, mit einem gepulsten Laser (1) punktförmig beleuchtet und mit zweidimensionaler Ausdehnung zur Autofluoreszenz angeregt. Das nach Anregung durch jeden Laserimpuls kurzzeitig entstehende Fluoreszenzlicht wird in zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung (11) detektiert. Aus dem durch die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung bestimmten zeitlichen Verhalten des Fluoreszenzlichtes für jeden Ort der Autofluoreszenz werden die Fluoreszenz-Abklingzeitkonstanten berechnet und aus diesen auf die im Objekt (4) angeregten Fluorophore geschlossen. Das Zeitregime für die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung (11) wird durch die detektierten Impulse des fluoreszenzanregenden Laserlichtes (1) sowie des am Objekt (4) entstehenden Fluoreszenzlichtes gesteuert. Die örtliche Zuordnung der Fluoreszenz bei mehrfacher scannender Anregung erfolgt über eine mit dem Scansystem synchronisierten Routing-Einheit (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung von Fluorophoren an Objekten, insbesondere am lebenden Augenhintergrund. Es ist bekannt, zur Analyse von Objekten, beispielsweise zur Bewertung des Stoffwechselzustandes von lebendem biologischen Gewebe, wie des Augenhintergrundes bei ophthalmologischen Untersuchungen, die natürliche Fluoreszenz der Objekte auszunutzen. Durch Fluoreszenzanregung dieser Objekte kann somit nichtinvasiv durch optische Auswertung der angeregten Autofluoreszenzen in biologischem Gewebe auf dessen Stoffwechselzustand geschlossen werden. Erforderlich ist eine mindestens zweidimensionale Angabe der Verteilung verschiedener Fluorophore im untersuchten biologischen Objekt.

Die Untersuchung des Gefäßsystems des Augenhintergrundes bei ophthal mologischen Untersuchungen mit Hilfe von Fluoreszenzmarkern, z. B. unter Verwendung von intravenös injiziertem Natrium-Fluoreszein (Quanten wirkungsgrad ca. 1) oder Indocyaningrün ist Stand in der klinischen Routine. Die Messung der Autofluoreszenz am Augenhintergrund ist nur mit einem sehr geringem Quantenwirkungsgrad möglich, wobei zusätzlich geringe Konzentrationen der Fluorophore vorliegen. Erschwerend kommt hinzu, daß zur Anregung der Autofluoreszenz die Grenzwerte für die maximal zulässige Lichtbelastung (American National Standard for Use of Lasers, ANSI 136, 1-1993) eingehalten werden müssen. In der US 4 569 345 wird vorgeschla gen, die Oxygenation der Retina durch die Messung der Autofluoreszenz bei 520 nm und 540 nm zu beurteilen, wobei die Anregung bei 450 nm erfolgt. Nachteilig ist, daß die Anregung bei 450 nm zu einer Absorption in der Augenlinse führt, wodurch die Linse zur Fluoreszenz angeregt wird. Aus den Messungen der Fluoreszenz bei 520 nm und bei 540 nm soll der Einfluß der Okularmedien, wie Linse, Kammerwasser, Hornhaut und Glaskörper, kompensiert werden. Da die Fluoreszenz der Augenlinse um ca. drei Größenordnungen intensiver als die Fluoreszenz am Augenhintergrund ist, ist es kaum möglich, auswertbare Fluoreszenzsignale vom Augenhintergrund in schmalen Wellenlängenbereichen zu erreichen und diese zur Kompensation des Einflusses der Okularmedien zu verwenden. Durch die Bestrahlung bei 450 nm werden auch Produkte der Lipidperoxidation zur Fluoreszenz angeregt, die ebenfalls eine meßbare Fluoreszenz bei 540 nm zeigen. Das bedeutet, daß die Einflüsse von Linsenfluoreszenz, von Flavoproteinen des Augenhintergrundes und von Produkten der Lipidperoxidation am Augen hintergrund selbst bei bekannten Fluoreszenzspektren der einzelnen Fluorophore nicht durch die Messung der Fluoreszenz bei zwei Wellenlängen getrennt bestimmt werden können.

In der US 4 213 678 ist das Prinzip zur konfokalen Abtastung des Augenhintergrundes mit einem Laser-Scanner-Ophthalmoskop angegeben. Nach diesem Prinzip werden Reflexionsbilder des Augenhintergrundes erhalten, nachdem ein kontinuierlich leuchtender Laserstrahl scannend den Augenhintergrund bestrahlt und das Reflexionslicht von einem Detektor registriert wird. Unter Verwendung von fluoreszierenden Markern (Natrium- Fluoreszein, ICG) kann mit dieser Technik eine Beurteilung des retinalen oder chorioidalen Gefäßsystems erfolgen. Es wurde weiterhin von v. Rückmann et al. (Br. J. Ophthalmol 1995; 79: 407-412) gezeigt, daß insbesondere bei altersentsprechender Makuladegeneration (AMD) eine Autofluoreszenz nachweisbar ist, wenn der Augenhintergrund mit Licht der Wellenlänge 488 nm angeregt und das gesamte Fluoreszenzlicht global oberhalb einer cut off Wellenlänge von 520 nm integral registriert wird. Durch die Überlagerung mehrerer Autofluoreszenzbilder wird das Signal- Rausch-Verhältnis verbessert.

Zur Charakterisierung vorwiegend des pathologischen Zustandes durch die Spektren der Autofluoreszenz spezifischer Fluorophore bei z. B. altersbeding ter Makuladegeneration (AMD) wurden verschiedene Prinzipien publiziert. Durch die Anregung eines verhältnismäßig großen Bereiches am Augenhintergrund und die Messung des Spektrums der Autofluoreszenz konnten Delori et al. (Invest Ophthalmol Vis Sci. 1995; 36: 718-729) zeigen, daß das Abbauprodukt der Lipidperoxidation, Lipofuszin, zu einem großen Teil die Autofluoreszenz bei AMD bestimmt.

Durch die Anwendung der Imaging Spektrometrie, bei der nach Anregung der Autofluoreszenz längs einer Linie simultan die Spektren der Autofluoreszenz aller angeregten Orte des Augenhintergrundes gemessen werden, wurde durch Schweitzer et al. (Invest Ophthalmol Vis Sci. 1998; 38: 387) nach Anregung in verschiedenen Wellenlängenbereichen gezeigt, daß mindestens für zwei Fluorophore am Augenhintergrund eine Autofluoreszenz anregbar ist. Während die kürzerwellige Autofluoreszenz bei Augengesunden stärker ausgeprägt ist, ergibt sich bei AMD ein langwellig stärker ausgeprägtes Fluoreszenzspektrum.

Das biologische Gewebe, speziell des Augenhintergrundes, besitzt die Eigenschaft, daß durch jede mögliche Bestrahlung im sichtbaren Spektralbereich mehrere Fluorophore angeregt werden, deren Fluoreszenzspektren einander überdecken. Dabei ist der Quantenwirkungs grad der natürlichen Fluorophore sehr klein. Da der Augenhintergrund die lichtempfindlichen Rezeptoren des Auges enthält, muß die Anregungs intensität so klein sein, daß jegliche Schädigung ausgeschlossen ist. Für eine klinische Anwendung der Autofluoreszenz zur Charakterisierung des Stoffwechselzustandes oder dessen Veränderung zu einem Zeitpunkt, bevor morphologische Veränderungen erkannt werden, ist des weiteren eine zweidimensionale Messung der Autofluoreszenz mit einer möglichst hohen Ortsauflösung erforderlich, die ebenfalls zu einer Verringerung des Fluoreszenzlichtes führt, das von jedem Ort nachweisbar ist. Je feiner die Ortsauflösung pro Meßpunkt ist, desto geringer ist die meßbare Fluoreszenzintensität. Besonders erschwerend für die Messung der Autofluoreszenz am Augenhintergrund ist die Tatsache, daß das Auge ein bewegliches Objekt ist, dem es nur eine begrenzte Zeit gelingt, ein Objekt zu fixieren. Als Konsequenz aus diesen besonderen Untersuchungsbedingungen ergibt sich, daß eine Trennung der am Augenhintergrund wirksamen Fluorophore durch die unterschiedlichen Fluoreszenzspektren infolge der überlappenden Fluoreszenzspektren und des schlechten Signal-Rausch- Verhältnisses, mit dem die Autofluoreszenz am Augenhintergrund meßbar ist, aus gegenwärtiger Sicht praktisch nicht realisiert werden kann.

Es besteht jedoch in der Fachwelt ein großes Interesse, gerade am Augenhintergrund die Autofluoreszenz unterschiedlicher Fluorophore zur Kennzeichnung des Stoffwechselstatus zweidimensional zu erfassen, was mit den bekannten Methoden und unter den besagten besonderen ophthalmologischen Bedingungen effektiv nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, sich in Anregungs- und/oder Fluoreszenzspektren zumindest teilweise überlappende Fluorophore von Objekten auch bei sehr geringen Fluoreszenzintensitäten sicher zu unterscheiden und für eine Auswertung mit der Möglichkeit einer zweidimensionalen Darstellung zu selektieren.

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Anordnung vorgeschlagen, mit dem bzw. der das Objekt, beispielsweise der Augenhintergrund für ophthalmologische Untersuchungen, mit gepulstem Laserlicht punktförmig beleuchtet und mit zweidimensionaler Ausdehnung zur Autofluoreszenz angeregt wird. Das nach Anregung durch jeden Laserimpuls kurzzeitig entstehende Fluoreszenzlicht wird in zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung detektiert. Aus dem durch die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung bestimmten zeitlichen Fluoreszenzverhalten für jeden Ort werden die Fluoreszenz-Zeitkonstanten berechnet. Da die Fluoreszenz-Zeitkonstante ein charakteristisches Merkmal für jedes Fluorophor ist, werden aus den Fluoreszenz-Zeitkonstanten auf die im Objekt angeregten Fluorophore geschlossen. Während nach dem bekannten Stand der Technik die Unterscheidung verschiedener Fluorophore, insbesondere des Augenhintergrundes, in einer ortsaufgelösten zweidimensionalen Darstellung auf Grund der überlappenden Fluoreszenzspektren und der extrem geringen Fluoreszenzintensität als Folge der Begrenzung der Anregungsstrahlungs leistung entsprechend den Sicherheitsvorschriften nicht erreicht werden kann, ist eine Unterscheidung der Fluorophore entsprechend ihrer unterschiedlicher Fluoreszenzabklingzeit möglich. Überraschenderweise ergab sich, daß die äußerst schwachen Fluoreszenzintensitäten, die vom Augenhintergrund meßbar sind, sehr gute Bedingungen für ein zeitkorreliertes Einzel photonenzählen darstellen. Die Technik des zeitkorrelierten Einzelphotonen zählens erfordert, daß durch einen Laser-Anregungsimpuls nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,1 ein Fluoreszenzphoton registriert wird. Die Folge der Anregungsimpulse muß hoch sein, damit ein auswertbares Abkling verhalten in einer entsprechend kurzen Zeit registriert werden kann. Das Zeitregime für die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung wird durch die detektierten Impulse des fluoreszenzanregenden Laserlichtes sowie des am Objekt entstehenden Fluoreszenzlichtes gesteuert. Aus den Registerinhalten von Zählern, in die das jeweils nach einem Anregungsimpuls detektierte Fluoreszenzphoton entsprechend der Verzögerungszeit zwischen Anregungs impuls und diesem eingelesen wird, werden für jeden Ort des Objektes die Abklingzeiten der durch die Impulsanregung kurzzeitigen Autofluoreszenz ermittelt, nach denen die Fluorophore unterschieden werden.

In den Unteransprüchen 2-9 und 11-17 sind vorteilhafte Ausführungen des im Hauptanspruch 1 genannten Verfahrens bzw. der Anordnung gemäß Haupt anspruch 9 aufgeführt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Figur zeigt den Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Auswertung von Fluorophoren an einem Augenhintergrund.

Die Strahlung eines gepulsten Lasers 1 mit einer Pulslänge von kleiner 0,5 ns und einer Folgefrequenz von ca. 80 MHz wird über einen teildurchlässigen Spiegel 2 in ein Laser-Scanner-Ophthalmoskop 3 eingekoppelt und beleuchtet den Hintergrund eines zu untersuchenden Patientenauges 4 punktweise durch Ablenkung des Laserstrahlimpulses in horizontaler und vertikaler Richtung. Zur Diskriminierung von Reflexlicht von den vorderen Augenmedien und zur Unterdrückung von Fluoreszenzlicht, das in den vorderen Augenmedien, insbesondere in der Augenlinse, angeregt wird, erfolgt eine geometrische Trennung von Beleuchtungsstrahlengang und Detektionsstrahlengang durch Aperturblendenteilung in der Aperturblendenebene des Patientenauges 4 (aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellt). Das vom Augenhintergrund des Patientenauges 4 reflektierte Licht erfährt beim erneuten Durchlauf durch das Laser Scanner Ophthalmoskop 3 ein Descannen und wird nach Ablenkung durch einen dichroitischen Spiegel 5 in bekannter Weise von einem Detektor 6 registriert, auf den der beleuchtete Ort des Augenhintergrundes konfokal abgebildet wurde. Über einen mit dem Laser- Scanner-Ophthalmoskop 3 synchronisierten Framegrabber 7 werden die Reflexionsbilder des Augenhintergrundes in einen Rechner 8 eingelesen. Die Strahlung des gepulsten Lasers 1 hat eine wählbare Wellenlänge, die im vorliegenden Beispiel kurzwelliger als 520 nm gewählt wird. Mit dieser Strahlung werden Fluorophore des Augenhintergrundes zu einer kurzzeitigen Fluoreszenz angeregt. Das Fluoreszenzlicht erfährt ebenfalls durch das Laser- Scanner-Ophthalmoskop 3 ein Descannen und trifft auf den dichroitischen Spiegel 5, dessen Eigenschaften so gewählt sind, daß Licht im Wellenlängen bereich größer als 520 nm durch den Spiegel 5 transmittiert, während das kurzwelligere Anregungslicht für die Fluoreszenz am Spiegel 5 reflektiert wird. Die Trennung von Fluoreszenzlicht und Reflexionslicht am dichroi tischen Spiegel 5 kann auch so gewählt werden, daß das Fluoreszenzlicht an diesem reflektiert wird, während das vom Patientenauge 4 reflektierte Licht durch diesen transmittiert. Das Fluoreszenzlicht tritt anschließend durch einen Sperrfilter 9, der dasjenige Anregungslicht, welches durch den dichroitischen Spiegel 5 ungenügend gesperrt sein sollte, sowie ggf. geräteinternes Streulicht vollständig blockt. Das Fluoreszenzlicht wird von einem hochempfindlichen Fluoreszenzdetektor 10 registriert, der an eine Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung angeschlossen ist.

Beim zeitkorrelierten Einzelphotonenzählen wird im Normalbetrieb durch jeden Anregungsimpuls ein Zeitvorgang gestartet, der durch das registrierte einzelne Fluoreszenzphoton gestoppt wird. Der gesamte Zeitvorgang ist in Abschnitte unterteilt, denen entsprechend der gemessenen Verzögerungszeit zwischen Anregungsimpuls und Fluoreszenzphoton einzelne Register zugeordnet sind, die nacheinander für jedes registrierte Fluoreszenzphoton um eins höhergezählt werden. Nachdem eine Folge von Anregungsimpulsen auf den Augenhintergrund getroffen ist, repräsentieren die Inhalte der einzelnen Zähler der Einheit 11 das zeitliche Abklingverhalten des pulsförmig angeregten Fluoreszenzlichtes an einem Ort. Im Rechner 8 werden aus dem zeitlichen Abklingverhalten der Fluoreszenz die Zeitkonstanten (decay time) des zeitlichen Fluoreszenzverhaltens bestimmt. Anhand dieser Zeitkonstanten der Fluoreszenz werden Fluorophore und deren Konzentration unterschieden. Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Unterscheidung der Fluorophore nach dem Abklingverhalten des Fluoreszenzlichtes besteht darin, daß die Auswertung unabhängig von der Fluoreszenzintensität und damit auch für beispielsweise in der Ophthalmologie auftretende sehr geringe Fluoreszenzintensitäten anwendbar ist. Die auf diese Weise im Fluoreszenzbild des Augenhintergrundes des Patientenauges 4 unter scheidungsfähigen Fluorophore werden im Rechner 8 aus den bekannten Zuordnungen zwischen Abklingzeitkonstante und Fluorophor bei bekannter Anregungswellenlänge bestimmt.

Um die vom Augenhintergrund registrierte Fluoreszenz entsprechend dem zeitkorrelierten Einzelphotonenzählen nachweisen zu können, erfolgt eine Zeitsynchronisation zwischen dem gepulsten Lasers 1 und der Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung. Dazu wird ein Teil des Laser- Anregungspulses durch den teildurchlässigen Spiegel 2 ausgespiegelt und von einem schnellen Detektor 12 (Anregungsdetektor) registriert. Dessen Ausgangssignal startet den Zeitprozeß der Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung. Unter Beachtung der maximal zulässigen Exposition, der Transmission der optischen Anordnung, sowie des Quantenwirkungs grades für die Anregung von Fluoreszenzlicht am Augenhintergrund und des Detektorquantenwirkungsgrades stoppt das mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 0,1 entstehende Ausgangssignal des Fluoreszenzdetektors 10 den Zeit prozeß der Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung. Die funktionelle Wirkung von Anregungsimpuls und detektiertem Fluoreszenz photon für die Erzeugung von Start und Stopp Signal im Zeitprozeß kann prinzipiell auch umgekehrt vorgenommen werden (reversed mode), so daß das Fluoreszenzphoton den Zeitprozeß startet und der nächste Laserimpuls zur Fluoreszenzanregung des Augenhintergrundes den Zeitprozeß beendet.

Die Fluoreszenz am Patientenauge 4 wird bei stetigem Abscannen des Augenhintergrundes gleichzeitig mit einer hohen Folge von Laserimpulsen (im vorliegenden Beispiel eine Pulsfrequenz von 80 MHz) angeregt. Da das Autofluoreszenzsignal sehr schwach ist, muß eine Integration über einen gewissen Zeitbereich vorgenommen werden, was infolge der Scanbewegung des Anregungsstrahles dazu führt, daß ein bestimmter Bereich am Augen hintergrund überstrichen wird, um eine zeitaufgelöste Fluoreszenz zu erhalten. Die Konsequenz ist, daß die örtliche Auflösung für die zweidimensionale Darstellung der zeitaufgelösten Fluoreszenz mit ca. 50 µm etwas geringer ist, als im parallel registrierten Reflexionsbild. Um eine Zuordnung der gemessenen Fluoreszenzabklingkurven zum jeweiligen Abtastort der zweidimensionalen Abtastung zu gewährleisten, ist der Scann- bzw. Descannvorgang im Laser-Scanner-Ophthalmoskop 3 über einen Router 13 mit der Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung synchronisiert. Mit dem Router 13 wird durch die Größe eines Zeitfensters die örtliche Auflösung festgelegt, mit der eine Zuordnung der gemessenen Fluoreszenzphotonen zu der Fluoreszenzabklingkurve eines Punktes während des kontinuierlichen Überstreichens des Augenhintergrundes mit dem scannenden Anregungslaserstrahl erfolgt.

In der Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung wird für jeden abgetasteten Bildpunkt des Augenhintergrundes die Abklingkurve der Autofluoreszenz als Registerinhalt gespeichert und steht somit zur Bestimmung der Fluoreszenzabklingzeit für jeden Bildpunkt, die im Rechners 8 durchgeführt wird, zur Verfügung. In einer zweidimensionalen Darstellung auf einem an den Rechner 8 angeschlossenen Monitor 14 wird das durch Grauwerte oder Falschfarben codierte Bild der berechneten Abklingzeiten, in dem vorteilhafterweise jeweils Bereiche gleicher Abklingzeit farblich markiert sein können, mit dem Reflexionsbild zur besseren klinischen Interpretation überlagert. Bei der Entflechtung der zeitlichen Verläufe der Fluoreszenz werden sowohl die Abklingzeitkonstan ten, welche der Art der Fluorophore entsprechen, als auch die Vorfaktoren bestimmt, welche die Konzentrationen der Fluorophore repräsentieren. Die Informationen über die Art der Fluorophore und über deren Konzentration können in getrennten Bildern oder in einem Bild komprimiert dargestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die unterschiedlichen Fluorophore in ihren zugehörigen Bereichen durch Farben zu charakterisieren, deren Sättigung der Konzentration entspricht. Aus der additiven Mischung der Farben, die jeweils einer mit bestimmter Konzentration vorhandener fluoreszierender Komponente entsprechen, kann eine Mischfarbe berechnet werden, die dem Konzentrationsverhältnis der Fluorophore entspricht. Die zweidimensionale Verteilung der Fluorophore kann anstelle des Monitors 14 oder zusätzlich zu diesem auch auf einem Drucker ausgegeben werden. Für eine effektive Berechnung und Beurteilung von zweidimensionalen Bildern nach der Fluoreszenzabklingzeit werden weiterhin der zeitliche Abfall der Fluoreszenz auch bei mehreren fluoreszierenden Komponenten durch einen monoexponentiellen Abfall approximiert und die dabei berechnete effektive Abklingzeit zur Auswertung herangezogen.

Sowohl vor dem Detektor 6 für das Reflexionslicht, als auch vor dem Fluoreszenzdetektor 10 können zweckmäßigerweise in der Zeichnung nicht dargestellte veränderbare Feldblenden angeordnet sein, welche die konfokale Registrierung zum Anregungsstrahl in verschiedenen Tiefen des Augenhintergrundes für das Reflexions- bzw. für das Fluoreszenzlicht ermöglichen.

Durch Summation der Inhalte aller Register der Einheit 11 zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung für das zeitabhängige Fluoreszenzverhalten jedes abgetasteten Punktes am Augenhintergrund kann ein Bild der integralen Fluoreszenzintensität angegeben werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

gepulster Laser

2

teildurchlässiger Spiegel

3

Laser-Scanner-Ophthalmoskop

4

Patientenauge

5

dichroitischer Spiegel

6

Detektor für Reflexionslicht

7

Framegrabber

8

Rechner

9

Sperrfilter

10

Fluoreszenzdetektor

11

Einheit zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung

12

Detektor

13

Router

14

Monitor

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von Fluorophoren an Objekten, insbesondere am lebenden Augenhintergrund, bei dem das Objekt durch Laserlicht punktförmig beleuchtet sowie zur Fluoreszenz angeregt und das entstehende Fluoreszenzlicht zur Auswertung abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt durch pulsförmiges Laserlicht beleuchtet und zur Fluoreszenz angeregt wird, daß das nach pulsförmiger Anregung entstehende Fluoreszenzlicht in zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung detektiert wird, daß aus dem durch die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung bestimmten zeitlichen Fluoreszenzverhalten die Fluoreszenzabklingzeiten bestimmt werden und daß aus den ermittelten Fluoreszenzabklingzeiten auf die im Objekt zur Fluoreszenz angeregten Fluorophore geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt durch Laserimpulse mit einer Impulsdauer möglichst kürzer als 0,5 ns, mit einer Folgefrequenz von ca. 80 MHz und mit einer Wellenlänge kleiner als 520 nm beleuchtet und zur Fluoreszenz angeregt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Fluoreszenzabklingzeiten und/oder die nach ihrer Fluoreszenzabklingzeit bestimmten Fluorophore zweidimensional in einem Fluoreszenzbild des Objektes dargestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den zu unterscheidenden Fluorophoren zugehörigen Bereiche im Fluoreszenzbild des Objektes jeweils verschiedenfarbig dargestellt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitkorre lierte Einzelphotonenzählung jeweils durch die detektierten Impulse des Laserlichtes gestartet und durch die detektierten Impulse des Fluoreszenz lichtes gestoppt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitkorre lierte Einzelphotonenzählung jeweils durch die detektierten Impulse des Fluoreszenzlichtes gestartet und durch die detektierten Impulse des Laserlichtes gestoppt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der unter zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung erfolgenden Detektion des puls förmig angeregten Fluoreszenzlichtes vom Objekt gleichzeitig das Re flexionslicht des Objektes ausgewertet und aus diesem ein Reflexionsbild bestimmt wird, welches dem unter zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung erhaltenen Fluoreszenzbild des Objektes überlagert bzw. gegenübergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur unabhängi gen Detektion von Fluoreszenz- und Reflexionslicht des Objektes beide Lichtanteile voneinander getrennt werden und daß weiterhin das Fluoreszenzlicht für den Spektralbereich des Reflexionslichtes und ggf. von Streulicht geblockt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Zuordnung der zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung mit der zweidimen sionalen Fluoreszenzanregung des Objektes synchronisiert wird.

10. Anordnung zur Bestimmung von Fluorophoren an Objekten, insbesondere am lebenden Augenhintergrund, bestehend aus einem Laser und einem Laser- Scanner-System zur punktförmigen Beleuchtung und zweidimensionalen Fluoreszenzanregung des Objektes sowie zum Descannen des durch die Fluoreszenzanregung am Objekt entstehenden Fluoreszenzlichtes, dadurch gekennzeichnet, daß ein gepulster Laser (1) zur Beleuchtung und Fluoreszenzanregung des Objektes (4) vorgesehen ist, daß der Ausgang des Laser-Scanner-Systems (3), an dem das ortsaufgelöst erfaßte pulsförmig angeregte Fluoreszenzlicht des Objektes (4) austritt, über einen Fluoreszenz detektor (10) mit einer Einheit (11) zur zeitkorrelierten Einzelphotonen zählung in Verbindung steht und daß der Ausgang der Einheit (11) zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung an einen Rechner (8) mit einer Ausgabeeinheit (14) zur Berechnung der jeweiligen Fluoreszenzabklingzeiten des pulsförmig angeregten Fluoreszenzlichtes angeschlossen ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gepulste Laser (1) über strahlführende Mittel (2) und einen Detektor (12) mit einem Zeitsteuereingang der Einheit (11) zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung in Verbindung steht.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Laser-Scanner-Systems (3), an dem das ortsaufgelöst erfaßte pulsförmig angeregte Fluoreszenzlicht des Objektes (4) austritt, über einen dichroitischen Spiegel (5) mit dem an die Einheit (11) zur zeitkorrelierten Einzelphotonen zählung angeschlossenen Fluoreszenzdetektor (10) in Verbindung steht.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fluores zenzdetektor (10) ein Sperrfilter (9) zur Blockung des Spektralbereiches des Reflexionslichtes vom Objekt (4) und von eventuell auftretendem Streulicht vorgeschaltet ist.

14. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser- Scanner-System (3) zum Zweck einer Synchronisation des zeitabhängigen Zählvorgangs der Fluoreszenzphotonen mit der örtlich zweidimensionalen Fluoreszenzanregung des Objektes (4) über einen Router (13) mit einem Steuereingang der Einheit (11) zur zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung gekoppelt ist.

15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des vom dichroitischen Spiegel (5) ausgeblendeten Reflexions lichtes des Objektes (4) ein Detektor (6) für das reflektierte Licht angeordnet ist, der zur Erfassung eines Reflexionsbildes vom Objekt (4) über einen Framegrabber (7) ebenfalls mit dem Rechner (8) in Verbindung steht.

16. Anordnung nach Ansprüchen 10 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein visuelles oder archivierendes Ausgabegerät, beispielsweise ein Monitor (14), zur Ausgabe der erfaßten Fluoreszenz- und Reflexionsbilder vorgesehen ist.

17. Anordnung nach Ansprüchen 10 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Fluoreszenzdetektor 10 und/oder dem Detektor 6 für reflektiertes Licht veränderbare Feldblenden zur Detektion des Fluoreszenz- und/oder des Reflexionslichtes aus unterschiedlichen Ebenen des Augenhintergrundes angeordnet sind.