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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen
vaskulärer
Impedanz.
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Die
Komplikationen bei kardiovaskulärer
Erkrankung stellen den Hauptgrund für pathologische und tödliche Fälle in der
westlichen Welt dar. Derzeit sind diagnostische Verfahrensweisen
ausgeführt,
um das Ausmaß und
die Schwere von Beschädigungen der
Blutgefäße beim
Vorhandensein von Symptomen oder bei dem Auftreten vaskulärer Fälle zu beurteilen.
Die diagnostische Herausforderung liegt darin, eine abnorme Struktur
und Funktion im vaskulären System
in einer frühen,
präklinischen
Stufe zu erkennen. Die Fähigkeit,
subklinische arterielle Beschädigungen
zu erkennen und zu überwachen,
hat das Potential, kardiovaskuläre
Risikoschichtung neu zu definieren und ein frühes Eingreifen zu ermöglichen,
um ein Fortschreiten der Krankheit zu verhindern oder abzuschwächen.
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Traditionell
wurde die arterielle Zirkulation als ein System stetigen Flusses
betrachtet, das gekennzeichnet ist durch mittleren arteriellen Druck, welcher
das Produkt der Herzleistung und des totalen peripheren Widerstands
darstellt.
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Die
pulsatile Komponente des Drucks wird durch das Muster des linksventrikulären Ausstoßes und
des Schlagvolumens festgelegt. In vorhergehenden hämodynamischen
Studien wurden die Compliance-Charakteristika
der arteriellen Zirkulation weitgehend ignoriert.
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Die
Bedeutung der Beurteilung der Unversehrtheit der arteriellen Wand
wurde durch Studien hervorgehoben, welche demonstrierten, dass eine Reduzierung
der pulsatilen Funktion oder der Compliance-Charakteristika großer Arterien
für zukünftige kardiovaskuläre Fälle einen
mächtigen
unabhängigen
Risikofaktor darstellt. Hinweise deuten zunehmend darauf hin, dass
Abnormalitäten
bei den pulsatilen Charakteristika von Arterien in Krankheitsverläufen, welche
mit erhöhtem
kardiovaskulärem
Risiko assoziiert werden, früh
auftreten. Bedeutend ist, dass eine beeinträchtigte pulsatile arterielle
Funktion bei Patienten mit verschiedenen Krankheitszuständen, einschließlich koronarer
Herzkrankheit, dekompensierter Herzinsuffizienz, Hypertonie und
Diabetes mellitus als unabhängiger
Risikoprädiktor
für vaskuläre Fälle anerkannt
wird.
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Studien,
welche das Ergebnis auf Abnormalitäten bei pulsatilen Funktionen
beziehen, waren auf große
Arterien fokussiert, obwohl die Analyse von arteriellen Druckpulswellenformen
darauf hindeutet, dass die frühesten
Abnormalitäten
bei der arteriellen Struktur und Funktion in der Mikrozirkulation
vorliegen.
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Die
Studie dieses Abschnitts des Gefäßsystems
wurde durch den Mangel an einer nicht-invasiven, reproduzierbaren
und wiederholbaren Technik, welche die Compliance-Charakteristika
oder die pulsatile Funktion kleiner Arterien und Arteriolen beurteilen
kann, behindert.
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Physiologisch
wird die Impedanzlast oder die Flussgegenkraft, welche durch die
Zirkulation aufgezeigt werden, durch das Analysieren der modifizierten
Druck-/Flussbeziehungen und der Parameter der Pulskontur, welche
durch die Auswirkungen der Krankheit auf die strukturellen und funktionellen Komponenten
des arteriellen Systems produziert werden, invasiv gemessen. Die
Eingangsimpedanz bringt gleichzeitig aufgenommene Wellenformen des Drucks
und des Flusses unter spezifischen mathematischen Bedingungen in
Bezug. Die hämodynamischen
Eigenschaften des Systems können
quantifiziert werden, da das Impedanzkonzept erlaubt, dass das Herz
und die Arterien getrennt betrachtet werden und ihre Wechselwirkung
als eine Funktion von Pump- und Lasteigenschaften verstanden wird.
Da Druck- und Flusswellen periodisch und kontinuierlich sind, können Verfahren
der Fourier-Reihen verwendet werden, um die Impedanzfunktion zu
erzeugen. Der Modul an jeder Oberschwingung in den Fourier-Reihen
ist das Verhältnis
des Druckmoduls zu dem Flussmodul an dieser Oberschwingung und die Phase
an jeder Oberschwingung ist der Unterschied zwischen der Druckphase
und der Flussphase an derselben Oberschwingung. Da sich die Impedanz einer
Gefäßbahn mit
der Frequenz ändert,
nimmt die ganze Spezifizierung der pulsatilen Druck- und Flussbeziehungen
die Form des Spektrums der Modul- und Phasenwinkel gegenüber Frequenz5 an.
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Charakteristische
Impedanz (die Umkehrfunktion der arteriellen Compliance) definiert
die Beziehung zwischen dem Druck und dem Fluss in einer Arterie
oder einem arteriellen Netz, wenn die Druck- und Flusswellen nicht
durch Wellenreflexion beeinflusst werden. Diese Bedingungen existieren
in dem arteriellen System nicht und die Werte der Eingangsimpedanz
oszillieren aufgrund der Wellenreflexion um den Wert der charakteristischen
Impedanz. Wellenreflexionen sind dafür bekannt, dass sie bei geringen
Frequenzen ihren größten Einfluss
auf die Impedanzmoduln ausüben.
Bei höheren
Frequenzen nähert
sich die Eingangsimpedanz der charakteristischen Impedanz, welche
in vorherigen hämodynamischen
Studien als das arithmetische Mittel der Eingangsimpedanzmoduln über 2–4 Hr geschätzt wurde.
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Auf
dem Stand der Technik sind detaillierte Studien über arteriellen Druck und Fluss
lediglich durch die Verwendung invasiver Techniken möglich. Derartige
Techniken können
aufgrund der durch diese Techniken aufgeworfenen Gesundheitsgefahren nicht
verwendet werden, um Veränderungen
des Blutkreislaufs eines Patienten im Zeitablauf zu überwachen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur
Messung vaskulärer
Impedanz der okularen Mikrozirkulation in vivo bereitgestellt, wobei
die Vorrichtung ein intraokulares Druckmessmittel, mit dem eine
Druckpulswellenform kalkulierbar ist, und ein Blutgeschwindigkeitsprofilmessmittel
zum Messen der Wellenform der linearen Blutflussgeschwindigkeit
in der retrobulbären
Zirkulation, ein Mittel zum Kalkulieren eines vaskulären Impedanzmoduls
aus der Druckpulswellenform und der linearen Blutflussgeschwindigkeit
als eine Frequenzfunktion beinhaltet.
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Vorzugsweise
ist das intra-okulare Druckmessmittel zum Messen des maximalen und
minimalen Druckwerts des Pulsprofils zum Kalkulieren eines mittleren
intra-okularen Drucks geeignet.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung zum Messen, wie sich die Druckpulswellenform
und die lineare Blutflussgeschwindigkeit über die Zeitspanne eines Atmungszyklus ändern, geeignet.
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Vorzugsweise
berücksichtigt
das Mittel zum Kalkulieren des vaskulären Impedanzmoduls
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Vorzugsweise
wird zum Messen des intra-okularen Drucks ein Festkörperwandler
verwendet.
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Vorzugsweise
funktioniert der Festkörperwandler
zum Verarbeiten der Daten in Verbindung mit einem geeigneten Telemetriesystem.
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Wahlweise
wird zum Messen des intra-okularen Drucks ein okulares Pneumotonometer
verwendet.
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Vorzugsweise
ist das Blutgeschwindigkeitsprofilmessmittel ein Ultraschallgerät.
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Vorzugsweise
ist das Ultraschallgerät
ein Doppler-Ultraschall-Bildgenerator.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Vorrichtung zum Produzieren von Bewegtbildern einer
Arterie ferner ein Filmerzeugungsmittel.
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Vorzugsweise
können
die Bewegtbilder verwendet werden, um sicherzustellen, dass ein
Benutzer der Vorrichtung die Lage einer Arterie genau bestimmen
kann.
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Vorzugsweise
werden die Veränderung
der pulsatilen intra-okularen Druckwellenform und der linearen Blutflussgeschwindigkeit
aufeinanderfolgend gemessen.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Mittel zum Kalkulieren des vaskulären Impedanzmoduls das Erhalten
der Fourier-Transformation der intra-okularen Druckpulswellenform und der
linearen Blutflussgeschwindigkeit und das Unterteilen der transformierten
Werte der pulsatilen Veränderung
des intra-okularen Druckpulses durch die transformierte retrobulbäre Blutflussgeschwindigkeit.
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Vorzugsweise
weist die pulsatile Veränderung
des intra-okularen Drucks eine damit assoziierte Phase auf.
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Vorzugsweise
weist die intra-okulare Blutgeschwindigkeit eine damit assoziierte
Phase auf.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Messung vaskulärer
Impedanz der okularen Mikrozirkulation in vivo bereitgestellt, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Messen der intra-okularen
Druckpulswellenform des okularen Netzes;
Messen der Wellenform
der linearen Blutflussgeschwindigkeit in der retrobulbären Zirkulation;
und
Kalkulieren eines vaskulären Impedanzmoduls aus der
intra-okularen Druckpulswellenform und der Wellenform der linearen
Blutflussgeschwindigkeit als eine Frequenzfunktion.
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Vorzugsweise
werden die Druckpulswellenform und die lineare Blutflussgeschwindigkeit über die
Zeitspanne eines Atmungszyklus gemessen und ihre Änderung
damit wird gemessen.
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Vorzugsweise
werden die Änderungen
bei der Kalkulation des vaskulären
Impedanzmoduls verwendet.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Verfahren ferner die Schritte des Aufnehmens von
Bewegtbildern einer Arterie.
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Vorzugsweise
werden die Bewegtbilder zur genauen Bestimmung der Lage einer Arterie
verwendet.
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Vorzugsweise
werden die Veränderung
der pulsatilen intra-okularen Druckwellenform und der linearen Blutflussgeschwindigkeit
aufeinanderfolgend gemessen.
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Vorzugsweise
beinhaltet der Schritt des Kalkulieren des vaskulären Impedanzmoduls
die folgenden Schritte: Erhalten der Fourier-Transformation der intra-okularen Druckpulswellenform
und der linearen Blutflussgeschwindigkeit und Unterteilen der transformierten
Werte der pulsatilen Veränderung
des intra-okularen Druckpulses durch die transformierte retrobulbäre Blutflussgeschwindigkeit.
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Die
Erfindung wird nun lediglich mittels Beispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 ein
Schaubild eines Auges mit einem Mittel zum Messen des intra-okularen Drucks unter Verwendung
des Prinzips der Applanationstonometrie an der Vorderseite des Auges
ist.
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2 ein
Schaubild eines Auges mit einem Mittel zum Messen der linearen Flussgeschwindigkeit
durch Abfragen der retrobulbären
Zirkulation von der Vorderseite des Auges ist;
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3 eine
graphische Darstellung des periodischen Drucksignals, wie unter
Verwendung der vorliegenden Erfindung gemessen, aufgetragen gegen
die Zeit ist;
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4 eine
graphische Darstellung des periodischen Geschwindigkeitssignals
wie, unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gemessen, aufgetragen
gegen die Zeit ist;
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5 eine
graphische Darstellung des Impedanzmoduls aufgetragen gegen die
Frequenz ist; und
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6 eine
graphische Darstellung der Phase aufgetragen gegen die Frequenz
ist.
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1 und 2 zeigen
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 und 2 sind
Schaubilder, die einige Merkmale des menschlichen Auges 1 zeigen.
Diese umfassen den Sehnerv 3, die Augenschlagader 5,
einen Blutbolus, der in der Augenschlagader 5, welche außerhalb
des okularen vaskulären
Netzes 9 positioniert ist, enthalten ist. Die Vene 11 ist
ebenfalls gezeigt.
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1 zeigt
zudem das Mittel 13 zum Messen des intra-okularen Drucks,
welches in diesem Beispiel durch ein Tonometersystem abgeflacht
an der Kornea 23 bereitgestellt wird.
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2 zeigt
ein Mittel zum Messen der linearen Blutflussgeschwindigkeit in der
retrobulbären
Zirkulation 17, welches mit der Vorderseite des Auges verbunden
ist. Dies ist ein Ultraschallgerät,
das auf das Augenlid 19 platziert wird, wobei das Augenlid 19 mit
einem Gel 21 bedeckt ist, um sicherzustellen, dass das
Ultraschallgerät
richtig an das Auge 1 gekoppelt wird. Dieses Gerät misst
die lineare Geschwindigkeit des Blutbolus 7 in der Augenschlagader 5.
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Das
verwendete Tonometersystem 13 kann eine kontinuierliche
Luftflusspneumotonometrie (zum Beispiel unter Verwendung eines Luftflusspneumotonometers
wie von Paradigm Medical Industries bereitgestellt) einsetzen oder
kann einen Festkörperwandler
(zum Beispiel wie von Smart Lens DCT geliefert) zusammen mit einem
geeigneten Telemetriesystem verwenden, um die erkannten Daten zu
verarbeiten. Es wurde entdeckt, dass die arterielle Funktion einen
signifikanten Dynamikbereich von ungefähr 0–12 Hz aufweist, und folglich
hängt die
Wahl eines pneumatischen gegenüber
einem Festkörperwandlersystem
von einem geeigneten Dynamikbereich, welcher von dem bestimmten
verwendeten Tonometergerät
bereitgestellt wird, ab. Eine Sonde 15 wird flach auf die
Kornea 23 gedrückt,
um den intra-okularen Druck zu messen.
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Das
Tonometergerät 13 nimmt
Proben bei 200 Hz mit einer Auflösung
von 0,01 mmHg und die Signale werden über eine Zeitspanne von 20
Sekunden erfasst. Pulsatile Änderung
des intra-okularen Drucks resultiert aus Druckoszillationen, die
durch Herzkontraktion, welche den Distensionsdruck in den Gefäßwänden modifiziert,
erzeugt werden. Compliance einer Arterie oder einer gesamten arteriellen Bahn
beschreibt die Fähigkeit,
einen sich ändernde Menge
an Blut zu speichern. Veränderungen
des Volumens innerhalb der okularen vaskulären Gefäßbahn produzieren eine gleichgroße Veränderung
des Volumens. Die pulsatilen okularen Wellenformen werden nach der
Verabreichung von Tropfen von 0,4 %-Oxybuprocain zur Betäubung der
Kornea aufgenommen.
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Die Änderung
des intra-okularen Druckes als eine Funktion der Zeit reflektiert
die Einführung
des Blutbolus 7 in das okulare vaskuläre Netz 9. Das okulare
vaskuläre
Netz 9 weitet sich, um das zusätzliche Blutvolumen unterzubringen.
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Da
die intra-okularen Flüssigkeiten
inkompressibel sind, hängt
die intraokulare Druckreaktion auf die Volumenveränderung
von den viskoelastischen Eigenschaften des Gefäßnetzes und der okularen Rigidität ab. Die
mechanischen Eigenschaften und die Distensionsdrücke ändern sich an unterschiedlichen
Stellen im okularen vaskulären
Netz 9, und es ist die Gesamtauswirkung dieser Einflüsse, welche
die Morphologie der intra-okularen Druckwellenform festlegt. Während sich
die Rigidität
der Augenhülle
unter Individuen ändern
kann, wird die Halbwertszeit von Kollagen- und Elastinkomponenten
in Jahren gemessen. Folglich würde
nicht erwartet werden, dass sich die Charakteristika dieser Randstrukturen
bei einem Individuum über
eine Zeitspanne von Wochen oder Monaten signifikant verändern. Demnach
spiegeln Veränderungen,
welche bei der intra-okularen Druckpulswellenform aufgenommen werden,
eine Modifikation der viskoelastischen Eigenschaften der okularen
Mikrozirkulationsbahn wider.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet bei ihrer Analyse die direkt aufgenommene
Veränderung des
intra-okularen Drucks und nicht die Messungen der erzeugten Flussleistung
von dem Gerät,
welche die Druckveränderung
mit der Volumenveränderung innerhalb
des Auges in Bezug bringen. Die Pulsatilität des intra-okularen Drucks
hängt von
dem pulsatilen Einströmen
und der pulsatilen Distension der Gefäße ab, welche sich auf die
viskoelastischen Eigenschaften der okularen Zirkulation bezieht.
Sklerale Rigidität
kann die Frequenz der Druckschwankungen einschränken, verursacht jedoch keine
Druckänderung.
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Bei
dem in 2 gezeigten Beispiel wird ein Farb-Doppler-Ultraschall-Bildgenerator 17 verwendet,
um die Wellenform der Blutgeschwindigkeit in der retrobulbären okularen
Zirkulation zu untersuchen. Der Ultraschall-Bildgenerator kann geeigneterweise ein
Phillips ATL HDI3500 Ultraschallapparat sein.
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Die
passenden Blutgefäße müssen dann
lokalisiert und bestimmt werden. Eine Möglichkeit dies zu tun ist der
Einsatz von paralleler B-Scan- und Doppler-Bilderzeugung. Es gibt
jedoch eine Anzahl an praktischen Schwierigkeiten, die beseitigt
werden müssen,
wenn dies durchgeführt
wird. Erstens ist die Orbita dreidimensional, aber unter Verwendung
des Ultraschallapparats ist lediglich ein Ansehen in zwei Dimensionen
möglich.
Des Weiteren ist die Augenschlagader gewunden und weist viele Verzweigungen
auf und somit ist es schwierig, eine klare Sicht zu bekommen und
für den
Bediener, genau zu wissen, wohin er schaut. Unter Individuen bestehen
zudem große
anatomische Variationen der Position und der Verzweigungsnatur der
Augenschlagader.
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Diese
Probleme wurden durch das Aufnehmen von Echtzeit-Farbfilmen angegangen,
wenn anfangs die Arterie bei einer Versuchsperson untersucht wird.
Sie werden dann mit ,Cineloop Review’ zurückgespult und, in Verbindung
mit Tiefenmessungen, verwendet, damit sieh der Bediener zu der ursprünglichen
Aufnahmestelle zurückorientieren kann.
Zuvor aufgenommene Wellenformen der Geschwindigkeit verifizieren
schließlich
die dimensionale und morphologische Echtheit der angesehenen Wellenformen.
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Der
Strahl des Ultraschall-Bildgenerators kann unter Verwendung eines
passenden Software-Algorithmus fokussiert werden.
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Das
durch den Bildgenerator 17 definierte Probenvolumen wird über ein
Gefäß von Belang,
in diesem Fall dem Blutbolus 7, platziert und die empfangenen
Frequenzverschiebungen werden in einer spektralen Wellenform gesammelt.
Die spektrale Wellenform stellt die gegenwärtigen kumulativen Frequenzverschiebungen
dar und kann als eine Wellenform der Zeitgeschwindigkeit angezeigt
werden.
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Im
Einsatz werden alternative Messungen der arteriellen Pulswellenform
und des Blutgeschwindigkeitsprofils genommen.
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Die
Gestalt der Wellenform des linearen Geschwindigkeitsflusses, welche
in der retrobulbären Zirkulation
aufgenommen wird, wird durch Veränderungen
der gesamten Querschnittsfläche
des okularen vaskulären
Netzes festgelegt und ist entscheidend von diesen abhängig.
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Ebenso
wie der Druck ändert
sich auch der Fluss an unterschiedlichen Stellen in dem okularen vaskulären Netz 9 und
die Morphologie der Wellenform der Geschwindigkeit spiegelt daher
den Zustand des gesamten okularen vaskulären Netzes 9 wider.
Im Wesentlichen spiegeln die Wellenform der Flussgeschwindigkeit,
welche von der retrobulbären Zirkulation
stammt, und die intra-okulare Druckwellenform die Gesamtsumme der
verschiedenen Veränderungen
des Durchmessers und des Drucks überall
in der okularen vaskulären
Gefäßbahn wider.
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Im
Zeitablauf gemessen können
Veränderungen
der Wellenform des linearen Flusses Informationen über Veränderungen
bei der Fähigkeit
des okularen vaskulären
Netzes, sich während
des Herzzyklus zu weiten, bereitstellen. Solche Informationen können zu
einer frühen
Diagnose und anschließenden
frühen
Behandlung der Krankheit führen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet beim Kalkulieren der vaskulären Impedanz
der Mikrozirkulation die lineare Geschwindigkeit des Flusses, da Veränderungen
der Geschwindigkeit des Flusses durch Veränderungen der gesamten Querschnittsfläche des
okularen vaskulären
Netzes 9 festgelegt werden. Ferner erlaubt die Verwendung
der linearen Geschwindigkeit des Flusses Vergleiche der Impedanzmoduln,
welche von verschiedenen Arterien stammen, und von derselben Arterie
unter sich ändernden
Bedingungen. Unter der Verwendung von Messungen des Volumenflusses
kann dieser Vergleich nicht berechtigterweise vorgenommen werden.
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Bisherige
Arbeiten zur Charakterisierung des arteriellen Systems basierten
auf der Beziehung zwischen dem zeitlich und räumlich an derselben Position
aufgenommenen Druck und Fluss. Die Windkessel-Analyse wird verwendet, um eine Stromkreisparallele
der Eingangsimpedanz anzuwenden, um Komponenten totaler Compliance
und totalen Widerstands an den distalen Gefäßbaum zu passen. Diese Technik
stellt jedoch keine eindeutigen Lösungen bereit.
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Im
Gegensatz zu bisherigen Arbeiten stellt die vorliegende Erfindung
das Aufnehmen der Wellenformen des Drucks und der Geschwindigkeit
an unterschiedlichen Positionen in dem Gefäßbaum bereit. In der Okularen
Mikrozirkulation kann der Augenfluss als der den intra-okularen
Druck ansteigen lassenden betrachtet werden. Dies bedeutet, dass
eine Parallele mit der Analyse mit zwei Anschlüssen des Stromkreisentwurfs
gezogen werden kann, welche ein Eingangssignal mit einem Ausgangssignal
in Bezug bringt. Die Beziehung zwischen dem intra-okularen Druck
und der entsprechenden Wellenform der Augengeschwindigkeit kann
somit charakterisiert werden.
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Die
Wellenformen des Drucks und der Geschwindigkeit weisen eine gewisse
Periodizität
gemäß der Herzfrequenz
der getesteten Versuchsperson auf. Jedoch wirkt sich auch das Atmen
der Versuchsperson auf die Wellenformen aus. Folglich kann ein Compliance-Maß hergestellt
werden, welches die Atmungsänderungen
berücksichtigt.
Dies beseitigt eine Annahme, die bei der Verwendung einer normalen
Windkessel-Analyse aufgestellt wurde, nämlich, dass die Druckflusswellenform
eine unbegrenzte Pulswellengeschwindigkeit aufweist. Dieses Compliance-Maß, welches
die Atmungsänderungen berücksichtigt,
kann als die Schein-Compliance bekannt sein. Es kann in Verbindung
mit dem Modell mit zwei Anschlüssen
verwendet werden, um das System zu charakterisieren.
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Typische
Beispiele der intra-okularen Druck- und Geschwindigkeitsprofile
(erhalten von der Augenschlagader) sind in 3 und 4 gezeigt.
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3 ist
eine bezüglich
der Zeit aufgetragene graphische Darstellung des Drucks. Die Figur zeigt
die Periodizität
der Druckschwankung. Der Herzzyklus kann aus der Zeitspanne der
Druckschwankung als ungefähr
0,9 s betragend bestimmt werden.
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4 ist
eine bezüglich
der Zeit aufgetragene graphische Darstellung der linearen Blutgeschwindigkeit.
Die Figur zeigt die Periodizität
der linearen Geschwindigkeitsschwankung. Der Herzzyklus kann aus
der Zeitspanne der linearen Geschwindigkeitsschwankung als ungefähr 0,9 s
betragend bestimmt werden.
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Die
Stellen der Datenerfassung ermöglichen das
Aufnehmen der Wellenformen des Drucks und der linearen Geschwindigkeit,
die Informationen über das
gesamte okulare vaskuläre
Netz und nicht nur über
ein einzelnes Gefäß im Netz
bereitstellen. Messungen werden aufeinanderfolgend unter Verwendung
des Tangentenverfahrens zum Abgleich der Wellenformen des Drucks
und der Geschwindigkeit erhalten. Diese Technik wird eingesetzt,
um eine erfolgreiche Abgleichung der Wellenformen für die Analyse
sicherzustellen. Die Signale können
auch an ein EKG durchgeschaltet werden. Andere bekannte Verfahren
können
ebenso eingesetzt werden.
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Wie
in den 3 und 4 zu sehen, sind die Geschwindigkeits-
und Drucksignale periodisch und zeitabhängig und können somit durch Erhalten ihrer
Fourier-Transformation in dem Frequenzbereich dargestellt werden:
P(ω) =
FT [P(t)] und V(ω)
= FT [V(t)], wobei FT die Fourier-Transformation darstellt. Zudem hat
jede Frequenzkomponente des Drucks und der Geschwindigkeit ihre
eigene zugeordnete Phase (Øp
Druckphase, Øv
Geschwindigkeitsphase). Der frequenzabhängige Impedanzmodul und die frequenzabhängige Phase
können
aus Folgendem festgelegt werden: Z(ω) = P(ω)N(ω) und Ø(ω)= Øp(ω) – ØV(ω).
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5 und 6 zeigen
typische Diagramme für
Z(ω) und Ø(ω) bei einer
normalen Versuchsperson.
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Der
Fluss und die erste Ableitung des Drucks treten zu ähnlichen Zeitpunkten
auf. Da der Druck und Fluss aufeinanderfolgend erhalten werden,
wird die erste Ableitung der Druckwellenform mit der Wellenform
des Flusses abgeglichen. Eine Tangente an die Enddiastole und eine
Tangente an den anfänglichen
Druckaufstrich schneiden sich am „Fuß" der Wellenform. Dieser Punkt wird mit
demselben Punkt auf der Wellenform des Flusses abgeglichen.
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Durch
Synchronisieren der durch den Bildgenerator 17 erkannten
Spitzengeschwindigkeit mit dem EKG-Gerät kann eine verbesserte Abgleichung erhalten
werden.
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Die
Analyse des Frequenzbereichs stellt Informationen über den
stabilen Zustand (Widerstand) und die pulsatile Funktion (charakteristische
Impedanz) der okularen Zirkulation bereit. In 5 ist
der Widerstand des stabilen Zustands in der Fläche A und die charakteristische
Impedanz in der Fläche
B gezeigt. Diese Signale werden in digitaler Form gespeichert und
die digitalisierten Signale sind zur Analyse in dem Zeitbereich
unter der Anwendung mathematischer Modelle zugänglich, um Veränderungen der
Wellengestalt in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften der okularen
Zirkulationsbahn zu interpretieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist bezüglich
des Stands der Technik äußerst vorteilhaft,
da sie ein nicht-invasives Verfahren und eine nicht-invasive Vorrichtung
zum Messen vaskulärer
Impedanz und, insbesondere durch Abfragen der Wellengestalt, des linearen
Geschwindigkeitsprofils des Blutbolus in der retrobulbären Zirkulation
bereitstellt. Bisher wurde angenommen, dass invasive Techniken lediglich
Informationen über
das lineare Geschwindigkeitsprofil bereitstellen können. Solche
Techniken sind kostspielig und können
nicht verwendet werden, um über eine
Zeitspanne für
dieselbe Versuchsperson Wiederholungsresultate zu erhalten. Die
vorliegende Erfindung gestattet daher einem Mediziner, Veränderungen
der Mikrozirkulation des Auges zu überwachen und die Daten zu
extrapolieren, um in verschiedenen Krankheitszuständen, welche
mit einer Zunahme an kardiovaskulären Fällen assoziiert werden, klinische
Beurteilungen abzugeben.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einer Anzahl an klinischen Forschungsgebieten
angewendet werden. Einige Beispiele sind nachfolgend angeführt.
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Seit
vielen Jahren wird anerkannt, dass bei vielen Krankheitszuständen und
bei physiologisehen und pharmakologischen Eingriffen charakteristische Veränderungen
in der Kontur des arteriellen Druckpulses auftreten. Die Modifikation
der Morphologie der arteriellen Wellenform involviert typischerweise einen
steileren diastolischen Verfall und eine Verringerung in Amplitude
und der Dauer der schwingenden Wellenform, welche den proximalen
Teil der Diastole von einem rein monoexponentiellen verzerrt. Die
schwingende diastolische Wellenform entsteht aus der Wellenreflexion
und der gedämpften
Resonanz, welche in dem Gefäßbaum auftreten,
wobei die Hauptstellen der reflektierten Wellen in kleineren Arterien
und in Arteriolen entstehen. Der Verlust der schwingenden diastolischen
Wellenform wird als ein frühes
Kennzeichen für
modifizierte Eigenschaften der Gefäßwand anerkannt, welches eine
beeinträchtigte
Funktion der Arterien identifiziert, da es bei Patienten mit erhöhtem kardiovaskulären Risiko,
ohne Modifikation des gesamten peripheren Widerstands, gefunden
werden kann. Dies wurde bei Patienten mit Diabetes mellitus und
bei Zigarettenrauchern nachgewiesen. Während die mit Diabetes assoziierten
mikrovaskulären
Veränderungen
gemeinhin anerkannt sind, werden die strukturellen Veränderungen,
welche üblicherweise
in den Arteriolen von Rauchern und selten von Nichtrauchern gefunden
werden, weniger gewürdigt.
Diese mikrovaskulären
Abnormalitäten
können
für das
häufige
Auftreten von Mikroinfarkten, welche in Assoziation mit Diabetes
und Zigarettenrauchen gefunden werden, die bislang nicht erkannt
wurden, verantwortlich sein.
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Die
Analyse der arteriellen Druckpulswellenform kann auch beim Bestimmen
der hämodynamischen
Wirkung der Drogentherapie, welche mit den traditionellen Messungen
des peripheren Widerstands nicht erkannt wurde, nützlich sein.
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Verbesserungen
und Abwandlungen können hierin
einbezogen werden, ohne den in den Patentansprüchen definierten Bereich der
Erfindung zu verlassen.