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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Das menschliche Auge weist neben weiteren Organen die Hornhaut oder auch Cornea, die Linse, den Glaskörper oder auch Corpus vitreum, die Netzhaut oder auch Retina, das Pigmentepithel, die Aderhaut sowie den Sehnerv oder auch Nervus opticus auf. Das sogenannte retinale Pigmentepithel setzt die Netzhaut gegen die Aderhaut ab.
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Um sich über die Dimensionen des Auges ein umfassendes Bild machen zu können, wird üblicherweise eine Biometrie des Auges durchgeführt. Es ist häufig von Interesse, die Länge des Augapfels von der Hornhaut bis zur Netzhaut, nämlich die sogenannte Achsenlänge, zu erfassen. Üblicherweise wird die Augenlänge mit Ultraschall, Time-Domain-OCT oder Low-Coherence-Interferometrie (Partial-Coherence-Interferometrie) gemessen, deren Wirkungsweisen der Literatur entnommen werden können.
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Unter der Abkürzung OCT wird die Bezeichnung optische Kohärenztomografie (in englischer Sprache „Optical Coherence Tomography“, üblicherweise abgekürzt durch OCT) verstanden, deren Funktionsweise einschlägiger Literatur entnehmbar ist. Eine Vermessung eines Auges unter Nutzung der sogenannten Time-Domain-OCT ist artefaktbehaftet, langsam und anfällig für Fehlsignale. Bei den genannten Technologien können Fehlsignale von Schichten auftreten, die dann von einem Anwender ausgemacht werden müssen, um ein richtiges Signal aus falschen zu ermitteln. Dies kann durch Algorithmen automatisiert erfolgen. Die Artefaktermittlung und deren Kompensierung ist aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mit welcher bzw. mit welchem ein Auge, insbesondere das menschliche Auge, möglichst artefaktfrei und schnell vermessen werden kann.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
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Zunächst ist erkannt worden, dass für eine Messung der Augenlänge oder anderer Dimensionen ein zuverlässiges Signal von der Netzhaut, insbesondere vom retinalen Pigmentepithel, notwendig ist. Darauf ist erkannt worden, dass das Signal von der Netzhaut oder dem retinalen Pigmentepithel von störenden Einflüssen und Artefakten sowie von Fehlsignalen anderer Schichten, insbesondere der Grenzschicht Glaskörper/ Netzhaut, befreit sein muss. Überdies ist erkannt worden, dass für die Bestimmung der Augenlänge ein Längenbezug der Netzhaut zur Hornhaut ermittelt werden muss.
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Vor diesem Hintergrund ist erkannt worden, dass mehrere von der Lichtquelle ausgesendete Lichtstrahlen im Wesentlichen von der Linse gebrochen und näherungsweise auf denselben Punkt oder Bereich der Netzhaut gelenkt werden, nachdem diese Lichtstrahlen an verschiedenen Stellen die Hornhaut durchtreten haben. Erfindungsgemäß ist dann erkannt worden, dass hierdurch ein dezentraler Scan-Ansatz möglich ist, dass nämlich Lichtstrahlen nicht nur entlang der optischen Achse des Auges auf dieses geleitet werden können, sondern auch um die optische Achse herum, bevorzugt parallel zu dieser, gestreut auf das Auge gelenkt werden können. Daher sendet die Lichtquelle von der Kontrolleinheit angesteuert mehrere zu einem zentralen Lichtstrahl bzw. zur optischen Achse und zueinander radial versetzte, bevorzugt parallele, Periphärlichtstrahlen aus und erzeugt ein Punktmuster dezentral einfallender Lichtstrahlen oder Lichtstrahlbündel auf der Hornhaut. Die Periphärlichtstrahlen können zeitlich nacheinander oder zugleich auf die Hornhaut einfallen. Denkbar ist auch, dass die Periphärlichtstrahlen zugleich mit dem zentralen Lichtstrahl einfallen oder zeitlich versetzt zu diesem einfallen.
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So kann zumindest die spekulare Reflexion im Vertex der Hornhaut kompensiert und ein damit einhergehendes Artefakt unterdrückt oder kompensiert werden. Der Vertex ist der Schnittpunkt der einem einfallenden Lichtstrahl zugewandten Linsenoberfläche mit der optischen Achse.
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Erfindungsgemäß können durch den dezentralen Ansatz der Lichteinstrahlung aber auch Artefakte kompensiert oder unterdrückt werden, die von tieferliegenden Schichten im Auge, insbesondere von der Grenzschicht Glaskörper/ Netzhaut, herrühren.
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Die bevorzugt zueinander parallelen Periphärlichtstrahlen könnten innerhalb einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von 3 bis 12 mm liegen, nämlich diese Kreisfläche orthogonal durchsetzen. Hierdurch kann auf einer Hornhaut ein Punktmuster erzeugt werden. Von der Kontrolleinheit angesteuert sendet die Lichtquelle daher die Periphärlichtstrahlen aus und erzeugt ein Punktmuster auf der Hornhaut des Auges, welches um den Vertex der Hornhaut gestreut ist. Das Punktmuster kann enger gestreut sein, kann also auch innerhalb einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von 3 bis 6 mm oder von 6 bis 9 mm liegen. Die Größe des Kreises oder Punktmusterfeldes kann geeignet gewählt werden, um Subaperturen geeignet zu nutzen, da aufgrund der telezentrischen Abbildung alle Lichtstrahlen innerhalb des Punktmusterfeldes von der Linse näherungsweise auf den gleichen Punkt der Netzhaut gelenkt werden.
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Die Kontrolleinheit könnte den Vertex der Hornhaut automatisch ermitteln. Alternativ oder zusätzlich könnte die von der Kontrolleinheit angesteuerte Lichtquelle die Periphärlichtstrahlen in definierten Abständen zum zentralen Lichtstrahl und/ oder in definierten Abständen relativ zueinander auf die Hornhaut aussenden. So können mit einstellbarer Auflösung Phaseninformationen aus den reflektierten Lichtstrahlen, insbesondere den reflektierten Periphärlichtstrahlen, gewonnen werden. Die Abstände können von der Kontrolleinheit automatisch ermittelt werden, in dem die Charakteristik der Hornhaut erfasst wird, oder indem mögliche Abstände voreingestellt werden.
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Die Kontrolleinheit könnte vom Auge reflektierte erste Periphärlichtstrahlen erfassen, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen hin reflektiert werden und die jeweils unterschiedliche Intensitäten zeigen, wobei die Kontrolleinheit vom Auge reflektierte zweite Periphärlichtstrahlen erfasst, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen hin reflektiert werden und die jeweils gleich große oder innerhalb eines vordefinierten Intervalls liegende Intensitäten zeigen. Hierdurch können Periphärlichtstrahlen, die an einer Grenzschicht zwischen Glaskörper und Netzhaut reflektiert werden, von solchen Periphärlichtstrahlen unterschieden werden, die an der Netzhaut oder dem retinalen Pigmentepithel reflektiert werden.
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Periphärlichtstrahlen, die an der genannten Grenzschicht zwischen Glaskörper und Netzhaut reflektiert werden, zeigen nämlich Intensitäten, die von deren Einfallswinkeln auf diese Grenzschicht abhängig sind. Die Einfallswinkel bestimmen die Stärke der Reflexion.
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Die Intensitäten von Periphärlichtstrahlen, die am retinalen Pigmentepithel reflektiert werden, sind im Wesentlichen winkelinvariant. Die Rückstreuung des retinalen Pigmentepithels ist im Wesentlichen isotrop.
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Vor diesem Hintergrund könnte die Kontrolleinheit die jeweiligen erfassten Intensitäten aller reflektierten Periphärlichtstrahlen nutzen, um ein zu erfassendes Organ von einem nicht zu erfassenden Organ oder einer nicht zu erfassenden Struktur zu unterscheiden und/ oder um ein Artefakt von einem nicht zu erfassenden Organ oder einer nicht zu erfassenden Struktur zu unterdrücken oder zu entfernen. Ganz konkret kann festgestellt werden, ob ein ausgesendeter Periphärlichtstrahl vom retinalen Pigmentepithel oder der Netzhaut reflektiert wurde oder von einer Grenzschicht zwischen Glaskörper und Netzhaut. So ist ein weiteres Artefakt, neben den bereits durch Subaperturen eliminierten Reflexen an der Hornhaut, eliminierbar.
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Die hier beschriebene Anordnung könnte Teil einer FD-OCT-Vorrichtung, nämlich einer Fourier-Domain-OCT-Vorrichtung sein. Solche Vorrichtungen werden auch Frequency-Domain-OCT-Vorrichtungen genannt. Unter FD-OCT-Vorrichtung werden im Sinne dieser Beschreibung auch Swept-Source-OCT-Vorrichtungen (SS-FD-OCT-Vorrichtungen) verstanden. Mit der hier beschriebenen Anordnung bzw. dem nachfolgend beschriebenen Verfahren ist eine zuverlässige, schnelle und weitgehend artefaktfreie Bestimmung der Augenlänge mit einer FD-OCT-Vorrichtung möglich. Die Augenlänge kann mit geringerer Bildtiefe als die zu messende Augenlänge ermittelt werden. Für die Messung ist ein zuverlässiges Signal der Netzhaut, insbesondere des retinalen Pigmentepithels, gegeben.
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Dieses Signal ist von störenden Einflüssen und Artefakten, Fehlsignalen aus anderen Schichten, insbesondere aus dem Übergang Glaskörper/ Netzhaut, sowie von Mehrdeutigkeiten befreit. Bei FD-OCT-Verfahren können aufgrund der hermiteschen Symmetrie von Ergebnissen Mehrdeutigkeiten auftreten. Bei einer Übertragung von TD-OCT auf FD-OCT ist nämlich zu berücksichtigen, dass ein Signal nicht eindeutig auf die hermitesche Ebene zuordenbar ist. Das heißt, dass es zwei Augenlängen gibt, die zu einem bestimmten Signal passen. Die FD-OCT ist der TD-OCT hinsichtlich der Sensitivität aber überlegen, so dass für die FD-OCT durch die hier beschriebene Anordnung bzw. das Verfahren eine praktikabel anwendbare Lösung angeboten wird.
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Vor diesem Hintergrund könnte die Kontrolleinheit ein komplex konjugiertes Signal von einem normalen Signal aufgrund von Phaseninformationen von reflektierten Lichtstrahlen, insbesondere von reflektierten Periphärlichtstrahlen, differenzieren. Zur Erzeugung einer Bildgebung sind bereits diverse Algorithmen bekannt geworden, die ein „Full-Range-OCT“ durch Einbringung von zusätzlichen Phaseninformationen ermöglichen. Durch die genannte Differenzierung ist allerdings keine „Full-Range-Bildgebung“ erforderlich. Durch die Differenzierung des komplex-konjugierten Signals von einem normalen Signal aufgrund zusätzlicher Phaseninformationen kann eindeutig ein Längenbezug zur Hornhaut hergestellt werden.
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Zur Bestimmung der Augenlänge kann ein Längenbezug der Netzhaut zur Hornhaut ermittelt werden. Der Längenbezug kann ermittelt werden, indem alternierend zwischen einem vorderen Bereich des Auges sowie der Netzhaut geschaltet wird, worauf hier aber nicht näher eingegangen werden soll.
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Damit die Bestimmung des Längenbezugs aber unabhängig von Bewegungsartefakten erfolgen, wird eine axiale Bewegungstrajektorie zweier Datensätze ermittelt und für den Längenbezug berücksichtigt.
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Vorteilhaft wird das retinale Pigmentepithel durch die Anordnung und/ oder durch das nachfolgende Verfahren automatisch erfasst.
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Bei Ausführung eines Verfahrens zur Vermessung eines Auges, werden durch eine Lichtquelle Lichtstrahlen auf die Hornhaut eines Auges gesendet, wobei eine Kontrolleinheit verwendet wird, welche die Lichtquelle ansteuert, und wobei vom Auge Lichtstrahlen auf die ausgesendeten Lichtstrahlen hin reflektiert werden und von einer Kontrolleinheit erfasst und in Signale umgewandelt werden. Ein zentraler Lichtstrahl wird ausgesendet und mehrere zum zentralen Lichtstrahl radial versetzte Periphärlichtstrahlen werden ausgesendet, um ein Punktmuster auf der Hornhaut des Auges zu erzeugen, welches um den Vertex der Hornhaut gestreut ist. Es könnten auch mehrere radial zueinander versetzte Periphärlichtstrahlen ausgesendet werden, um das Punktmuster auf der Hornhaut des Auges zu erzeugen, welches um den Vertex der Hornhaut gestreut ist.
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Bei der Bestimmung des retinalen Pigmentepithels muss sichergestellt werden, dass die richtige Struktur bzw. das richtige Organ identifiziert wird. Ein wesentliches Artefakt wird durch den durch das Verfahren bzw. die Anordnung beschriebenen dezentralen Scan-Ansatz entfernt oder zumindest wesentlich unterdrückt, nämlich ein spekularer Reflex an einer Grenzfläche zur Hornhaut. Statt eines zentralen Scans entlang der optischen Achse des Auges erlaubt die hier beschriebene telezentrische optische Scan-Anordnung eine Verteilung von verschiedenen Punkten außerhalb dieses Reflexes. Dennoch werden alle von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen auf näherungsweise denselben Punkt auf der Netzhaut abgebildet, auf den auch der zentrale Lichtstrahl fällt.
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Vorteilhaft werden die Punkte in definierten Abständen zum bevorzugt automatisch detektierten Vertex der Hornhaut abgescannt. Durch die telezentrische Abbildung wird durch Subaperturen des näherungsweise gleichen Punkts gefahren, die in der Fachliteratur zur Vermeidung von sogenannten Speckles vorgeschlagen werden.
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Hierdurch ist die Unterdrückung noch eines zweiten Artefakts möglich, weil nämlich von einer Grenzschicht zwischen Glaskörper und Netzhaut reflektierte erste Periphärlichtstrahlen erfasst werden könnten, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen hin reflektiert werden und die in Abhängigkeit vom Einfallswinkel jeweils unterschiedliche Intensitäten zeigen, wobei vom retinalen Pigmentepithel reflektierte zweite Periphärlichtstrahlen erfasst werden, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen hin reflektiert werden und die jeweils gleich große oder innerhalb eines vordefinierten Intervalls liegende Intensitäten zeigen, und zwar unabhängig vom Einfallswinkel. Die jeweiligen erfassten Intensitäten können genutzt werden, um die Netzhaut oder das retinale Pigmentepithel von einem nicht zu erfassenden Organ oder einer nicht zu erfassenden Struktur zu unterscheiden und/ oder um das genannte zweite Artefakt von dem nicht zu erfassenden Organ bzw. der nicht zu erfassenden Struktur zu unterdrücken oder zu entfernen. Das zweite Artefakt liegt in einem Reflex am Übergang vom Glaskörper zur Netzhaut begründet.
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Vor diesem Hintergrund könnte eine Anordnung der hier beschriebenen Art zur Durchführung des Verfahrens genutzt werden, um entweder das erste Artefakt und/ oder das zweite Artefakt zu unterdrücken bzw. zu beseitigen. Bevorzugt wird die Anordnung der hier beschriebenen Art zur Untersuchung eines menschlichen Auges verwendet. Die endgültige Diagnose unterliegt dabei einem Arzt. Das hier beschriebene Verfahren ist kein Diagnostizierverfahren, sondern liefert nur Daten, die ein Arzt abschließend bewerten muss.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung, welche parallele Lichtstrahlen auf ein menschliches Auge leitet, welches in einer Schnittdarstellung dargestellt ist,
- 2 eine Draufsicht auf ein menschliches Auge, wobei die Einfallspunkte von parallelen Lichtstrahlen dargestellt sind, die um die optische Achse gestreut sind und dadurch ein Punktmuster auf der Hornhaut erzeugen, und
- 3 eine Reduktion eines Artefakts, wobei je zwei Signale von Strukturen bzw. Organen bei unterschiedlichen Blickwinkeln bzw. Einfallswinkeln von Lichtstrahlen im Vergleich dargestellt sind, wobei die oberen Signale bei einem nahezu senkrechten Einfall auf die Grenzschicht Glaskörper / Netzhaut erfasst wurden und wobei die unteren Signale bei einem von 90° stark abweichenden Einfallswinkel von Periphärlichtstrahlen erfasst wurden.
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1 zeigt eine Anordnung zur Vermessung eines menschlichen Auges 1, umfassend eine Lichtquelle 2, welche zum Aussenden von Lichtstrahlen 3, 4 auf die Hornhaut 5 des menschlichen Auges 1 geeignet ist, und eine Kontrolleinheit 6, welche die Lichtquelle 2 zum Aussenden der Lichtstrahlen 3, 4 ansteuert und geeignet ist, in die Anordnung eingehende reflektierte Lichtstrahlen 3a, 4a, 4b in Signale 7, 8 umzuwandeln und diese darzustellen.
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Von der Kontrolleinheit 6 angesteuert sendet die Lichtquelle 2 einen zentralen Lichtstrahl 3 aus und sendet mehrere zum zentralen Lichtstrahl 3 radial versetzte, zu diesem parallele Periphärlichtstrahlen 4 aus.
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2 zeigt, dass die Periphärlichtstrahlen 4 innerhalb einer Kreisfläche 9 mit einem Durchmesser von 3 bis 12 mm liegen, nämlich diese Kreisfläche 9 orthogonal durchsetzen. Dies ist in 1 anhand der gestrichelten Kreisfläche 9 dargestellt. Die von der Kontrolleinheit 6 angesteuerte Lichtquelle 2 sendet die Periphärlichtstrahlen 4 aus, um ein Punktmuster auf der Hornhaut 5 des menschlichen Auges 1 zu erzeugen, welches um den Vertex 10 der Hornhaut 5 gestreut ist. Insoweit erzeugt die Kontrolleinheit 6 die Geometrie des Punktmusters.
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Die Kontrolleinheit 6 ermittelt den Vertex 10 der Hornhaut 5, bzw. dessen örtliche Lage, automatisch. Die Lichtquelle 2, von der Kontrolleinheit 6 angesteuert, sendet die Periphärlichtstrahlen 4 in definierten Abständen zum zentralen Lichtstrahl 3 und relativ zueinander auf die Hornhaut 5 aus.
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Die Kontrolleinheit 6 erfasst vom menschlichen Auge 1 reflektierte erste Periphärlichtstrahlen 4a, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen 4 hin reflektiert werden und die jeweils unterschiedliche Intensitäten zeigen. Die Kontrolleinheit 6 erfasst auch vom menschlichen Auge 1 reflektierte zweite Periphärlichtstrahlen 4b, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen 4 hin reflektiert werden und die jeweils gleich große oder innerhalb eines vordefinierten Intervalls liegende Intensitäten zeigen.
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Die Kontrolleinheit 6 nutzt die jeweiligen erfassten Intensitäten, um ein zu erfassendes Organ von einer nicht zu erfassenden Struktur zu unterscheiden und um ein Artefakt von einer nicht zu erfassenden Struktur zu unterdrücken oder zu entfernen.
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Die Anordnung ist in eine übergeordnete FD-OCT-Vorrichtung 11 integriert.
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Das Verfahren zur Vermessung des menschlichen Auges 1 wird durchgeführt, indem durch die Lichtquelle 2 Lichtstrahlen 3, 4 auf die Hornhaut 5 des menschlichen Auges 1 gesendet werden, wobei die Kontrolleinheit 6 verwendet wird, welche die Lichtquelle 2 hierzu ansteuert. Vom menschlichen Auge 1 werden Lichtstrahlen 3a, 4a, 4b auf die ausgesendeten Lichtstrahlen 3, 4 hin reflektiert und von der Kontrolleinheit 6 erfasst und in Signale 7, 8 umgewandelt. Die Reflexion der Lichtstrahlen 3, 4 ist in 1 durch die Doppelpfeile dargestellt. Die reflektierten Lichtstrahlen 3a, 4a, 4b laufen nach einer Reflexion an Strukturen des Auges 1 zur Kontrolleinheit 6 zurück.
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Ein zentraler Lichtstrahl 3 wird ausgesendet und mehrere zum zentralen Lichtstrahl 3 radial versetzte, parallele Periphärlichtstrahlen 4 werden ausgesendet, um ein Punktmuster auf der Hornhaut 5 des menschlichen Auges 1 zu erzeugen, welches um den Vertex 10 der Hornhaut 5 gestreut ist.
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Von einer Grenzschicht 12 zwischen Glaskörper 13 und Netzhaut 14 reflektierte erste Periphärlichtstrahlen 4a werden erfasst, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen 4 hin reflektiert werden und die in Abhängigkeit vom Einfallswinkel 16 jeweils unterschiedliche Intensitäten zeigen, wobei vom retinalen Pigmentepithel 15 reflektierte zweite Periphärlichtstrahlen 4b erfasst werden, die auf den Einfall der Periphärlichtstrahlen 4 hin reflektiert werden und die jeweils gleich große oder innerhalb eines vordefinierten Intervalls liegende Intensitäten zeigen. Die Intensität dieser reflektierten zweiten Periphärlichtstrahlen 4b ist vom Einfallswinkel der ihnen zugeordneten einfallenden Periphärlichtstrahlen 4 unabhängig.
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Die jeweiligen erfassten Intensitäten werden genutzt, um die Netzhaut 14 oder das retinale Pigmentepithel 15 von einer nicht zu erfassenden Struktur zu unterscheiden und um ein zweites Artefakt von der nicht zu erfassenden Struktur zu unterdrücken oder zu entfernen.
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3 zeigt, dass in einem Display der Anordnung Signale 7, 8 von der Kontrolleinheit 6 dargestellt werden. Insoweit weist die Anordnung ein Display 20 zum optischen Darstellen der Signale 7, 8 der erfassten Organe oder Strukturen auf.
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Das Display 20 zeigt in der oberen und unteren Ansicht je zwei Signale 7, 8, wobei das erste Signal 7 von einem Artefakt kommt, welches auf die Grenzschicht Glaskörper / Netzhaut zurückgeht, und wobei das zweite Signal 8 vom retinalen Pigmentepithel 15 kommt.
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Die Signale 7, 8 der oberen Darstellung des Displays 20 wurden bei nahezu senkrechtem Einfall eines Lichtstrahls oder Lichtbündels auf die Grenzschicht 12 Glaskörper/ Netzhaut erfasst. Die Signale 7, 8 der unteren Darstellung des Displays 20 wurden bei Einfallswinkeln von Periphärlichtstrahlen erfasst, die stark von 90° abweichen.
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Es ist klar ersichtlich, dass eine deutliche Reduktion des Signals 7 des Artefakts erfolgt, dass dieses nämlich kleiner ist als das zu erfassende Signal 8, das vom retinalen Pigmentepithel kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auge
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Zentraler Lichtstrahl
- 3a
- reflektierter zentraler Lichtstrahl
- 4
- Periphärlichtstrahl
- 4a
- erster reflektierter Periphärlichtstrahl
- 4b
- zweiter refelktierter Periphärlichtstrahl
- 5
- Hornhaut
- 6
- Kontrolleinheit
- 7
- Signal von 12
- 8
- Signal von 14 oder 15
- 9
- Kreisfläche
- 10
- Vertex von 1
- 10a
- optische Achse
- 11
- FD OCT-Vorrichtung
- 12
- Grenzschicht zwischen 13 und 14
- 13
- Glaskörper
- 14
- Netzhaut
- 15
- Retinales Pigmentepithel
- 16
- Einfallswinkel
- 17
- Aderhaut von 1
- 18
- Linse von 1
- 19
- Sehnerv
- 20
- Display oder Bildschirm von 6
