WO2016131815A1 - Device and method for determining at least one mechanical property of an examined object - Google Patents

Device and method for determining at least one mechanical property of an examined object Download PDF

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WO2016131815A1
WO2016131815A1 PCT/EP2016/053246 EP2016053246W WO2016131815A1 WO 2016131815 A1 WO2016131815 A1 WO 2016131815A1 EP 2016053246 W EP2016053246 W EP 2016053246W WO 2016131815 A1 WO2016131815 A1 WO 2016131815A1
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WO
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signal
frequency
scattered
intensity
coupled
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/053246
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German (de)
French (fr)
Inventor
Heinrich Stolz
Stephan Reiß
Karsten SPERLICH
Oliver STACHS
Rudolf Guthoff
Original Assignee
Universität Rostock
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Publication date
Application filed by Universität Rostock filed Critical Universität Rostock
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0097—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying acoustic waves and detecting light, i.e. acoustooptic measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/117—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for examining the anterior chamber or the anterior chamber angle, e.g. gonioscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/10—Eye inspection

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining at least one mechanical property of an examination subject.
  • Non-invasive determination of mechanical properties of materials e.g. Tissue in medical technology, in particular in ophthalmology
  • the non-invasive determination of biomechanical properties of the eye may be helpful.
  • Filter element scattered light from the sample is filterable.
  • the device for detecting a spectrum filtered light can be detected and the spectrum of the filtered light can be determined, the spectral change depending on the spectrum
  • the filter element is designed as a band stop filter, wherein a
  • Half width of the band rejection filter is selected to be smaller than a predetermined maximum width, wherein the maximum width is selected at least in dependence on the predetermined frequency.
  • the technical problem arises of providing a device and a method for determining at least one mechanical property of an object to be examined, which allow a reliable and accurate determination of the mechanical property, while at the same time reducing the time required for the start-up and execution of the determination.
  • Proposed is a device for determining at least one mechanical property of an examination object.
  • the mechanical property may in particular be the compression modulus.
  • other or more than one mechanical property can be determined, for example (still) the speed of sound in the examination subject.
  • the examination object can consist of human or animal tissue.
  • the examination object may be an eye or a part thereof.
  • the examination subject may be the cornea of the eye.
  • an examination object can also be gaseous, liquid or solid.
  • it may e.g. also be a polymer.
  • the device has a first signal source for generating a first signal having a first frequency.
  • the first signal can be coupled into the examination object.
  • the first signal source can be arranged and / or configured such that the generated first signal can be coupled into the examination subject.
  • the first signal can be radiated into the examination subject.
  • the device can also have at least one means for coupling the generated first signal into the
  • This first signal may in particular be monochromatic light with a predetermined frequency.
  • the first frequency can be variable, in particular adjustable.
  • the predetermined frequency may be adjustable in a predetermined frequency range.
  • the first signal source is a laser source.
  • the frequency (s) of the first signal and / or the examination subject should be any frequency (s) of the first signal and / or the examination subject.
  • the examination object for the first and the further signal is at least partially, preferably completely, transparent.
  • the device further comprises a further signal source for generating a further signal with a further frequency.
  • the other frequency is different from the first frequency.
  • the further frequency can also be changed, in particular adjustable. Thus, the frequency of the at least one further signal in a certain frequency range can be changed.
  • the further signal may in particular be an ultrasound signal.
  • the second signal source may comprise at least one piezoelectric element for generating the further signal.
  • the first and the further signal can be coupled into the examination subject such that the first and further signals are superimposed in at least one subarea of the examination subject.
  • the further signal source can be arranged and / or designed such that the generated further signal can be coupled into the examination subject correspondingly.
  • the further signal can also be radiated into the examination subject.
  • the device may also comprise at least one means for corresponding coupling of the generated further signal into the examination subject.
  • overlay can mean a spatial overlay, but in particular “overlaying” can mean that the two signals are coupled into the examination object in such a way that at least one signal property of the first signal is changed in the presence of the further signal.
  • the signal property may be a beam direction of the first signal or a portion thereof.
  • the at least one signal property of the first signal can be changed by the further signal or by effects which causes the second signal in the examination subject.
  • the first signal can be scattered by the further signal.
  • the first and the further signal can be coupled into the examination subject such that the signals intersect at a predetermined or determinable intersection angle.
  • the cutting angle can be an angle between the
  • the cutting angle is not equal to 90 °.
  • the angle deviates from a maximum to predetermined low level 90 is 0, for example, not more than 0.1 °, 0.2 °, 0.5 ° or 1 °.
  • the angle deviates from a maximum to predetermined low level 90 is 0, for example, not more than 0.1 °, 0.2 °, 0.5 ° or 1 °.
  • Cutting angle 89.9 ° may be in a range around 90 °, for example, in a range of 45 ° to 135 °, but not 90 °.
  • the cutting angle can in this case be changeable, in particular adjustable. For this, e.g. a position and / or orientation of the first and / or the further signal source are changed, for example manually and / or actuator-supported.
  • the apparatus further comprises means for detecting an intensity of a scattered portion of the first signal, the scattered portion being a portion of the first signal dispersed by the further signal.
  • the feature that a portion of the first signal is scattered by the further signal in this case includes the case that a portion of the first signal is scattered by effects caused by the second signal in the examination subject.
  • the first signal may be due to
  • Density variations can be formed in particular a so-called density or sound grid in the examination object.
  • the apparatus comprises means for detecting an intensity of a non-scattered portion of the first signal, the non-scattered portion being a portion of the first signal not scattered by the further signal.
  • a common means for detecting an intensity detects both the intensity of the scattered fraction and the non-scattered fraction, in which case the intensity of the scattered fraction and / or the non-scattered fraction is determined from the scattered fraction
  • Total intensity can be determined, e.g. calculation.
  • either means for detecting an intensity of the scattered portion or means for detecting an intensity of the non-scattered portion may be provided, wherein the means for detecting an intensity of the scattered portion detects only the intensity of the scattered portion, the means for detecting an intensity of the non-scattered share, only the intensity of the non-scattered share.
  • both means for detecting an intensity of the scattered portion or means for detecting an intensity of the non-scattered portion may be provided, wherein the means for detecting an intensity of the scattered portion detects only the intensity of the scattered portion, wherein the means for Recording an intensity of the non-scattered portion only the intensity of the non-scattered share recorded.
  • a device for detecting the intensity can be designed and / or arranged such that only the intensity of the scattered fraction or only of the non-scattered fraction can be detected.
  • the means for detecting the intensity may then generate an output signal representing the intensity.
  • the frequency of the first signal and / or the frequency of the further signal and / or the intersection angle can be changed until the detected intensity of the scattered component is maximum and / or the intensity of the non-scattered component is minimal. If the frequency can be changed, it goes without saying that the wavelength corresponding to the frequency can also be changed.
  • the at least one mechanical property can be determinable as a function of a frequency or wavelength of the first signal and / or a frequency or wavelength of the further signal and / or the intersection angle for which the detected intensity of the scattered component is maximum and / or the Intensity of the non-scattered portion is minimal.
  • the device may comprise an evaluation device for determining the mechanical property.
  • the evaluation device By means of the evaluation device, the intensity of the scattered component and / or the non-scattered component of the first signal can be evaluated and the previously described determination of the mechanical property can be carried out.
  • the invention uses the interference of waves of the first signal when scattered by the further signal, in particular by the density grating generated by the further signal in the examination subject. It can be assumed that the intensity of the scattered portion is maximum and / or the intensity of the non-scattered portion is minimal when the so-called Bragg condition is satisfied.
  • the wavelength of the further signal in the examination subject can be determined from the Bragg condition as a function of the wavelength of the first signal, an intersection angle of the signals and a desired ordinal number. The wavelength of the first signal, the
  • Cutting angle of the signals and the ordinal number can be known or be determined by suitable methods.
  • the ordinal number may preferably be one.
  • the propagation speed of the further signal in the examination object can then be determined.
  • the mechanical property can be determined.
  • the mechanical modulus of the compression modulus can be determined, which can be determined as a function of the propagation velocity and a density of the examination subject. The density may be known or determinable by a suitable method.
  • the first signal may be a laser signal and the further signal may be an ultrasound signal. The following explanations are related to these signals, but may be understood as exemplary of the use of any signals.
  • the examination object can be acted upon by ultrasonic waves, so that a so-called sound grid is generated in the tissue.
  • This sound grid consists in the density fluctuations of a sound wave passing through the object under investigation.
  • the sound wave causes in the examination object a periodic change in density and thus a periodic modulation of the refractive index.
  • the lines of the grating are spaced from each other by a distance corresponding to a wavelength Xus of the ultrasonic wave.
  • the laser signal is irradiated into the examination object, the laser signal is scattered by the density fluctuations.
  • a mathematical relationship between the wavelength ⁇ of the incident can be
  • ⁇ ⁇ ⁇ / (2sin (90 ° - oc)) (oc)
  • oc the intersection angle between the ultrasonic signal and the laser signal
  • m is a natural number indicating the desired diffraction order.
  • the number m is hereby preferably assumed to be one.
  • Ultrasonic signal, the wavelength of the laser signal and / or the cutting angle ⁇ are changed. If one of these parameters or several or all parameters are set in such a way that the intensity of the scattered laser signal is maximal, then the
  • Frequency of the laser signal calculate the speed of sound in the examination subject, namely by f us (2sin (90 ° - oc)) (formula 3)
  • K calculate (Cus A 2 xp) (formula 4), where p denotes the density of the object to be examined.
  • the proposed device enables a simple determination of at least one mechanical property of the examination object which is to be quickly prepared as well as carried out.
  • the device comprises at least one means for signal routing and / or shaping of the first signal.
  • Device also have one or more signal routing means and / or one or more signal shaping means.
  • the first signal can be coupled into a desired subarea of the examination object with a desired propagation direction.
  • a signal routing means e.g. a signal propagation direction is changed.
  • signal shaping the signal may e.g. scattered or bundled.
  • the means for signal routing can be a means for beam guidance of the laser signal.
  • This agent may, for. B. may be formed as a glass fiber or comprise a glass fiber.
  • the means may also comprise at least one prism, one lens and / or at least one reflector, for example a mirror.
  • the agent may be directly or indirectly, e.g. B. via a contact medium, be placed on a surface of the examination object.
  • the contact medium may, for. B. be ultrasound gel.
  • the at least one means for signal guiding and / or shaping can be arranged on a support element, wherein the support element has the opening or recess.
  • the support element can be directly or indirectly, e.g. via a contact medium, be placed on the surface of the examination object.
  • the first signal can be coupled into a desired subarea of the examination object with a desired propagation direction.
  • the device may also have at least one means for signal routing and / or shaping of the further signal. This may be that previously explained with reference to the signal routing and / or shaping means of the first signal
  • the means for beam guidance of the first signal comprises a gonioscope or is designed as a gonioscope.
  • a gonioscope can also be called a contact lens.
  • the gonioscope can have one or more reflective (s)
  • a reflective area may e.g. be formed by a mirror.
  • the gonioscope may also be referred to as a mirror gonioscope.
  • a reflective region may be arranged and / or formed such that the first signal radiated onto the reflective region is below a desired one
  • Reflection angle is reflected.
  • the reflection angle can be, for example, 89.9 ° or even 90 °.
  • other applications can also be used depending on the application
  • Reflection angle can be provided. It is important that the reflection angle is chosen such that a cutting angle not equal to 90 ° results.
  • the gonioscope may have a central opening in which the examination object, for example the eye, can be arranged.
  • the at least one reflective area may be arranged around the opening.
  • the first signal can be coupled into this substantially perpendicular to a central axis of symmetry of the examination subject.
  • the central axis of symmetry may be the pupil axis.
  • the first signal can be transmitted via further means for beam guidance of the first signal, z.
  • a glass fiber can be coupled or einstrahlbar in the gonioscope.
  • the means for detecting an intensity comprises at least one photodiode.
  • a device for detecting the intensity of the scattered component as well as a device for detecting the non-scattered component may each comprise at least one or exactly one photodiode.
  • Photodiodes can in this case be designed and / or arranged such that only the scattered portion or only the non-scattered portion of the first signal through the
  • Photodiode (s) is detected.
  • At least two or more photodiodes can be arranged at a distance such that the non-scattered component of the first signal radiates between these photodiodes without being detected by the photodiodes.
  • a filter element may also be arranged visually in front of the photodiode (s), which transmits only the scattered component of the first signal.
  • a means for detecting the intensity of the scattered as well as the non-scattered portion may comprise at least two photodiodes, wherein one of the photodiodes detects the scattered portion and a photodiode detects the non-scattered portion.
  • another one or two-dimensional sensor can be used which detects the intensity of the scattered first signal and generates a dependent output signal.
  • the means for detecting the intensity may detect an overall intensity of the scattered as well as the non-scattered portion, wherein an evaluation means of the means for detecting the intensity of the scattered fraction then determines the intensity of the scattered fraction from the total intensity. It is conceivable, for example, that the means for detecting an array of a plurality of photodiodes, in particular a CCD chip or a CMOS chip comprises.
  • the device comprises at least one filter element for filtering the scattered portion and / or the non-scattered portion of the first signal.
  • the at least one filter element can in particular serve to filter out the portion of the signal signal which is not scattered by the further signal and which radiates through the examination object. Filtering out can mean that an intensity of the non-scattered portion is reduced, in particular completely eliminated. In this case, only the scattered portion of the first signal is detected by the means for detecting the intensity of the first signal.
  • the at least one filter element may for example be an optical filter element. Conceivable z. B. known in the art spatial-optical filter.
  • the filter element may be part of the device for detecting the scattered portion of the first signal.
  • the at least one filter element can serve to divide the portion of the first signal scattered by the further signal that passes through the examination object
  • the at least one filter element is designed as an inverse pinhole.
  • the filter element may comprise an inverse pinhole.
  • the inverse pinhole may denote a device which in a central region is impermeable or impermeable to the first signal containing the
  • Examines examination object is.
  • a region permeable to the first signal can be arranged around the central region.
  • One size for example one Diameter of the central region, may be selected such that the not scattered by the further signal portion can not radiate through the central region of the inverse pinhole.
  • the portion scattered by the further signal may radiate through the inverse pinhole next to the central area.
  • the filter element is to be positioned accordingly in the application.
  • the first signal is an infrared signal, in particular IR laser signal.
  • the frequency of the first signal corresponds in particular to a wavelength of 600 nm to 1400 nm.
  • the further signal is an ultrasound signal.
  • Frequency of the further signal is in particular in the range of 1 MHz to 100 MHz.
  • the first signal source may be a means for generating laser light
  • the other signal source is a signal source for generating
  • the device comprises a positioning device for positioning the first signal source.
  • the positioning device may position the first signal source along one or more spatial directions.
  • the first signal source can be positioned perpendicular to a direction which is oriented parallel to the previously explained central axis of symmetry of the examination subject.
  • coupling of the first signal into the examination object can thus take place in different ways
  • Depth planes take place, wherein the depth is detected along the central axis of symmetry.
  • the positioning device can be operated both mechanically and electrically.
  • the positioning device may be formed as an XY table, which may be mechanically or electrically controlled.
  • a spatially resolved determination of the mechanical property can take place, in particular a two-dimensional scanning of the object.
  • the first signal can therefore be in be advantageously coupled into different areas of the examination subject.
  • the coupling of the further signal into the examination subject takes place with a predetermined coupling frequency.
  • the input frequency indicates a frequency of start times of a coupling of the further signal into the examination object per one fixed time unit, for example per second. From the start time, the further signal can then be coupled into the examination subject for a predetermined period of time. Also, the
  • Einkopplungsfrequenz a frequency of start times of a generation of the further signal in the examination subject per fixed time unit, for example per
  • the device may comprise, for example, a frequency generator device.
  • the frequency generator means may generate an output signal that the
  • Input frequency coded For example, a fundamental frequency of
  • the output signal may in particular be a sine signal or a
  • the further signal can be modulated with the output signal.
  • the modulation may in particular be an amplitude modulation.
  • the injection frequency may correspond to the modulation frequency of the further signal.
  • the frequency at which the first signal is scattered by the further signal also corresponds to the launch frequency.
  • the modulation frequency of the further signal corresponds to the modulation frequency of the scattered as well as the non-scattered component of the first signal.
  • the frequency of the output signal is in particular smaller than the frequency of the further signal.
  • the device has a lock-in amplifier device for amplifying the scattered component.
  • the frequency of the reference signal of the lock-in amplifier corresponds to the coupling frequency.
  • the lock-in amplifier device can be signal-coupled to the device for detecting an intensity of the scattered component.
  • the previously explained frequency generator device can also be signal-coupled with the lock-in amplifier device, in particular with a reference frequency input of the lock-in amplifier device.
  • the lock-in amplifier device can amplify or provide the portions of the output signal of the device for detecting the intensity of the scattered component, which have the same frequency as the reference signal. Since the reference signal has the frequency with which the scattering by the further signal also occurs, in particular the scattered component can be amplified or provided while the components not scattered by the further signal are reduced or eliminated.
  • This is a first signal with a first
  • Frequency is coupled into the examination subject, wherein a further signal is coupled with a further frequency in the examination subject, wherein the further
  • Frequency is different from the first frequency.
  • the first and / or the further signal are coupled into the examination subject such that the first and further signals are superimposed in at least one partial area of the examination subject.
  • the first and the further signal can be coupled into the examination subject in such a way that the signals intersect at the intersection angle already explained above.
  • an intensity of a scattered portion of the first signal is detected, wherein the scattered portion is a portion of the first signal scattered by the further signal.
  • an intensity of the non-scattered portion of the first signal is detected, wherein the non-scattered portion is a portion of the first signal not scattered by the further signal.
  • the first frequency and / or the further frequency and / or the cutting angle is / are adjusted such that the intensity of the scattered portion is maximized or maximized.
  • the first frequency and / or the further frequency and / or the cutting angle is / are set such that the intensity of the non-scattered component is / is minimized.
  • the change of a frequency also corresponds to the change of the corresponding wavelength.
  • further measuring conditions can remain constant.
  • only the further frequency is adjusted such that the intensity of the scattered component is or is maximized and / or the intensity of the non-scattered component is minimal or minimized, the first frequency and the cutting angle being constant.
  • the at least one mechanical property is determined as a function of the first frequency or the wavelength of the first signal, the cutting angle and the further frequency or the wavelength of the further signal for which the intensity of the scattered component is at a maximum and / or the intensity of the non-scattered proportion is minimal.
  • the mechanical property can be determined as previously explained. In particular, depending on the wavelength of the first signal, the cutting angle, a desired atomic number and the frequency of the further signal a
  • Propagation speed of the other signal to be determined in the examination object can be determined as a function of the propagation speed and a predetermined or determinable density.
  • the coupling of the further signal takes place with a predetermined coupling frequency. This has also been explained above.
  • the detected intensity is amplified with a lock-in amplifier.
  • a frequency of a reference signal corresponds to Lock-in amplifier of the injection frequency. This has also been explained above.
  • the first signal is coupled into different regions, in particular into different depth planes, of the examination subject. This has also been explained above.
  • the proposed device is designed such that with the
  • a biological tissue in particular a cornea of an eye is detectable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a diffraction geometry of the first signal on a sound grid, which consists of density fluctuations of a sound wave passing through an object to be examined,
  • Fig. 2 shows a possible embodiment of a device according to the invention with a mirror gonioscope
  • Fig. 3 shows an embodiment of the device according to the invention, similar to Fig. 2, with a block diagram.
  • FIG. 1 schematically shows diffraction effects of a first signal 3 on a sound grid 50, wherein the sound grid 50 is generated by an ultrasonic signal which is coupled into an examination subject.
  • the sound grid 50 is represented by grid lines 1, which are spaced apart by a distance 2.
  • the distance 2, in which the grid lines 1 of the acoustic grating 50 are spaced apart, corresponds to a wavelength of the ultrasonic signal.
  • An ultrasound standard 4 represents the Main propagation direction of the ultrasonic signal, which generates density fluctuations in the form of the sound grid 50 in the examination subject.
  • An infrared signal is indicated by an arrow 3, which at the same time also the
  • Main radiation direction of the infrared signal represents.
  • the infrared signal is coupled at a predetermined angle ⁇ to the ultrasound standard 4 in the examination subject and scattered on the grid lines 1 of the acoustic grating 50, so that a scattered portion 6 of the infrared signal is formed.
  • the scattered portion 6 of the infrared signal 3 has a maximum intensity.
  • a device according to the invention is shown schematically.
  • the device is used to determine a mechanical property of the cornea 7 of an eye, which represents an examination subject.
  • the device comprises a mirror gonioscope 40 which is placed on the cornea 7 of the eye e.g. is placed over an ultrasound gel 16.
  • the mirror gonioscope 40 has two prisms 9 which are symmetrical to a vertical one
  • center axis 70 of the mirror gonioscope 40 are arranged.
  • lateral surfaces 8a of the prisms 9 mirror 8 are arranged.
  • the mirror gonioscope 40 further has the lateral surfaces 41, which are arranged parallel to one another and extend parallel to the vertical central axis 70 of the mirror gonioscope 40.
  • this beveled lateral surfaces which are arranged at a predetermined angle of for example 45 ° with respect to the lateral surfaces 41 beveled.
  • the mirror 8 and the externa ßeren lateral surfaces 8a of the prisms 9 are arranged.
  • the mirror gonioscope 40 has an opening in which the eye is located when the mirror gonioscope 40 is placed on the eye.
  • the lateral surface 8a of the prism 9 may be mirrored or not mirrored. If the lateral surface 8a of the prism 9 is not mirrored, the prism 9 can rest against the mirror 8 with the lateral surface 8a. It is important that the first signal 3 can be reflected on the lateral surfaces 8a of the prism 9 in order to couple into the cornea 7.
  • the device comprises a signal source (not shown) for generating the infrared signal.
  • This signal source can couple the infrared signal into a means 14 for guiding the beam of the infrared signal, for example a glass fiber.
  • the infrared signal leaves the means 14 for beam guidance via a decoupling element 10 and is applied to the Spiegelgioscope 40, in particular to the previously discussed prism 9, blasted.
  • the first signal 3 impinges on one of the prisms 9, which is designed in particular as a PMMA prism, and is coupled into the cornea 7 of the eye.
  • the infrared signal is irradiated on one of the prisms 9, the infrared signal is reflected at a previously known reflection angle.
  • the infrared signal may be reflected such that it extends substantially across the eye.
  • the radiated by the eye infrared signal is reflected again with a known reflection angle.
  • the central center axis 70 may be parallel to the pupil axis.
  • the device comprises an ultrasound transducer 13, which is placed on the cornea 7 of the eye via an ultrasound gel 16.
  • An ultrasound standard 4 (see FIG. 1) may be oriented parallel or at an angle to the central center axis 70.
  • the direction of propagation of the infrared signal and the orientation of the ultrasound standards in the eye are adjusted such that an intersection angle not equal to 90 ° results between the propagation directions of the infrared signal and the ultrasound signal.
  • the infrared signal is radiated parallel to the central central axis 70 on one of the prisms 9 and reflected at a reflection angle of, for example, 90 ° and coupled into the eye
  • the ultrasonic transducer 13 is set up such that the ultrasound normal obliquely, ie not parallel to the central central axis 70th is oriented.
  • the ultrasonic transducer 13 couples sound waves over the cornea 7, so
  • Density variations with corresponding sound grid 50 are formed in the cornea 7.
  • the infrared signal is scattered on or through the sound grid 50.
  • the filter element 1 1 is designed in particular as an inverse pinhole.
  • the filter element 1 1 leaves only the scattered share 17 of the infrared signal to a photodiode 12 pass.
  • the filter element 1 1 is designed such that of the photodiode 12, only the first diffraction order of the scattered portion 17 of the infrared signal is detected.
  • the filter element 1 1 prefferably be configured in such a way that one or more diffraction orders of the scattered component 17 of the infrared signal that are different from the first diffraction order are detected by the photodiode 12.
  • the filter element 1 1 prefferably be configured in such a way that one or more diffraction orders of the scattered component 17 of the infrared signal that are different from the first diffraction order are detected by the photodiode 12.
  • the photodiode 12 produces an output signal whose magnitude or intensity is proportional to the intensity of the signal radiated onto the photodiode 12 and thus proportional to the intensity of the scattered portion.
  • Fig. 3 is a block diagram of a device according to the invention is shown.
  • the device comprises a lock-in amplifier 20.
  • the lock-in amplifier 20 has a signal connection 35 to the photodiode 12 and a further signal connection 36 to a reference signal generator 21.
  • the reference signal generator 21 is connected via a
  • Signal connection 37 connected to a function generator 23.
  • the function generator 23 is connected via a signal connection 30 with the ultrasonic transducer 13 and via a further signal connection 38 with an oscilloscope 22.
  • the device comprises a first signal source 24, in particular a
  • the function generator 23 generates a function signal having an ultrasonic frequency, e.g. 8 MHz. By the oscilloscope 22, the generated function signal is displayed.
  • an ultrasonic frequency e.g. 8 MHz.
  • Ultrasonic transducer 13 generates according to the function signal, an ultrasonic signal which is coupled into the eye.
  • the reference signal generator 21 generates a reference signal. That of the
  • Function generator 23 generated function signal is modulated with the reference signal. This causes the ultrasonic transducer periodically, in particular with the Reference frequency, is activated. As a result, the ultrasound signal is coupled into the eye only periodically and not constantly.
  • This reference frequency is in particular smaller than the frequency of the function signal. For example, it is in the range of 5 Hz to 5 MHz.
  • the reference signal is transmitted via the
  • Signal connection 36 is transmitted to the lock-in amplifier 20 and serves as a reference signal of the lock-in amplifier 20.
  • the lock-in amplifier 20 also receives an outside
  • the lock-in amplifier 20 amplifies only the signal component of the output signal of the photodiode 12 whose frequency coincides with the frequency of the reference signal.
  • the frequency of the function signal is changeable.
  • this frequency can be adjusted so that the intensity of the output signal of the photodiode 12 and the signal amplified by the lock-in amplifier 20 is maximum.
  • the maximum intensity may denote the intensity that is greatest in comparison to the intensities that occur at other frequencies of the functional signal (and thus the ultrasound signal).
  • Output signal of the photodiode 12 and the signal amplified by the lock-in amplifier 20 is maximum, then, as previously explained, the mechanical property of the eye, in particular the compression modulus, the cornea 7 can be determined.
  • the first signal source and / or the decoupling element 10 may be movable in a spatial direction which is oriented orthogonal to the central central axis 70 shown in FIG. 2.
  • the movement can take place along an axis which lies in the plane of the drawing illustrated in FIG.
  • the movement can take place here by a positioning device, not shown. Due to the beam direction change caused by the mirror gonioscope 40, the first signal in. Can be caused by such movement
  • the cornea 7 are coupled into the eye.
  • the mechanical property can be determined spatially resolved.
  • the reference signal generator 21 and the photodiode 12 respectively signal technically connected to the oscilloscope 22.
  • the output signal produced by the photodiode 12 and thus its intensity, in particular the maximum intensity can be represented by means of the oscilloscope 22.
  • the modulated further signal and the reference signal can be displayed by means of the oscilloscope 22.
  • a device for frequency determination This may, for example, be signal-connected to the means 14 for beam guidance in order to determine a frequency of the infrared signal, in particular if this is variable.
  • a device can be for example a Wavelengthmeter or a spectrometer.

Abstract

The invention relates to a device and a method for determining at least one mechanical property of an examined object. The device has the following: a first signal source for generating a first signal which has a first frequency and which can be coupled into the examined object; an additional signal source for generating an additional signal which has an additional frequency that differs from the first frequency, said additional frequency being modifiable, wherein the additional signal can be coupled into the examined object such that the first and additional signal overlap in at least one sub-region of the examined object; and a device for detecting an intensity of a scattered portion (6) of the first signal, said scattered portion (6) being a first signal portion which is scattered by the additional signal.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mechanischen Eigenschaft eines Untersuchungsobjekts  Apparatus and method for determining at least one mechanical property of an examination subject
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mechanischen Eigenschaft eines Untersuchungsobjekts. The invention relates to a device and a method for determining at least one mechanical property of an examination subject.
Eine nicht-invasive Bestimmung von mechanischen Eigenschaften von Materialien, z.B. Gewebe in der Medizintechnik, insbesondere in der Augenheilkunde, ist wünschenswert. Insbesondere bei der Diagnose von Hornhauterkrankungen, z. B. dem Keratokonus, anderen Hornhautdystrophien oder der Bestimmung des intraokularen Druckes, kann die nicht invasive Bestimmung von biomechanischen Eigenschaften des Auges hilfreich sein. Non-invasive determination of mechanical properties of materials, e.g. Tissue in medical technology, in particular in ophthalmology, is desirable. In particular, in the diagnosis of corneal diseases, z. As the keratoconus, other corneal dystrophies or the determination of intraocular pressure, the non-invasive determination of biomechanical properties of the eye may be helpful.
Es ist bekannt, rheologische Eigenschaften von Gewebe im Allgemeinen und insbesondere von Kompartimenten des Auges, z. B. der Hornhaut, in Abhängigkeit des physikalischen Effekts der Brillouin-Streuung zu bestimmen. Dies ist beispielsweise in den Druckschriften von Scarcelli et al.„Brillouin Optical Microscopy for Corneal Biomechanics", Invest It is known rheological properties of tissue in general, and in particular of compartments of the eye, z. As the cornea, depending on the physical effect of Brillouin scattering to determine. This is described, for example, in the publications by Scarcelli et al., "Brillouin Optical Microscopy for Corneal Biomechanics", Invest
Ophthalmol Vis Sei., vol. 53(1 ):185-90, 2012 sowie Berovic et al. "Observation of Brillouin Scattering from Single muscle fibres", European Biophysical Journal, vol. 17, 69-74, 1989 und Vaughan et al. "Brillouin scattering, density and elastic properties of the lens and Cornea of the eye". Nature vol. 284, 489-491 , 1980 beschrieben. Die rheologischen Eigenschaften werden hierbei in Abhängigkeit einer Frequenzverschiebung zwischen dem einfallenden Licht und zumindest einem Teil des gestreuten Lichts bestimmt. Als technologische Ophthalmol Vis Sei., Vol. 53 (1): 185-90, 2012 and Berovic et al. "Observation of Brillouin Scattering from Single Muscle Fibres", European Biophysical Journal, vol. 17, 69-74, 1989 and Vaughan et al. "Brillouin scattering, density and elastic properties of the lens and cornea of the eye". Nature vol. 284, 489-491, 1980. The rheological properties are determined as a function of a frequency shift between the incident light and at least a portion of the scattered light. As technological
Herausforderung ergibt sich jedoch, dass parasitäre Streueffekte das eigentliche Streusignal stark überlagern und unbrauchbar machen können. Sehr aufwändige spektroskopische Methoden ermöglichen zwar die Unterdrückung dieser parasitären Signale und die The challenge, however, is that parasitic scattering effects can greatly overlay the actual scattered signal and render it unusable. Although very complex spectroscopic methods allow the suppression of these parasitic signals and the
Durchführung von Messungen. Dennoch ist die Messgeschwindigkeit gering und der Aufwand für eine Anwendung in der klinischen Praxis hoch. Carrying out measurements. Nevertheless, the measurement speed is low and the cost of an application in clinical practice is high.
Aus der Veröffentlichung von Reiß et al.„Ex Vivo Measurement of Postmortem Tissue Changes in the Crystalline Lens by Brillouin Spectroscopy and Confocal Reflectance Microscopy", IEEE translations on bio-medical engineering. Vol. 59, 2348-2354, 2012 ist bekannt, dass ein hochdispersives Vielstrahlinterferometer die Messung und Bestimmung von biomechanischen Eigenschaften unter Verringerung der Messzeiten ermöglicht, jedoch der experimentelle Aufwand sehr hoch ist. Als problematisch bei der Messung von biologischem Gewebe im Allgemeinen und insbesondere an der Hornhaut des Auges erwies sich, dass zusätzlich zum Brillouin-Signal ein weiteres Streusignal entsteht, das um It is known from the publication by Reiß et al., "Ex Vivo Measurement of Postmortem Tissue Changes in the Crystalline Lens by Brillouin Spectroscopy and Confocal Reflectance Microscopy", IEEE translations on bio-medical engineering, Vol. 59, 2348-2354, 2012 A highly dispersive multibeam interferometer allows the measurement and determination of biomechanical properties while reducing the measurement times, but the experimental effort is very high Biological tissue in general, and in particular on the cornea of the eye proved that in addition to the Brillouin signal, a further stray signal is produced, the order
Größenordnungen die Intensität des Brillouin-Signals übersteigt. Nur mittels einer aufwändigen spektroskopischen Methode war es möglich Brillouin-Spektroskopie an Magnitudes exceeds the intensity of the Brillouin signal. Only by means of a complex spectroscopic method was it possible to use Brillouin spectroscopy
Augenkompartimenten durchzuführen. Dies ist in den Veröffentlichungen von Reiß et al. „Spatially resolved Brillouin spectroscopy to determine the rheological properties of the eye lens", Biomedical Optics Express. Vol. 2, 2144-2159, 201 1 und Scarcelli et al.„In vivo Brillouin optical microscopy of the human eye", Optics Express, Vol. 20, 9197-9202, 2012 beschrieben. Ophthalmic compartments. This is described in the publications by Reiß et al. Biomedical Optics Express, Vol. 2, 2144-2159, 201 1 and Scarcelli et al., "In Vivo Brillouin Optical Microscopy of the Human Eye", Optics Express, "Spatially resolved Brillouin spectroscopy to determine the rheological properties of the eye lens." Vol. 20, 9197-9202, 2012.
Die DE 10 2013 21 1 854.6 (noch nicht veröffentlicht) beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung einer spektralen Änderung von gestreutem Licht relativ zum einfallenden Licht, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle, ein Filterelement und eine Einrichtung zur Erfassung eines Spektrums umfasst. Mittels der Lichtquelle ist monochromatisches Licht mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugbar und auf eine Probe strahlbar, wobei mittels des DE 10 2013 21 1 854.6 (not yet published) describes an apparatus for determining a spectral change of scattered light relative to the incident light, the apparatus comprising a light source, a filter element and a means for detecting a spectrum. By means of the light source monochromatic light with a predetermined frequency can be generated and radiated to a sample, wherein by means of
Filterelements von der Probe gestreutes Licht filterbar ist. Mittels der Einrichtung zur Erfassung eines Spektrums ist gefiltertes Licht erfassbar und das Spektrum des gefilterten Lichts bestimmbar, wobei die spektrale Änderung in Abhängigkeit des Spektrums Filter element scattered light from the sample is filterable. By means of the device for detecting a spectrum filtered light can be detected and the spectrum of the filtered light can be determined, the spectral change depending on the spectrum
bestimmbar ist. Das Filterelement ist als Bandsperrfilter ausgebildet, wobei eine is determinable. The filter element is designed as a band stop filter, wherein a
Halbwertbreite des Bandsperrfilters kleiner als eine vorbestimmte maximale Breite gewählt wird, wobei die maximale Breite zumindest in Abhängigkeit der vorbestimmten Frequenz gewählt wird. Half width of the band rejection filter is selected to be smaller than a predetermined maximum width, wherein the maximum width is selected at least in dependence on the predetermined frequency.
Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mechanischen Eigenschaft eines Untersuchungsobjekts zu schaffen, die eine zuverlässige und genaue Bestimmung der mechanischen Eigenschaft ermöglichen, wobei gleichzeitig der benötigte Zeitaufwand für die Inbetriebnahme und Durchführung der Bestimmung verringert wird. The technical problem arises of providing a device and a method for determining at least one mechanical property of an object to be examined, which allow a reliable and accurate determination of the mechanical property, while at the same time reducing the time required for the start-up and execution of the determination.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer mechanischen Eigenschaft eines Untersuchungsobjekts. Die mechanische Eigenschaft kann insbesondere der Kompressionsmodul sein. Selbstverständlich können auch andere oder mehr als eine mechanische Eigenschaft bestimmt werden, beispielsweise (noch) die Schallgeschwindigkeit im Untersuchungsobjekt. Das Untersuchungsobjekt kann aus menschlichem oder tierischem Gewebe bestehen. Beispielsweise kann das Untersuchungsobjekt ein Auge oder ein Teil davon sein. Proposed is a device for determining at least one mechanical property of an examination object. The mechanical property may in particular be the compression modulus. Of course, other or more than one mechanical property can be determined, for example (still) the speed of sound in the examination subject. The examination object can consist of human or animal tissue. For example, the examination object may be an eye or a part thereof.
Insbesondere kann das Untersuchungsobjekt die Hornhaut des Auges sein. In particular, the examination subject may be the cornea of the eye.
Selbstverständlich ist die Erfindung aber nicht auf diese Art von Untersuchungsobjekten begrenzt. Beispielsweise kann ein Untersuchungsobjekt auch gasförmig, flüssig oder fest sein. Insbesondere kann es z.B. auch ein Polymer sein. Of course, the invention is not limited to this type of examination objects. For example, an examination object can also be gaseous, liquid or solid. In particular, it may e.g. also be a polymer.
Die Vorrichtung weist eine erste Signalquelle zum Erzeugen eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz auf. Das erste Signal ist in das Untersuchungsobjekt einkoppelbar. Somit kann die erste Signalquelle derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass das erzeugte erste Signal in das Untersuchungsobjekt einkoppelbar ist. Beispielsweise kann das erste Signal in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt werden. Auch kann die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Einkopplung des erzeugten ersten Signals in das The device has a first signal source for generating a first signal having a first frequency. The first signal can be coupled into the examination object. Thus, the first signal source can be arranged and / or configured such that the generated first signal can be coupled into the examination subject. For example, the first signal can be radiated into the examination subject. The device can also have at least one means for coupling the generated first signal into the
Untersuchungsobjekt umfassen. Include examination object.
Dieses erste Signal kann insbesondere monochromatisches Licht mit einer vorbestimmten Frequenz sein. Die erste Frequenz kann veränderbar, insbesondere einstellbar, sein. Z.B. kann die vorbestimmte Frequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich einstellbar sein. Insbesondere ist die erste Signalquelle eine Laserquelle. This first signal may in particular be monochromatic light with a predetermined frequency. The first frequency can be variable, in particular adjustable. For example, For example, the predetermined frequency may be adjustable in a predetermined frequency range. In particular, the first signal source is a laser source.
Die Frequenz(en) des ersten Signals und/oder das Untersuchungsobjekt sollten The frequency (s) of the first signal and / or the examination subject should
insbesondere derart gewählt sein, dass das Untersuchungsobjekt für das erste und das weitere Signal zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, transparent ist. in particular be selected such that the examination object for the first and the further signal is at least partially, preferably completely, transparent.
Die Vorrichtung weist weiter eine weitere Signalquelle zum Erzeugen eines weiteren Signals mit einer weiteren Frequenz auf. Die weitere Frequenz ist von der ersten Frequenz verschieden. Die weitere Frequenz kann ebenfalls veränderbar, insbesondere einstellbar, sein. So kann die Frequenz des mindestens einen weiteren Signals in einem bestimmten Frequenzbereich veränderbar sein. The device further comprises a further signal source for generating a further signal with a further frequency. The other frequency is different from the first frequency. The further frequency can also be changed, in particular adjustable. Thus, the frequency of the at least one further signal in a certain frequency range can be changed.
Das weitere Signal kann insbesondere ein Ultraschallsignal sein. So kann die zweite Signalquelle zumindest ein Piezoelement zur Erzeugung des weiteren Signals umfassen. The further signal may in particular be an ultrasound signal. Thus, the second signal source may comprise at least one piezoelectric element for generating the further signal.
Das erste und das weitere Signal ist derart in das Untersuchungsobjekt einkoppelbar, dass sich das erste und weitere Signal in zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsobjekts überlagern. Somit kann die weitere Signalquelle derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass das erzeugte weitere Signal in das Untersuchungsobjekt entsprechend einkoppelbar ist. Insbesondere kann auch das weitere Signal in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt werden. Auch kann die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur entsprechenden Einkopplung des erzeugten weiteren Signals in das Untersuchungsobjekt umfassen. The first and the further signal can be coupled into the examination subject such that the first and further signals are superimposed in at least one subarea of the examination subject. Thus, the further signal source can be arranged and / or designed such that the generated further signal can be coupled into the examination subject correspondingly. In particular, the further signal can also be radiated into the examination subject. The device may also comprise at least one means for corresponding coupling of the generated further signal into the examination subject.
Der Begriff „Überlagern" kann ein räumliches Überlagern bedeuten. Insbesondere kann „Überlagern" aber bedeuten, dass die beiden Signale derart in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt werden, dass mindestens eine Signaleigenschaft des ersten Signals bei Anwesenheit des weiteren Signals verändert wird. Die Signaleigenschaft kann insbesondere eine Strahlrichtung des ersten Signals oder eines Anteils davon sein. So kann die mindestens eine Signaleigenschaft des ersten Signals durch das weitere Signal oder durch Effekte, die das zweite Signal im Untersuchungsobjekt bewirkt, verändert werden. The term "overlay" can mean a spatial overlay, but in particular "overlaying" can mean that the two signals are coupled into the examination object in such a way that at least one signal property of the first signal is changed in the presence of the further signal. In particular, the signal property may be a beam direction of the first signal or a portion thereof. Thus, the at least one signal property of the first signal can be changed by the further signal or by effects which causes the second signal in the examination subject.
Insbesondere kann das erste Signal durch das weitere Signal gestreut werden. In particular, the first signal can be scattered by the further signal.
Hierbei kann das erste und das weitere Signal derart in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt werden, dass sich die Signale unter einem vorbestimmten oder bestimmbaren Schnittwinkel schneiden. Der Schnittwinkel kann hierbei einen Winkel zwischen den In this case, the first and the further signal can be coupled into the examination subject such that the signals intersect at a predetermined or determinable intersection angle. The cutting angle can be an angle between the
Ausbreitungsrichtungen der Signale bezeichnen. Der Schnittwinkel ist hierbei ungleich 90°. Bevorzugt weicht der Winkel jedoch maximal um vorbestimmtes geringes Maß von 900 ab, beispielsweise um nicht mehr als 0.1 °, 0.2 °, 0.5° oder 1 °. Beispielsweise kann der Designate propagation directions of the signals. The cutting angle is not equal to 90 °. Preferably, however, the angle deviates from a maximum to predetermined low level 90 is 0, for example, not more than 0.1 °, 0.2 °, 0.5 ° or 1 °. For example, the
Schnittwinkel 89.9 ° betragen. Alternativ kann der Schnittwinkel in einem Bereich um 90° herum liegen, beispielsweise in einem Bereich von 45° bis 135°, jedoch nicht 90° entsprechen. Cutting angle 89.9 °. Alternatively, the cutting angle may be in a range around 90 °, for example, in a range of 45 ° to 135 °, but not 90 °.
Der Schnittwinkel kann hierbei veränderbar, insbesondere einstellbar, sein. Hierzu kann z.B. eine Lage und/oder Ausrichtung der ersten und/oder der weiteren Signalquelle verändert werden, beispielsweise manuell und/oder aktorgestützt. The cutting angle can in this case be changeable, in particular adjustable. For this, e.g. a position and / or orientation of the first and / or the further signal source are changed, for example manually and / or actuator-supported.
Weiter umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität eines gestreuten Anteils des ersten Signals, wobei der gestreute Anteil ein durch das weitere Signal gestreuter Anteil des ersten Signals ist. Das Merkmal, dass ein Anteil des ersten Signals durch das weitere Signal gestreut wird, umfasst hierbei den Fall, dass ein Anteil des ersten Signals durch Effekte, die durch das zweite Signal im Untersuchungsobjekt bewirkt werden, gestreut wird. Insbesondere kann das erste Signal aufgrund von The apparatus further comprises means for detecting an intensity of a scattered portion of the first signal, the scattered portion being a portion of the first signal dispersed by the further signal. The feature that a portion of the first signal is scattered by the further signal in this case includes the case that a portion of the first signal is scattered by effects caused by the second signal in the examination subject. In particular, the first signal may be due to
Dichteschwankungen im Untersuchungsobjekt gestreut werden, wobei die Density variations are scattered in the study object, the
Dichteschwankungen durch das weitere Signal bewirkt werden. Durch die Density variations caused by the further signal. By the
Dichteschwankungen kann insbesondere ein so genanntes Dichte- oder Schallgitter im Untersuchungsobjekt ausgebildet werden. Density variations can be formed in particular a so-called density or sound grid in the examination object.
Alternativ oder kumulativ umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität eines nicht-gestreuten Anteils des ersten Signals, wobei der nicht-gestreute Anteil ein nicht durch das weitere Signal gestreuter Anteil des ersten Signals ist. Alternatively or cumulatively, the apparatus comprises means for detecting an intensity of a non-scattered portion of the first signal, the non-scattered portion being a portion of the first signal not scattered by the further signal.
Es ist möglich, dass eine gemeinsame Einrichtung zur Erfassung einer Intensität sowohl die Intensität des gestreuten Anteils als auch des nicht-gestreuten Anteils erfasst, wobei dann die Intensität des gestreuten Anteils und/oder des nicht-gestreuten Anteils aus der It is possible that a common means for detecting an intensity detects both the intensity of the scattered fraction and the non-scattered fraction, in which case the intensity of the scattered fraction and / or the non-scattered fraction is determined from the scattered fraction
Gesamtintensität bestimmt werden kann, z.B. rechnerisch. Total intensity can be determined, e.g. calculation.
Auch kann entweder eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des gestreuten Anteils oder eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des nicht-gestreuten Anteils vorgesehen sein, wobei die Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des gestreuten Anteils nur die Intensität des gestreuten Anteils erfasst, wobei die Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des nicht-gestreuten Anteils nur die Intensität des nicht-gestreuten Anteils erfasst. Also, either means for detecting an intensity of the scattered portion or means for detecting an intensity of the non-scattered portion may be provided, wherein the means for detecting an intensity of the scattered portion detects only the intensity of the scattered portion, the means for detecting an intensity of the non-scattered share, only the intensity of the non-scattered share.
Selbstverständlich können auch sowohl eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des gestreuten Anteils oder eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des nicht-gestreuten Anteils vorgesehen sein, wobei die Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des gestreuten Anteils nur die Intensität des gestreuten Anteils erfasst, wobei die Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des nicht-gestreuten Anteils nur die Intensität des nicht-gestreuten Anteils erfasst. Of course, both means for detecting an intensity of the scattered portion or means for detecting an intensity of the non-scattered portion may be provided, wherein the means for detecting an intensity of the scattered portion detects only the intensity of the scattered portion, wherein the means for Recording an intensity of the non-scattered portion only the intensity of the non-scattered share recorded.
Insbesondere kann eine Einrichtung zur Erfassung der Intensität derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass nur die Intensität des gestreuten Anteils oder nur des nicht-gestreuten Anteils erfassbar ist. In particular, a device for detecting the intensity can be designed and / or arranged such that only the intensity of the scattered fraction or only of the non-scattered fraction can be detected.
Die Einrichtung zur Erfassung der Intensität kann dann ein Ausgangssignal erzeugen, welches die Intensität repräsentiert. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann die Frequenz des ersten Signals und/oder die Frequenz des weiteren Signals und/oder der Schnittwinkel verändert werden, bis die erfasste Intensität des gestreuten Anteils maximal ist und/oder die Intensität des nicht-gestreuten Anteils minimal ist. Ist die Frequenz veränderbar, so ist selbstverständlich auch die zur Frequenz korrespondierende Wellenlänge veränderbar. Weiter kann die mindestens eine mechanische Eigenschaft in Abhängigkeit einer Frequenz bzw. Wellenlänge des ersten Signals und/oder einer Frequenz bzw. Wellenlänge des weiteren Signals und/oder des Schnittwinkels bestimmbar sein, für die die erfasste Intensität des gestreuten Anteils maximal ist und/oder die Intensität des nicht-gestreuten Anteils minimal ist. The means for detecting the intensity may then generate an output signal representing the intensity. As explained in more detail below, the frequency of the first signal and / or the frequency of the further signal and / or the intersection angle can be changed until the detected intensity of the scattered component is maximum and / or the intensity of the non-scattered component is minimal. If the frequency can be changed, it goes without saying that the wavelength corresponding to the frequency can also be changed. Furthermore, the at least one mechanical property can be determinable as a function of a frequency or wavelength of the first signal and / or a frequency or wavelength of the further signal and / or the intersection angle for which the detected intensity of the scattered component is maximum and / or the Intensity of the non-scattered portion is minimal.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaft umfassen. Mittels der Auswerteeinrichtung kann die Intensität des gestreuten Anteils und/oder des nicht-gestreuten Anteils des ersten Signals auswertbar und die vorhergehend beschriebene Bestimmung der mechanische Eigenschaft durchführbar sein. Furthermore, the device may comprise an evaluation device for determining the mechanical property. By means of the evaluation device, the intensity of the scattered component and / or the non-scattered component of the first signal can be evaluated and the previously described determination of the mechanical property can be carried out.
Die Erfindung nutzt die Interferenz von Wellen des ersten Signals bei Streuung durch das weitere Signal, insbesondere durch das vom weiteren Signal im Untersuchungsobjekt erzeugte Dichtegitter. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Intensität des gestreuten Anteils maximal ist und/oder die Intensität des nicht-gestreuten Anteils minimal ist, wenn die so genannte Bragg-Bedingung erfüllt ist. In diesem Fall kann aus der Bragg- Bedingung in Abhängigkeit der Wellenlänge des ersten Signals, eines Schnittwinkels der Signale sowie einer gewünschte Ordnungszahl die Wellenlänge des weiteren Signals im Untersuchungsobjekt bestimmt werden. Die Wellenlänge des ersten Signals, des The invention uses the interference of waves of the first signal when scattered by the further signal, in particular by the density grating generated by the further signal in the examination subject. It can be assumed that the intensity of the scattered portion is maximum and / or the intensity of the non-scattered portion is minimal when the so-called Bragg condition is satisfied. In this case, the wavelength of the further signal in the examination subject can be determined from the Bragg condition as a function of the wavelength of the first signal, an intersection angle of the signals and a desired ordinal number. The wavelength of the first signal, the
Schnittwinkels der Signale sowie die Ordnungszahl können bekannt oder mittels geeigneter Verfahren bestimmbar sein. Die Ordnungszahl kann vorzugsweise Eins betragen. Cutting angle of the signals and the ordinal number can be known or be determined by suitable methods. The ordinal number may preferably be one.
In Abhängigkeit der Wellenlänge des ersten Signals, der Frequenz des weiteren Signals, des Schnittwinkels sowie einer Ordnungszahl kann dann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des weiteren Signals im Untersuchungsobjekt bestimmt werden. Weiter kann in Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit die mechanische Eigenschaft bestimmt werden. Vorzugsweise kann als mechanische Eigenschaft der Kompressionsmodul bestimmt werden, welcher in Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit und einer Dichte des Untersuchungsobjekts bestimmt werden kann. Die Dichte kann bekannt oder mittels eines geeigneten Verfahrens bestimmbar sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann das erste Signal ein Lasersignal und das weitere Signal ein Ultraschallsignal sein. Die nachfolgenden Ausführungen sind auf diese Signale bezogenen, können jedoch als beispielhaft für die Verwendung beliebiger Signale verstanden werden. Das Untersuchungsobjekt kann mit Ultraschallwellen beaufschlagt werden, sodass im Gewebe ein sogenanntes Schallgitter erzeugt wird. Dieses Schallgitter besteht in den Dichteschwankungen einer das Untersuchungsobjekt durchlaufenden Schallwelle. Die Schallwelle bewirkt im Untersuchungsobjekt eine periodische Änderung der Dichte und damit eine periodische Modulation des Brechungsindexes. Die Linien des Gitters sind voneinander mit einem Abstand, der einer Wellenlänge Xus der Ultraschallwelle entspricht, beabstandet. Dabei ist die Wellenlänge XUs mit der Schallgeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit) Cus und der Schallfrequenz fus wie folgt verknüpft: us=Cus / fus (Formel l ). Depending on the wavelength of the first signal, the frequency of the further signal, the intersection angle and an ordinal number, the propagation speed of the further signal in the examination object can then be determined. Furthermore, depending on the propagation velocity, the mechanical property can be determined. Preferably, the mechanical modulus of the compression modulus can be determined, which can be determined as a function of the propagation velocity and a density of the examination subject. The density may be known or determinable by a suitable method. As explained in more detail below, the first signal may be a laser signal and the further signal may be an ultrasound signal. The following explanations are related to these signals, but may be understood as exemplary of the use of any signals. The examination object can be acted upon by ultrasonic waves, so that a so-called sound grid is generated in the tissue. This sound grid consists in the density fluctuations of a sound wave passing through the object under investigation. The sound wave causes in the examination object a periodic change in density and thus a periodic modulation of the refractive index. The lines of the grating are spaced from each other by a distance corresponding to a wavelength Xus of the ultrasonic wave. The wavelength X U s is linked to the speed of sound (propagation velocity) Cus and the sound frequency f us as follows: u s = cus / fus (formula 1).
Wird nun in das Untersuchungsobjekt das Lasersignal eingestrahlt, so wird das Lasersignal durch die Dichteschwankungen gestreut. Unter Einhaltung der Bragg-Bedingung lässt sich ein mathematischer Zusammenhang zwischen der Wellenlänge λ des einfallenden If now the laser signal is irradiated into the examination object, the laser signal is scattered by the density fluctuations. In compliance with the Bragg condition, a mathematical relationship between the wavelength λ of the incident can be
Laserstrahls und der Wellenlänge Xus des Ultraschallsignals herleiten: λυδ=Γηλ / (2sin(90 °- oc)) (Formel 2) wobei oc der Schnittwinkel zwischen Ultraschallsignal und Lasersignal ist und m eine natürliche Zahl ist, die die gewünschte Beugungsordnung angibt. Die Zahl m wird hierbei vorzugsweise als Eins angenommen. Derive the laser beam and the wavelength Xus of the ultrasonic signal: λυ δ = Γηλ / (2sin (90 ° - oc)) (oc) where oc is the intersection angle between the ultrasonic signal and the laser signal and m is a natural number indicating the desired diffraction order. The number m is hereby preferably assumed to be one.
Ist die Bragg-Bedingung erfüllt, führt dies zu einer Interferenzverstärkung des gestreuten Lasersignals. Um die Bragg-Bedingung zu erfüllen, können die Wellenlänge des If the Bragg condition is satisfied, this leads to interference amplification of the scattered laser signal. To meet the Bragg condition, the wavelength of the
Ultraschallsignals, die Wellenlänge des Lasersignals und/oder der Schnittwinkel α verändert werden. Ist einer dieser Parameter oder sind mehrere oder alle Parameter derart eingestellt, dass die Intensität des gestreuten Lasersignals maximal ist, dann lässt sich aus der Ultrasonic signal, the wavelength of the laser signal and / or the cutting angle α are changed. If one of these parameters or several or all parameters are set in such a way that the intensity of the scattered laser signal is maximal, then the
Frequenz des Lasersignals die Schallgeschwindigkeit im Untersuchungsobjekt berechnen, nämlich durch fus (2sin(90°- oc)) (Formel 3) Frequency of the laser signal calculate the speed of sound in the examination subject, namely by f us (2sin (90 ° - oc)) (formula 3)
Daraus lässt sich eine mechanische Eigenschaft des Gewebes, z. B. der This results in a mechanical property of the tissue, for. B. the
Kompressionsmodul, durch Compression module, through
K = (CusA2 x p ) (Formel 4) berechnen, wobei p die Dichte des Untersuchungsobjekts bezeichnet. K = calculate (Cus A 2 xp) (formula 4), where p denotes the density of the object to be examined.
Insgesamt ermöglicht die vorgeschlagene Vorrichtung eine einfache und zeitlich schnell vorzubereitende als auch durchzuführende Bestimmung mindestens einer mechanischen Eigenschaft des Untersuchungsobjekts. Overall, the proposed device enables a simple determination of at least one mechanical property of the examination object which is to be quickly prepared as well as carried out.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Signalführung und/oder -formung des ersten Signals. Selbstverständlich kann die In a further embodiment, the device comprises at least one means for signal routing and / or shaping of the first signal. Of course, the
Vorrichtung auch ein oder mehrere Mittel zur Signalführung und/oder ein oder mehrere Mittel zur Signalformung aufweisen. Device also have one or more signal routing means and / or one or more signal shaping means.
Durch das mindestens eine Mittel zur Signalführung und/oder -formung kann das erste Signal in einen gewünschten Teilbereich des Untersuchungsobjekts mit einer gewünschten Ausbreitungsrichtung eingekoppelt werden. Durch ein Mittel zur Signalführung kann z.B. eine Signalausbreitungsrichtung geändert werden. Durch ein Mittel zur Signalformung kann das Signal z.B. gestreut oder gebündelt werden. By means of the at least one means for signal routing and / or shaping, the first signal can be coupled into a desired subarea of the examination object with a desired propagation direction. By a signal routing means, e.g. a signal propagation direction is changed. By means of signal shaping the signal may e.g. scattered or bundled.
Wenn es sich bei dem ersten Signal um ein Lasersignal handelt, dann kann das Mittel zur Signalführung ein Mittel zur Strahlführung des Lasersignals sein. Dieses Mittel kann z. B. als eine Glasfaser ausgebildet sein oder eine Glasfaser umfassen. Auch kann das Mittel mindestens ein Prisma, eine Linse und/oder mindestens einen Reflektor, beispielsweise einen Spiegel, umfassen. Das Mittel kann direkt oder indirekt, z. B. über ein Kontaktmedium, auf eine Oberfläche des Untersuchungsobjekts aufsetzbar sein. Das Kontaktmedium kann z. B. Ultraschallgel sein. Weiter kann das Mittel zur Signalführung und/oder -formung eine Öffnung oder eine If the first signal is a laser signal, then the means for signal routing can be a means for beam guidance of the laser signal. This agent may, for. B. may be formed as a glass fiber or comprise a glass fiber. The means may also comprise at least one prism, one lens and / or at least one reflector, for example a mirror. The agent may be directly or indirectly, e.g. B. via a contact medium, be placed on a surface of the examination object. The contact medium may, for. B. be ultrasound gel. Further, the means for signal guiding and / or shaping an opening or a
Ausnehmung aufweisen oder ausbilden, in der das Untersuchungsobjekt anordenbar ist. Alternativ kann das mindestens eine Mittel zur Signalführung und/oder -formung an einem Tragelement angeordnet sein, wobei das Tragelement die Öffnung oder Ausnehmung aufweist. In diesem Fall kann auch das Tragelement direkt oder indirekt, z.B. über ein Kontaktmedium, auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts aufsetzbar sein. Have or form recess in which the examination object can be arranged. Alternatively, the at least one means for signal guiding and / or shaping can be arranged on a support element, wherein the support element has the opening or recess. In this case also the support element can be directly or indirectly, e.g. via a contact medium, be placed on the surface of the examination object.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das erste Signal in einen gewünschten Teilbereich des Untersuchungsobjekts mit einer gewünschten Ausbreitungsrichtung eingekoppelt werden kann. This advantageously results in that the first signal can be coupled into a desired subarea of the examination object with a desired propagation direction.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch mindestens ein Mittel zur Signalführung und/oder -formung des weiteren Signals aufweisen. Dieses kann die vorhergehend bezüglich des Mittels zur Signalführung und/oder -formung des ersten Signals erläuterten Of course, the device may also have at least one means for signal routing and / or shaping of the further signal. This may be that previously explained with reference to the signal routing and / or shaping means of the first signal
Eigenschaften aufweisen. Have properties.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mittel zur Strahlführung des ersten Signals ein Gonioskop oder ist als Gonioskop ausgebildet. Ein Gonioskop kann auch als Kontaktglas bezeichnet werden. Das Gonioskop kann hierbei ein oder mehrere reflektierende(n) In a further embodiment, the means for beam guidance of the first signal comprises a gonioscope or is designed as a gonioscope. A gonioscope can also be called a contact lens. The gonioscope can have one or more reflective (s)
Bereich(e) aufweisen. Ein reflektierender Bereich kann z.B. durch einen Spiegel ausgebildet werden. In diesem Fall kann das Gonioskop auch als Spiegelgonioskop bezeichnet werden. Ein reflektierender Bereich kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass das auf den reflektierenden Bereich eingestrahlte erste Signal unter einem gewünschten Have area (s). A reflective area may e.g. be formed by a mirror. In this case, the gonioscope may also be referred to as a mirror gonioscope. A reflective region may be arranged and / or formed such that the first signal radiated onto the reflective region is below a desired one
Reflexionswinkel reflektiert wird. Der Reflexionswinkel kann beispielsweise 89,9° oder auch 90 ° betragen. Anwendungsabhängig können selbstverständlich aber auch andere Reflection angle is reflected. The reflection angle can be, for example, 89.9 ° or even 90 °. Of course, other applications can also be used depending on the application
Reflexionswinkel bereitgestellt werden. Wichtig ist, dass der Reflexionswinkel derart gewählt wird, dass sich ein Schnittwinkel ungleich 90° ergibt. Reflection angle can be provided. It is important that the reflection angle is chosen such that a cutting angle not equal to 90 ° results.
Das Gonioskop kann eine zentrale Öffnung aufweisen, in der das Untersuchungsobjekt, beispielsweise das Auge, anordenbar ist. In diesem Fall kann der mindestens eine reflektierende Bereich um die Öffnung herum angeordnet sein. The gonioscope may have a central opening in which the examination object, for example the eye, can be arranged. In this case, the at least one reflective area may be arranged around the opening.
Durch das Gonioskop kann dann das erste Signal im Wesentlichen senkrecht zu einer zentralen Symmetrieachse des Untersuchungsobjekts in dieses eingekoppelt werden. Ist das Untersuchungsobjekt ein Auge, so kann die zentrale Symmetrieachse die Pupillenachse sein. By the gonioscope then the first signal can be coupled into this substantially perpendicular to a central axis of symmetry of the examination subject. Is this Object to be examined, the central axis of symmetry may be the pupil axis.
Das erste Signal kann über weitere Mittel zur Strahlführung des ersten Signals, z. B. eine Glasfaser, in das Gonioskop einkoppelbar oder einstrahlbar sein. The first signal can be transmitted via further means for beam guidance of the first signal, z. As a glass fiber, can be coupled or einstrahlbar in the gonioscope.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Einkopplung des ersten Signals in das Untersuchungsobjekt, sodass ein gewünschter Schnittwinkel mit dem weiteren Signal gewährleistet werden kann. This results in an advantageous manner a simple and reliable coupling of the first signal in the examination subject, so that a desired cutting angle can be ensured with the other signal.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Einrichtung zur Erfassung einer Intensität mindestens eine Photodiode. Insbesondere kann eine Einrichtung zur Erfassung der Intensität des gestreuten Anteils als auch eine Einrichtung zur Erfassung des nicht- gestreuten Anteils jeweils mindestens eine oder genau eine Photodiode umfassen. In a further embodiment, the means for detecting an intensity comprises at least one photodiode. In particular, a device for detecting the intensity of the scattered component as well as a device for detecting the non-scattered component may each comprise at least one or exactly one photodiode.
Die mindestens eine oder genau eine Photodiode oder eine Anordnung mehrerer The at least one or exactly one photodiode or an arrangement of several
Photodioden kann hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass nur der gestreute Anteil oder nur der nicht-gestreute Anteil des ersten Signals durch die Photodiodes can in this case be designed and / or arranged such that only the scattered portion or only the non-scattered portion of the first signal through the
Photodiode(n) erfasst wird. Photodiode (s) is detected.
Bei einer Einrichtung zur Erfassung der Intensität des nicht-gestreuten Anteils können mindestens zwei oder mehrere Photodioden derart beabstandet angeordnet werden, dass der nicht-gestreute Anteil des ersten Signals zwischen diesen Photodioden hindurchstrahlt, ohne von den Photodioden erfasst zu werden. In a device for detecting the intensity of the non-scattered component, at least two or more photodiodes can be arranged at a distance such that the non-scattered component of the first signal radiates between these photodiodes without being detected by the photodiodes.
Bei einer Einrichtung zur Erfassung der Intensität des gestreuten Anteils kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, auch ein Filterelement optisch vor der/den Photodiode(n) angeordnet sein, welches nur den gestreuten Anteil des ersten Signals durchlässt. In a device for detecting the intensity of the scattered component, as will be explained in more detail below, a filter element may also be arranged visually in front of the photodiode (s), which transmits only the scattered component of the first signal.
Eine Einrichtung zur Erfassung der Intensität des gestreuten als auch des nicht-gestreuten Anteils kann mindestens zwei Photodioden umfassen, wobei eine der Photodioden den gestreuten Anteil und eine Photodiode den nicht-gestreuten Anteil erfasst. Selbstverständlich kann aber auch ein anderer ein- oder zweidimensionaler Sensor verwendet werden, der die Intensität des gestreuten ersten Signals erfasst und ein davon abhängiges Ausgangssignal erzeugt. Auch kann die Einrichtung zur Erfassung der Intensität eine Gesamtintensität des gestreuten als auch des nicht-gestreuten Anteils erfassen, wobei ein Auswertemittel der Einrichtung zur Erfassung der Intensität des gestreuten Anteils dann die Intensität des gestreuten Anteils aus der Gesamtintensität bestimmt. Denkbar ist z.B. dass die Einrichtung zur Erfassung ein Array von mehreren Photodioden, insbesondere einen CCD-Chip oder einen CMOS-Chip, umfasst. A means for detecting the intensity of the scattered as well as the non-scattered portion may comprise at least two photodiodes, wherein one of the photodiodes detects the scattered portion and a photodiode detects the non-scattered portion. Of course, however, another one or two-dimensional sensor can be used which detects the intensity of the scattered first signal and generates a dependent output signal. Also, the means for detecting the intensity may detect an overall intensity of the scattered as well as the non-scattered portion, wherein an evaluation means of the means for detecting the intensity of the scattered fraction then determines the intensity of the scattered fraction from the total intensity. It is conceivable, for example, that the means for detecting an array of a plurality of photodiodes, in particular a CCD chip or a CMOS chip comprises.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Filterelement zum Filtern des gestreuten Anteils und/oder des nicht-gestreuten Anteils des ersten Signals. In a further embodiment, the device comprises at least one filter element for filtering the scattered portion and / or the non-scattered portion of the first signal.
Das mindestens eine Filterelement kann insbesondere dazu dienen, den nicht durch das weitere Signal gestreuten Anteil des ersten Signals, der durch das Untersuchungsobjekt hindurchstrahlt, aus der Signalgesamtheit herauszufiltern. Herausfiltern kann bedeuten, dass eine Intensität des nicht-gestreuten Anteils reduziert, insbesondere vollständig eliminiert wird. In diesem Fall wird nur der gestreute Anteil des ersten Signals von der Einrichtung zur Erfassung der Intensität des ersten Signals detektiert. Das mindestens eine Filterelement kann beispielsweise ein optisches Filterelement sein. Denkbar sind z. B. dem Fachmann bekannte räumlich-optische Filter. Das Filterelement kann dabei ein Teil der Einrichtung zur Erfassung des gestreuten Anteils des ersten Signals sein. The at least one filter element can in particular serve to filter out the portion of the signal signal which is not scattered by the further signal and which radiates through the examination object. Filtering out can mean that an intensity of the non-scattered portion is reduced, in particular completely eliminated. In this case, only the scattered portion of the first signal is detected by the means for detecting the intensity of the first signal. The at least one filter element may for example be an optical filter element. Conceivable z. B. known in the art spatial-optical filter. The filter element may be part of the device for detecting the scattered portion of the first signal.
Entsprechend kann das mindestens eine Filterelement dazu dienen, den durch das weitere Signal gestreuten Anteil des ersten Signals, der durch das Untersuchungsobjekt Accordingly, the at least one filter element can serve to divide the portion of the first signal scattered by the further signal that passes through the examination object
hindurchstrahlt, aus der Signalgesamtheit herauszufiltern. In diesem Fall wird nur der nicht- gestreute Anteil des ersten Signals von der Einrichtung zur Erfassung der Intensität des ersten Signals detektiert. radiates out to filter out the signal aggregate. In this case, only the non-scattered portion of the first signal is detected by the means for detecting the intensity of the first signal.
In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Filterelement als eine inverse Lochblende ausgebildet. Auch kann das Filterelement eine inverse Lochblende umfassen. Die inverse Lochblende kann eine Einrichtung bezeichnen, die in einem zentralen Bereich undurchlässig oder wenig durchlässig für das erste Signal, welches das In a further embodiment, the at least one filter element is designed as an inverse pinhole. Also, the filter element may comprise an inverse pinhole. The inverse pinhole may denote a device which in a central region is impermeable or impermeable to the first signal containing the
Untersuchungsobjekt durchstrahlt, ist. Um den zentralen Bereich herum kann ein für das erste Signal durchlässiger Bereich angeordnet sein. Eine Größe, beispielsweise ein Durchmesser des zentralen Bereichs, kann derart gewählt sein, dass der nicht durch das weitere Signal gestreute Anteil nicht durch den zentralen Bereich der inversen Lochblende strahlen kann. Der durch das weitere Signal gestreute Anteil kann neben dem zentralen Bereich durch die inverse Lochblende strahlen. Selbstverständlich ist bei der Anwendung das Filterelement dementsprechend zu positionieren. Examines examination object is. Around the central region, a region permeable to the first signal can be arranged. One size, for example one Diameter of the central region, may be selected such that the not scattered by the further signal portion can not radiate through the central region of the inverse pinhole. The portion scattered by the further signal may radiate through the inverse pinhole next to the central area. Of course, the filter element is to be positioned accordingly in the application.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Filterung des gestreuten Anteils. This results in an advantageous manner, a simple filtering of the scattered share.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Signal ein Infrarotsignal, insbesondere IR-Lasersignal. Die Frequenz des ersten Signals entspricht insbesondere einer Wellenlänge von 600nm bis 1400 nm. In a preferred embodiment, the first signal is an infrared signal, in particular IR laser signal. The frequency of the first signal corresponds in particular to a wavelength of 600 nm to 1400 nm.
Alternativ, bevorzugt aber kumulativ, ist das weitere Signal ein Ultraschallsignal. Die Alternatively, but preferably cumulatively, the further signal is an ultrasound signal. The
Frequenz des weiteren Signals liegt insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 100 MHz. Frequency of the further signal is in particular in the range of 1 MHz to 100 MHz.
In diesem Fall kann die erste Signalquelle eine Einrichtung zur Erzeugung von Laserlicht sein, während die weitere Signalquelle eine Signalquelle zur Erzeugung von In this case, the first signal source may be a means for generating laser light, while the other signal source is a signal source for generating
Ultraschallsignalen ist. Is ultrasonic signals.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung zum Positionieren der ersten Signalquelle. Die Positioniereinrichtung kann die erste Signalquelle entlang genau einer oder entlang mehrere Raumrichtungen positionieren. Insbesondere kann die erste Signalquelle senkrecht zu einer Richtung, die parallel zu der vorhergehend erläuterten zentralen Symmetrieachse des Untersuchungsobjekts orientiert ist, positionierbar sein. In Zusammenwirken mit dem ebenfalls vorhergehend erläuterten Gonioskop kann somit eine Einkopplung des ersten Signals in das Untersuchungsobjekt in verschiedenen In a further embodiment, the device comprises a positioning device for positioning the first signal source. The positioning device may position the first signal source along one or more spatial directions. In particular, the first signal source can be positioned perpendicular to a direction which is oriented parallel to the previously explained central axis of symmetry of the examination subject. In interaction with the gonioscope, which has also been explained above, coupling of the first signal into the examination object can thus take place in different ways
Tiefenebenen erfolgen, wobei die Tiefe entlang der zentralen Symmetrieachse erfasst wird. Depth planes take place, wherein the depth is detected along the central axis of symmetry.
Die Positioniereinrichtung kann sowohl mechanisch als auch elektrisch betrieben werden. Z.B. kann die Positioniereinrichtung als ein XY-Tisch ausgebildet sein, der mechanisch oder elektrisch gesteuert werden kann. Durch das Positionieren der ersten Signalquelle kann ein ortsaufgelöstes Bestimmen der mechanischen Eigenschaft erfolgen, insbesondere ein zweidimensionales Abrastern des Objekts. In diesem Fall kann das erste Signal also in vorteilhafter Weise in verschiedene Bereiche des Untersuchungsobjekts eingekoppelt werden. The positioning device can be operated both mechanically and electrically. For example, the positioning device may be formed as an XY table, which may be mechanically or electrically controlled. By positioning the first signal source, a spatially resolved determination of the mechanical property can take place, in particular a two-dimensional scanning of the object. In this case, the first signal can therefore be in be advantageously coupled into different areas of the examination subject.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Einkopplung des weiteren Signals in das Untersuchungsobjekt mit einer vorbestimmten Einkopplungsfrequenz. Die In a further embodiment, the coupling of the further signal into the examination subject takes place with a predetermined coupling frequency. The
Einkopplungsfrequenz gibt hierbei eine Häufigkeit von Startzeitpunkten einer Einkopplung des weiteren Signals in das Untersuchungsobjekt pro einer festen Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, an. Ab dem Startzeitpunkt kann das weitere Signal dann für eine vorbestimmte Zeitdauer in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt werden. Auch kann die In this case, the input frequency indicates a frequency of start times of a coupling of the further signal into the examination object per one fixed time unit, for example per second. From the start time, the further signal can then be coupled into the examination subject for a predetermined period of time. Also, the
Einkopplungsfrequenz eine Häufigkeit von Startzeitpunkten einer Erzeugung des weiteren Signals in das Untersuchungsobjekt pro einer festen Zeiteinheit, beispielsweise pro Einkopplungsfrequenz a frequency of start times of a generation of the further signal in the examination subject per fixed time unit, for example per
Sekunde, angeben. Second, specify.
Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise eine Frequenz-Generatoreinrichtung umfassen. Die Frequenz-Generatoreinrichtung kann ein Ausgangssignal erzeugen, dass die For this purpose, the device may comprise, for example, a frequency generator device. The frequency generator means may generate an output signal that the
Einkopplungsfrequenz kodiert. Beispielsweise kann eine Grundfrequenz des Input frequency coded. For example, a fundamental frequency of
Ausgangssignals der Frequenz-Generatoreinrichtung der Einkopplungsfrequenz Output signal of the frequency generator means of Einkopplungsfrequenz
entsprechen. Das Ausgangssignal kann insbesondere ein Sinussignal oder ein correspond. The output signal may in particular be a sine signal or a
Rechtecksignal sein. Das weitere Signal kann mit dem Ausgangssignal moduliert werden. Die Modulation kann insbesondere eine Amplitudenmodulation sein. In diesem Fall kann die Einkopplungsfrequenz der Modulationsfrequenz des weiteren Signals entsprechen. Somit entspricht die Frequenz, mit der das erste Signal durch das weitere Signal gestreut wird ebenfalls der Einkopplungsfrequenz. Mit anderen Worten entspricht die Modulationsfrequenz des weiteren Signals der Modulationsfrequenz des gestreuten als auch des nicht gestreuten Anteils des ersten Signals. Be square wave signal. The further signal can be modulated with the output signal. The modulation may in particular be an amplitude modulation. In this case, the injection frequency may correspond to the modulation frequency of the further signal. Thus, the frequency at which the first signal is scattered by the further signal also corresponds to the launch frequency. In other words, the modulation frequency of the further signal corresponds to the modulation frequency of the scattered as well as the non-scattered component of the first signal.
Die Frequenz des Ausgangssignals ist insbesondere kleiner ist als die Frequenz des weiteren Signals. The frequency of the output signal is in particular smaller than the frequency of the further signal.
Durch eine nicht-dauerhafte Einkopplung des weiteren Signals kann in vorteilhafter Weise der durch das weitere Signal gestreute Anteil leichter identifiziert werden, da eine Streuung ebenfalls nur mit der Einkopplungsfrequenz erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Lock-In-Verstärkereinrichtung zur Verstärkung des gestreuten Anteils auf. Die Frequenz des Referenzsignals der Lock-In- Verstärkereinrichtung entspricht der Einkopplungsfrequenz. Die Lock-In- Verstärkereinrichtung kann hierbei signaltechnisch mit der Einrichtung zur Erfassung einer Intensität des gestreuten Anteils gekoppelt sein. Auch die vorhergehend erläuterte Frequenz- Generatoreinrichtung kann signaltechnisch mit der Lock-In-Verstärkereinrichtung gekoppelt sein, insbesondere mit einem Referenzfrequenzeingang der Lock-In-Verstärkereinrichtung. By a non-permanent coupling of the further signal, the proportion scattered by the further signal can be identified more easily in an advantageous manner, since scattering also takes place only with the coupling-in frequency. In a further embodiment, the device has a lock-in amplifier device for amplifying the scattered component. The frequency of the reference signal of the lock-in amplifier corresponds to the coupling frequency. In this case, the lock-in amplifier device can be signal-coupled to the device for detecting an intensity of the scattered component. The previously explained frequency generator device can also be signal-coupled with the lock-in amplifier device, in particular with a reference frequency input of the lock-in amplifier device.
Die Lock-In-Verstärkereinrichtung kann insbesondere die Anteile des Ausgangssignals der Einrichtung zur Erfassung der Intensität des gestreuten Anteils verstärken oder bereitstellen, die die gleiche Frequenz wie das Referenzsignal aufweisen. Da das Referenzsignal die Frequenz aufweist mit der auch die Streuung durch das weitere Signal auftritt, kann somit insbesondere der gestreute Anteil verstärkt oder bereitgestellt werden, während die nicht durch das weitere Signal gestreuten Anteile reduziert oder eliminiert werden. In particular, the lock-in amplifier device can amplify or provide the portions of the output signal of the device for detecting the intensity of the scattered component, which have the same frequency as the reference signal. Since the reference signal has the frequency with which the scattering by the further signal also occurs, in particular the scattered component can be amplified or provided while the components not scattered by the further signal are reduced or eliminated.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Intensität des gestreuten Anteils erhöht. This advantageously increases the reliability in determining the intensity of the scattered component.
Weiter wird ein Verfahren zur Bestimmung einer mechanischen Eigenschaft eines Further, a method for determining a mechanical property of a
Untersuchungsobjekts vorgeschlagen. Hierbei wird ein erstes Signal mit einer ersten Proposed object. This is a first signal with a first
Frequenz in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt, wobei ein weiteres Signal mit einer weiteren Frequenz in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt wird, wobei die weitere Frequency is coupled into the examination subject, wherein a further signal is coupled with a further frequency in the examination subject, wherein the further
Frequenz von der ersten Frequenz verschieden ist. Das erste und/oder das weitere Signal werden derart in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt, dass sich das erste und weitere Signal in zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsobjekts überlagern. Hierbei kann das erste und das weitere Signal derart in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt werden, dass sich die Signale unter dem vorhergehend bereits erläuterten Schnittwinkel schneiden. Frequency is different from the first frequency. The first and / or the further signal are coupled into the examination subject such that the first and further signals are superimposed in at least one partial area of the examination subject. In this case, the first and the further signal can be coupled into the examination subject in such a way that the signals intersect at the intersection angle already explained above.
Weiter wird eine Intensität eines gestreuten Anteils des ersten Signals erfasst, wobei der gestreute Anteil ein durch das weitere Signal gestreuter Anteil des ersten Signals ist. Furthermore, an intensity of a scattered portion of the first signal is detected, wherein the scattered portion is a portion of the first signal scattered by the further signal.
Alternativ oder kumulativ wird eine Intensität des nicht-gestreuten Anteils des ersten Signals erfasst, wobei der nicht-gestreute Anteil ein nicht durch das weitere Signal gestreuter Anteil des ersten Signals ist. Weiter wird/werden die erste Frequenz und/oder die weitere Frequenz und/oder der Schnittwinkel derart eingestellt, dass die Intensität des gestreuten Anteils maximal ist bzw. maximiert wird. Alternativ oder kumulativ wird/werden die erste Frequenz und/oder die weitere Frequenz und/oder der Schnittwinkel derart eingestellt, dass die Intensität des nicht- gestreuten Anteils minimal ist bzw. minimiert wird. Hierbei entspricht die Veränderung einer Frequenz selbstverständlich auch der Veränderung der korrespondierenden Wellenlänge. Weitere Messbedingungen können hierbei selbstverständlich konstant bleiben. Alternatively or cumulatively, an intensity of the non-scattered portion of the first signal is detected, wherein the non-scattered portion is a portion of the first signal not scattered by the further signal. Further, the first frequency and / or the further frequency and / or the cutting angle is / are adjusted such that the intensity of the scattered portion is maximized or maximized. Alternatively or cumulatively, the first frequency and / or the further frequency and / or the cutting angle is / are set such that the intensity of the non-scattered component is / is minimized. Of course, the change of a frequency also corresponds to the change of the corresponding wavelength. Of course, further measuring conditions can remain constant.
Vorzugsweise wird nur die weitere Frequenz derart eingestellt, dass die Intensität des gestreuten Anteils maximal ist bzw. maximiert wird und/oder die Intensität des nicht- gestreuten Anteils minimal ist bzw. minimiert wird, wobei die erste Frequenz und der Schnittwinkel konstant sind. Preferably, only the further frequency is adjusted such that the intensity of the scattered component is or is maximized and / or the intensity of the non-scattered component is minimal or minimized, the first frequency and the cutting angle being constant.
Weiter wird die mindestens eine mechanische Eigenschaft in Abhängigkeit der ersten Frequenz bzw. der Wellenlänge des ersten Signals, des Schnittwinkels und der weiteren Frequenz bzw. der Wellenlänge des weiteren Signals bestimmt, für die die Intensität des gestreuten Anteils maximal ist und/oder die Intensität des nicht-gestreuten Anteils minimal ist. Furthermore, the at least one mechanical property is determined as a function of the first frequency or the wavelength of the first signal, the cutting angle and the further frequency or the wavelength of the further signal for which the intensity of the scattered component is at a maximum and / or the intensity of the non-scattered proportion is minimal.
Die mechanische Eigenschaft kann hierbei wie vorhergehend erläutert bestimmt werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit der Wellenlänge des ersten Signals, des Schnittwinkels, einer gewünschten Ordnungszahl sowie der Frequenz des weiteren Signals eine The mechanical property can be determined as previously explained. In particular, depending on the wavelength of the first signal, the cutting angle, a desired atomic number and the frequency of the further signal a
Ausbreitungsgeschwindigkeit des weiteren Signals im Untersuchungsobjekt bestimmt werden. Weiter kann in Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit und einer vorbestimmten oder bestimmbaren Dichte der Kompressionsmodul bestimmt werden. Propagation speed of the other signal to be determined in the examination object. Furthermore, the compression modulus can be determined as a function of the propagation speed and a predetermined or determinable density.
Das Verfahren ist hierbei in vorteilhafter Weise mit einer Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen durchführbar. The method is in this case advantageously feasible with a device according to one of the previously explained embodiments.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Einkopplung des weiteren Signals mit einer vorbestimmten Einkopplungsfrequenz. Dies wurde ebenfalls vorhergehend erläutert. In a further embodiment, the coupling of the further signal takes place with a predetermined coupling frequency. This has also been explained above.
In einer weiteren Ausführungsform wird die erfasste Intensität mit einer Lock-In- Verstärkereinrichtung verstärkt. Dabei entspricht eine Frequenz eines Referenzsignals der Lock-In-Verstärkereinrichtung der Einkopplungsfrequenz. Dies wurde ebenfalls vorhergehend erläutert. In a further embodiment, the detected intensity is amplified with a lock-in amplifier. In this case, a frequency of a reference signal corresponds to Lock-in amplifier of the injection frequency. This has also been explained above.
In einer weiteren Ausführungsform wird das erste Signal in verschiedene Bereiche, insbesondere in verschiedene Tiefenebenen, des Untersuchungsobjekts eingekoppelt. Dies wurde ebenfalls vorhergehend erläutert. In a further embodiment, the first signal is coupled into different regions, in particular into different depth planes, of the examination subject. This has also been explained above.
Insbesondere ist die vorgeschlagene Vorrichtung derart ausgestaltet, dass mit der In particular, the proposed device is designed such that with the
Vorrichtung ein biologisches Gewebe, insbesondere eine Hornhaut eines Auges erfassbar ist. Device a biological tissue, in particular a cornea of an eye is detectable.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren. Es zeigen: Further advantages and details of the device according to the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Beugungsgeometrie des ersten Signals an einem Schallgitter, das aus Dichteschwankungen einer ein Untersuchungsobjekt durchlaufenden Schallwelle besteht, 1 shows a schematic representation of a diffraction geometry of the first signal on a sound grid, which consists of density fluctuations of a sound wave passing through an object to be examined,
Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Spiegelgonioskop und Fig. 2 shows a possible embodiment of a device according to the invention with a mirror gonioscope and
Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ähnlich wie in Fig. 2, mit einem Blockschaltbild. Fig. 3 shows an embodiment of the device according to the invention, similar to Fig. 2, with a block diagram.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen. Hereinafter, like reference numerals designate elements having the same or similar technical features.
In Fig. 1 sind schematisch Beugungseffekte eines ersten Signals 3 an einem Schallgitter 50 dargestellt, wobei das Schallgitter 50 von einem Ultraschallsignal erzeugt wird, welches in ein Untersuchungsobjekt eingekoppelt wird. Das Schallgitter 50 ist durch Gitterlinien 1 dargestellt, die mit einem Abstand 2 voneinander beabstandet sind. Der Abstand 2, in dem die Gitterlinien 1 des Schallgitters 50 voneinander beabstandet sind, entspricht einer Wellenlänge des Ultraschallsignals. Eine Ultraschallnormale 4 stellt die Hauptausbreitungsrichtung des Ultraschallsignals dar, das in dem Untersuchungsobjekt Dichteschwankungen in Form des Schallgitters 50 erzeugt. FIG. 1 schematically shows diffraction effects of a first signal 3 on a sound grid 50, wherein the sound grid 50 is generated by an ultrasonic signal which is coupled into an examination subject. The sound grid 50 is represented by grid lines 1, which are spaced apart by a distance 2. The distance 2, in which the grid lines 1 of the acoustic grating 50 are spaced apart, corresponds to a wavelength of the ultrasonic signal. An ultrasound standard 4 represents the Main propagation direction of the ultrasonic signal, which generates density fluctuations in the form of the sound grid 50 in the examination subject.
Ein Infrarotsignal ist hierbei durch einen Pfeil 3 angedeutet, der gleichzeitig auch die An infrared signal is indicated by an arrow 3, which at the same time also the
Hauptstrahlrichtung des Infrarotsignals darstellt. Das Infrarotsignal wird dabei unter einem vorbestimmten Winkel α zur Ultraschallnormalen 4 in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt und an den Gitterlinien 1 des Schallgitters 50 gestreut, sodass ein gestreuter Anteil 6 des Infrarotsignals entsteht. Im Fall einer konstruktiven Interferenz weist der gestreute Anteil 6 des Infrarotsignals 3 eine maximale Intensität auf. Main radiation direction of the infrared signal represents. The infrared signal is coupled at a predetermined angle α to the ultrasound standard 4 in the examination subject and scattered on the grid lines 1 of the acoustic grating 50, so that a scattered portion 6 of the infrared signal is formed. In the case of constructive interference, the scattered portion 6 of the infrared signal 3 has a maximum intensity.
In Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Hierbei dient die Vorrichtung zum Bestimmen einer mechanischen Eigenschaft der Hornhaut 7 eines Auges, welches ein Untersuchungsobjekt darstellt. Die Vorrichtung umfasst ein Spiegelgonioskop 40, welches auf die Hornhaut 7 des Auges z.B. über ein Ultraschallgel 16 aufgesetzt ist. Das Spiegelgonioskop 40 weist zwei Prismen 9 auf, die symmetrisch zu einer vertikalen In Fig. 2, a device according to the invention is shown schematically. Here, the device is used to determine a mechanical property of the cornea 7 of an eye, which represents an examination subject. The device comprises a mirror gonioscope 40 which is placed on the cornea 7 of the eye e.g. is placed over an ultrasound gel 16. The mirror gonioscope 40 has two prisms 9 which are symmetrical to a vertical one
Mittelachse 70 des Spiegelgonioskops 40 angeordnet sind. An den äu ßeren, seitlichen Flächen 8a der Prismen 9 sind Spiegel 8 angeordnet. Das Spiegelgonioskop 40 weist weiterhin die seitlichen Flächen 41 auf, die zueinander parallel angeordnet sind und sich parallel zur vertikalen Mittelachse 70 des Spiegelgonioskops 40 erstrecken. In einem unteren Abschnitt des Spiegelgonioskops 40 weist dieses abgeschrägte seitliche Flächen auf, die mit einem vorbestimmten Winkel von beispielsweise 45° gegenüber den seitlichen Flächen 41 abgeschrägt angeordnet sind. An diesen abgeschrägten seitlichen Flächen sind die Spiegel 8 als auch die äu ßeren, seitlichen Flächen 8a der Prismen 9 angeordnet. In einem zentralen Bereich weist das Spiegelgonioskop 40 eine Öffnung auf, in der das Auge angeordnet ist, wenn das Spiegelgonioskop 40 auf das Auge aufgesetzt ist. Die seitliche Fläche 8a des Prismas 9 kann verspiegelt oder nicht verspiegelt sein. Wenn die seitliche Fläche 8a des Prismas 9 nicht verspiegelt ist, kann das Prisma 9 mit der seitlichen Fläche 8a an einem Spiegel 8 anliegen. Wichtig ist, dass das erste Signal 3 an den seitlichen Flächen 8a des Prismas 9 reflektiert werden kann, um in die Hornhaut 7 einzukoppeln. Center axis 70 of the mirror gonioscope 40 are arranged. At the externa ßeren, lateral surfaces 8a of the prisms 9 mirror 8 are arranged. The mirror gonioscope 40 further has the lateral surfaces 41, which are arranged parallel to one another and extend parallel to the vertical central axis 70 of the mirror gonioscope 40. In a lower portion of the mirror gonioscope 40 has this beveled lateral surfaces which are arranged at a predetermined angle of for example 45 ° with respect to the lateral surfaces 41 beveled. At these bevelled lateral surfaces, the mirror 8 and the externa ßeren, lateral surfaces 8a of the prisms 9 are arranged. In a central area, the mirror gonioscope 40 has an opening in which the eye is located when the mirror gonioscope 40 is placed on the eye. The lateral surface 8a of the prism 9 may be mirrored or not mirrored. If the lateral surface 8a of the prism 9 is not mirrored, the prism 9 can rest against the mirror 8 with the lateral surface 8a. It is important that the first signal 3 can be reflected on the lateral surfaces 8a of the prism 9 in order to couple into the cornea 7.
Weiter umfasst die Vorrichtung eine Signalquelle (nicht dargestellt) zur Erzeugung des Infrarotsignals. Diese Signalquelle kann das Infrarotsignal in ein Mittel 14 zur Strahlführung des Infrarotsignals, beispielsweise eine Glasfaser, einkoppeln. Das Infrarotsignal verlässt über ein Auskopplungselement 10 das Mittel 14 zur Strahlführung und wird auf das Spiegelgonioskop 40, insbesondere auf das vorhergehend erläuterte Prisma 9, gestrahlt. Somit trifft das erste Signal 3 auf eines der Prismen 9, das insbesondere als ein PMMA- Prisma ausgebildet ist, und wird in die Hornhaut 7 des Auges eingekoppelt. Furthermore, the device comprises a signal source (not shown) for generating the infrared signal. This signal source can couple the infrared signal into a means 14 for guiding the beam of the infrared signal, for example a glass fiber. The infrared signal leaves the means 14 for beam guidance via a decoupling element 10 and is applied to the Spiegelgioscope 40, in particular to the previously discussed prism 9, blasted. Thus, the first signal 3 impinges on one of the prisms 9, which is designed in particular as a PMMA prism, and is coupled into the cornea 7 of the eye.
Wird das Infrarotsignal auf eines der Prismen 9 gestrahlt, so wird das Infrarotsignal mit einem vorbekannten Reflexionswinkel reflektiert. Insbesondere kann das Infrarotsignal derart reflektiert werden, dass es im Wesentlichen quer durch das Auge verläuft. Durch das auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete Prisma 9 wird das durch das Auge gestrahlte Infrarotsignal wieder mit einem vorbekannten Reflexionswinkel reflektiert. Die zentrale Mittelachse 70 kann parallel zu Pupillenachse sein. If the infrared signal is irradiated on one of the prisms 9, the infrared signal is reflected at a previously known reflection angle. In particular, the infrared signal may be reflected such that it extends substantially across the eye. By arranged on the opposite side prism 9, the radiated by the eye infrared signal is reflected again with a known reflection angle. The central center axis 70 may be parallel to the pupil axis.
Weiter umfasst die Vorrichtung einen Ultraschallwandler 13, der auf die Hornhaut 7 des Auges über ein Ultraschallgel 16 aufgesetzt ist. Eine Ultraschallnormale 4 (siehe Fig. 1 ) kann parallel oder schräg zur zentralen Mittelachse 70 orientiert sein. Furthermore, the device comprises an ultrasound transducer 13, which is placed on the cornea 7 of the eye via an ultrasound gel 16. An ultrasound standard 4 (see FIG. 1) may be oriented parallel or at an angle to the central center axis 70.
Wesentlich ist, dass die Ausbreitungsrichtung des Infrarotsignals und die Orientierung der Ultraschallnormalen im Auge derart eingestellt werden, dass sich ein Schnittwinkel ungleich 90 ° zwischen den Ausbreitungsrichtungen des Infrarotsignals und des Ultraschallsignals ergibt. Wird z.B. das Infrarotsignal parallel zu der zentralen Mittelachse 70 auf eines der Prismen 9 gestrahlt und mit einem Reflexionswinkel von beispielsweise 90 ° reflektiert und in das Auge eingekoppelt, so ist der Ultraschallwandler 13 derart aufzusetzen, dass die Ultraschallnormale schräg, also nicht parallel, zur zentralen Mittelachse 70 orientiert ist. It is essential that the direction of propagation of the infrared signal and the orientation of the ultrasound standards in the eye are adjusted such that an intersection angle not equal to 90 ° results between the propagation directions of the infrared signal and the ultrasound signal. If e.g. the infrared signal is radiated parallel to the central central axis 70 on one of the prisms 9 and reflected at a reflection angle of, for example, 90 ° and coupled into the eye, the ultrasonic transducer 13 is set up such that the ultrasound normal obliquely, ie not parallel to the central central axis 70th is oriented.
Der Ultraschallwandler 13 koppelt Schallwellen über die Hornhaut 7 ein, sodass The ultrasonic transducer 13 couples sound waves over the cornea 7, so
Dichteschwankungen mit entsprechendem Schallgitter 50 in der Hornhaut 7 ausgebildet werden. Somit kommt es im Bereich der Hornhaut 7 dazu, dass das Infrarotsignal am bzw. durch das Schallgitter 50 gestreut wird. Density variations with corresponding sound grid 50 are formed in the cornea 7. Thus, in the area of the cornea 7, the infrared signal is scattered on or through the sound grid 50.
Weiter wird der durch das Schallgitter 50 gestreute und nicht-gestreute Anteil des Next is the scattered by the sound grid 50 and non-scattered share of
Infrarotsignals über ein weiteres Prisma 9 aus dem Auge ausgekoppelt und an der seitlichen Fläche 8a dieses Prismas 9 bzw. am entsprechenden Spiegel 8 reflektiert. Somit wird der gestreute und nicht-gestreute Anteil des Infrarotsignals aus dem Spiegelgonioskop 40 ausgekoppelt und strahlt zum Filterelement 1 1 . Das Filterelement 1 1 ist insbesondere als inverse Lochblende ausgebildet. Das Filterelement 1 1 lässt hierbei nur den gestreuten Anteil 17 des Infrarotsignals zu einer Photodiode 12 passieren. Vorzugsweise ist das Filterelement 1 1 derart ausgestaltet, dass von der Photodiode 12 nur die erste Beugungsordnung des gestreuten Anteils 17 des Infrarotsignals erfasst wird. Allerdings ist es auch möglich, dass das Filterelement 1 1 derart ausgestaltet ist, dass von der Photodiode 12 zusätzlich eine oder mehrere von der ersten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnungen des gestreuten Anteils 17 des Infrarotsignals erfasst wird/werden. Vorzugsweise ist Infrared signal via another prism 9 coupled out of the eye and reflected on the side surface 8a of this prism 9 and the corresponding mirror 8. Thus, the scattered and non-scattered portion of the infrared signal is coupled out of the Spiegelgioscope 40 and radiates to the filter element 11. The filter element 1 1 is designed in particular as an inverse pinhole. The filter element 1 1 leaves only the scattered share 17 of the infrared signal to a photodiode 12 pass. Preferably, the filter element 1 1 is designed such that of the photodiode 12, only the first diffraction order of the scattered portion 17 of the infrared signal is detected. However, it is also possible for the filter element 1 1 to be configured in such a way that one or more diffraction orders of the scattered component 17 of the infrared signal that are different from the first diffraction order are detected by the photodiode 12. Preferably
sicherzustellen, dass die Anzahl der erfassten Beugungsordnungen während der ensure that the number of orders of diffraction detected during the
Veränderung der Frequenz des Funktionssignals konstant bleibt. Change in the frequency of the function signal remains constant.
Die Photodiode 12 erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Stärke oder Intensität proportional zur Intensität des auf die Photodiode 12 gestrahlten Signals und somit proportional zur Intensität des gestreuten Anteils ist. The photodiode 12 produces an output signal whose magnitude or intensity is proportional to the intensity of the signal radiated onto the photodiode 12 and thus proportional to the intensity of the scattered portion.
In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Lock-in Verstärker 20. Der Lock-In Verstärker 20 weist eine Signalverbindung 35 zur Photodiode 12 und eine weitere Signalverbindung 36 zu einem Referenzsignal-Generator 21 auf. Der Referenzsignal-Generator 21 ist über eine In Fig. 3 is a block diagram of a device according to the invention is shown. The device comprises a lock-in amplifier 20. The lock-in amplifier 20 has a signal connection 35 to the photodiode 12 and a further signal connection 36 to a reference signal generator 21. The reference signal generator 21 is connected via a
Signalverbindung 37 mit einem Funktionsgenerator 23 verbunden. Der Funktionsgenerator 23 ist über eine Signalverbindung 30 mit dem Ultraschallwandler 13 und über eine weitere Signalverbindung 38 mit einem Oszilloskop 22 verbunden. Signal connection 37 connected to a function generator 23. The function generator 23 is connected via a signal connection 30 with the ultrasonic transducer 13 and via a further signal connection 38 with an oscilloscope 22.
Weiter umfasst die Vorrichtung eine erste Signalquelle 24, die insbesondere eine Furthermore, the device comprises a first signal source 24, in particular a
Laserquelle sein kann. Weiter dargestellt ist ein Mittel 14 zur Signalführung des ersten Signals, das zum Einkoppeln des von der Laserquelle erzeugten Infrarotsignals in das Spiegelgonioskop 40 dient. Can be a laser source. Also shown is a means 14 for guiding the signal of the first signal, which is used for coupling the infrared signal generated by the laser source in the Spiegelgioskop 40.
Der Funktionsgenerator 23 erzeugt ein Funktionssignal mit einer Ultraschallfrequenz, z. B. 8 MHz. Durch das Oszilloskop 22 wird das generierte Funktionssignal dargestellt. Der The function generator 23 generates a function signal having an ultrasonic frequency, e.g. 8 MHz. By the oscilloscope 22, the generated function signal is displayed. Of the
Ultraschallwandler 13 erzeugt entsprechend dem Funktionssignal ein Ultraschallsignal, welches in das Auge eingekoppelt wird. Ultrasonic transducer 13 generates according to the function signal, an ultrasonic signal which is coupled into the eye.
Der Referenzsignal-Generator 21 erzeugt ein Referenzsignal. Das von dem The reference signal generator 21 generates a reference signal. That of the
Funktionsgenerator 23 erzeugte Funktionssignal wird mit dem Referenzsignal moduliert. Dies führt dazu, dass der Ultraschallwandler periodisch, insbesondere mit der Referenzfrequenz, aktiviert wird. Hierdurch wird das Ultraschallsignal nur periodisch und nicht konstant in das Auge eingekoppelt. Function generator 23 generated function signal is modulated with the reference signal. This causes the ultrasonic transducer periodically, in particular with the Reference frequency, is activated. As a result, the ultrasound signal is coupled into the eye only periodically and not constantly.
Diese Referenzfrequenz ist insbesondere kleiner als die Frequenz des Funktionssignals. Z. B. liegt sie im Bereich von 5 Hz bis 5 MHz. Das Referenzsignal wird über die This reference frequency is in particular smaller than the frequency of the function signal. For example, it is in the range of 5 Hz to 5 MHz. The reference signal is transmitted via the
Signalverbindung 36 an den Lock-In Verstärker 20 übertragen und dient als Referenzsignal des Lock- In- Verstärkers 20. Der Lock-In Verstärker 20 empfängt au ßerdem ein Signal connection 36 is transmitted to the lock-in amplifier 20 and serves as a reference signal of the lock-in amplifier 20. The lock-in amplifier 20 also receives an outside
Ausgangssignal von der Photodiode 12. Insbesondere verstärkt der Lock-in Verstärker 20 nur den Signalanteil des Ausgangssignals der Photodiode 12, dessen Frequenz mit der Frequenz des Referenzsignals übereinstimmt. In particular, the lock-in amplifier 20 amplifies only the signal component of the output signal of the photodiode 12 whose frequency coincides with the frequency of the reference signal.
Die Frequenz des Funktionssignals ist veränderbar. Insbesondere kann diese Frequenz so eingestellt werden, dass die Intensität des Ausgangssignals der Photodiode 12 bzw. des von dem Lock- In- Verstärker 20 verstärkten Signals maximal ist. Hierbei kann die maximale Intensität die Intensität bezeichnen, die im Vergleich zu den Intensitäten, die bei anderen Frequenzen des Funktionssignals (und somit des Ultraschallsignals) auftreten, am größten ist. The frequency of the function signal is changeable. In particular, this frequency can be adjusted so that the intensity of the output signal of the photodiode 12 and the signal amplified by the lock-in amplifier 20 is maximum. Here, the maximum intensity may denote the intensity that is greatest in comparison to the intensities that occur at other frequencies of the functional signal (and thus the ultrasound signal).
In Abhängigkeit der Frequenz des Funktionssignals, bei der die Intensität des Depending on the frequency of the function signal, at which the intensity of the
Ausgangssignals der Photodiode 12 bzw. des von dem Lock- In- Verstärker 20 verstärkten Signals maximal ist, kann dann, wie vorhergehend erläutert, die mechanische Eigenschaft des Auges, insbesondere der Kompressionsmodul, der Hornhaut 7 bestimmt werden. Output signal of the photodiode 12 and the signal amplified by the lock-in amplifier 20 is maximum, then, as previously explained, the mechanical property of the eye, in particular the compression modulus, the cornea 7 can be determined.
Die erste Signalquelle und/oder das Auskoppelelement 10 können in einer Raumrichtung, die orthogonal zu der in Fig. 2 dargestellten zentralen Mittelachse 70, orientiert ist, bewegbar sein. Insbesondere kann die Bewegung entlang einer Achse erfolgen, die in der in Fig. 2 dargestellten Zeichenebene liegt. Die Bewegung kann hierbei durch eine nicht dargestellte Positioniereinrichtung erfolgen. Aufgrund der durch das Spiegelgonioskop 40 bewirkten Strahlrichtungsänderung kann durch eine solche Bewegung das erste Signal in The first signal source and / or the decoupling element 10 may be movable in a spatial direction which is oriented orthogonal to the central central axis 70 shown in FIG. 2. In particular, the movement can take place along an axis which lies in the plane of the drawing illustrated in FIG. The movement can take place here by a positioning device, not shown. Due to the beam direction change caused by the mirror gonioscope 40, the first signal in. Can be caused by such movement
unterschiedliche Bereiche, insbesondere Tiefenebenen, der Hornhaut 7 in das Auge eingekoppelt werden. Somit kann die mechanische Eigenschaft ortsaufgelöst bestimmt werden. different areas, in particular depth planes, the cornea 7 are coupled into the eye. Thus, the mechanical property can be determined spatially resolved.
Weiter dargestellt ist, dass der Referenzsignal-Generator 21 und die Photodiode 12 jeweils signaltechnisch mit dem zum Oszilloskop 22 verbunden sind. Somit kann das von der Photodiode 12 erzeugte Ausgangssignal und somit dessen Intensität, insbesondere auch die maximale Intensität, mittels des Oszilloskops 22 dargestellt werden. Auch das modulierte weitere Signal sowie das Referenzsignal kann mittels des Oszilloskops 22 dargestellt werden. It is further shown that the reference signal generator 21 and the photodiode 12 respectively signal technically connected to the oscilloscope 22. Thus, the output signal produced by the photodiode 12 and thus its intensity, in particular the maximum intensity, can be represented by means of the oscilloscope 22. Also, the modulated further signal and the reference signal can be displayed by means of the oscilloscope 22.
Nicht dargestellt ist eine Einrichtung zur Frequenzbestimmung. Dies kann beispielsweise mit dem Mittel 14 zur Strahlführung signaltechnisch verbunden sein, um eine Frequenz des Infrarotsignals zu bestimmen, insbesondere wenn dieses veränderlich ist. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise ein Wavelengthmeter oder ein Spektrometer sein. Not shown is a device for frequency determination. This may, for example, be signal-connected to the means 14 for beam guidance in order to determine a frequency of the infrared signal, in particular if this is variable. Such a device can be for example a Wavelengthmeter or a spectrometer.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Vorrichtung zur Bestimmung einer mechanischen Eigenschaft eines 1 . Device for determining a mechanical property of a
Untersuchungsobjekts, wobei die Vorrichtung aufweist:  Object to be examined, the device comprising:
- eine erste Signalquelle zum Erzeugen eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz, wobei das erste Signal in das Untersuchungsobjekt einkoppelbar ist, a first signal source for generating a first signal having a first frequency, wherein the first signal can be coupled into the examination subject,
- eine weitere Signalquelle zum Erzeugen eines weiteren Signals mit einer weiteren Frequenz, wobei die weitere Frequenz von der ersten Frequenz verschieden ist, wobei die weitere Frequenz veränderbar ist, wobei das weitere Signal derart in das Untersuchungsobjekt einkoppelbar ist, dass sich das erste und weitere Signal in zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsobjekts überlagern, - Another signal source for generating a further signal having a further frequency, wherein the further frequency is different from the first frequency, wherein the further frequency is variable, wherein the further signal is coupled into the examination subject such that the first and further signal superimpose in at least a part of the examination subject,
- eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität eines gestreuten Anteils (6) des ersten Signals, wobei der gestreute Anteil (6) ein durch das weitere Signal gestreuter Anteil des ersten Signals ist und/oder  - A device for detecting an intensity of a scattered portion (6) of the first signal, wherein the scattered portion (6) is a scattered by the further signal portion of the first signal and / or
- eine Einrichtung zur Erfassung einer Intensität eines nicht-gestreuten Anteils des ersten Signals, wobei der nicht-gestreute Anteil ein nicht durch das weitere Signal gestreuter Anteil des ersten Signals ist.  - means for detecting an intensity of a non-scattered portion of the first signal, wherein the non-scattered portion is not scattered by the further signal portion of the first signal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung 2. Device according to claim 1, characterized in that the device
mindestens ein Mittel (14) zur Signalführung und/oder -formung des ersten Signals umfasst.  at least one means (14) for signal routing and / or shaping of the first signal comprises.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Signalführung (14) des ersten Signals ein Gonioskop (40) umfasst. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the means for signal guidance (14) of the first signal comprises a gonioscope (40).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung der Intensität des gestreuten Anteils und/oder die Einrichtung zur Erfassung des nicht-gestreuten Anteils mindestens eine Photodiode (12) umfasst. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting the intensity of the scattered portion and / or the means for detecting the non-scattered portion comprises at least one photodiode (12).
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Filterelement (1 1 ) zum Filtern des gestreuten Anteils und/oder des nicht-gestreuten Anteils des ersten Signals aufweist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises at least one filter element (1 1) for filtering the scattered portion and / or the non-scattered portion of the first signal.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (1 1 ) als eine inverse Lochblende ausgebildet ist. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the filter element (1 1) is designed as an inverse pinhole.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal ein Infrarotsignal und/oder das weitere Signal ein 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first signal an infrared signal and / or the further signal
Ultraschallsignal ist.  Is ultrasonic signal.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung zum Positionieren der ersten Signalquelle umfasst. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a positioning device for positioning the first signal source.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung des weiteren Signals in das Untersuchungsobjekt mit einer vorbestimmten Einkopplungsfrequenz erfolgt. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling of the further signal into the examination object takes place with a predetermined coupling frequency.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Lock-In-Verstärkereinrichtung (20) zur Verstärkung des gestreuten Anteils (6) umfasst, wobei eine Frequenz des Referenzsignals der Lock-In-Verstärkereinrichtung (20) der Einkopplungsfrequenz entspricht. 10. The device according to claim 9, characterized in that the device comprises a lock-in amplifier device (20) for amplifying the scattered component (6), wherein a frequency of the reference signal of the lock-in amplifier device (20) corresponds to the coupling-in frequency.
1 1 . Verfahren zur Bestimmung einer mechanischen Eigenschaft eines 1 1. Method for determining a mechanical property of a
Untersuchungsobjekts, wobei ein erstes Signal mit einer ersten Frequenz in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt wird, wobei ein weiteres Signal mit einer weiteren Frequenz in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt wird, wobei die weitere Frequenz von der ersten Frequenz verschieden ist, wobei das weitere Signal derart in das Untersuchungsobjekt eingekoppelt wird, dass sich das erste und weitere Signal in zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsobjekt überlagern, wobei eine Intensität eines gestreuten Anteils (6) des ersten Signals erfasst wird, wobei der gestreute Anteil (6) ein durch das weitere Signal gestreuter Anteil (6) des ersten Signal ist und/oder wobei eine Intensität eines nicht-gestreuten Anteils (6) des ersten Signals erfasst wird, wobei der nicht-gestreute Anteil (6) ein nicht durch das weitere Signal gestreuter Anteil (6) des ersten Signal ist, wobei die erste Frequenz und/oder die weitere Frequenz und/oder ein Schnittwinkel (a) des ersten und des weiteren Signals derart eingestellt wird, dass die Intensität des gestreuten Anteils (6) maximal ist und/oder die Intensität des nicht-gestreuten Anteils minimal ist, wobei die mindestens eine mechanische Eigenschaft in Abhängigkeit der ersten Frequenz, des Schnittwinkels (a) und der weiteren Frequenz bestimmt wird, für die die Intensität des gestreuten Anteils (6) maximal ist und/oder die Intensität des nicht-gestreuten Anteils minimal ist. Examination object, wherein a first signal is coupled with a first frequency in the examination subject, wherein a further signal is coupled with another frequency in the examination subject, wherein the further frequency is different from the first frequency, wherein the further signal coupled in such a way in the examination subject in that the first and further signals are superimposed in at least one subregion of the examination object, an intensity of a scattered component (6) of the first signal being detected, the scattered component (6) being a component (6) of the scattered component (6) is the first signal and / or wherein an intensity of a non-scattered portion (6) of the first signal is detected, wherein the non-scattered portion (6) is not scattered by the further signal portion (6) of the first signal, the first frequency and / or the further frequency and / or a cutting angle (a) of the first and the further signal d erart is set so that the intensity of the scattered share (6) maximum is and / or the intensity of the non-scattered component is minimal, wherein the at least one mechanical property is determined as a function of the first frequency, the cutting angle (a) and the further frequency for which the intensity of the scattered component (6) is maximum and / or the intensity of the non-scattered portion is minimal.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung des weiteren Signals mit einer vorbestimmten Einkopplungsfrequenz erfolgt. 12. The method of claim 1 1, characterized in that the coupling of the further signal takes place with a predetermined coupling frequency.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Intensität mit einer Lock-In-Verstärkereinrichtung (20) verstärkt wird, wobei eine Frequenz eines Referenzsignals der Lock-In-Verstärkereinrichtung der Einkopplungsfrequenz entspricht. 13. The method according to claim 12, characterized in that the detected intensity is amplified with a lock-in amplifier device (20), wherein a frequency of a reference signal of the lock-in amplifier device corresponds to the coupling-in frequency.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal in verschiedene Bereiche des Untersuchungsobjekts eingekoppelt wird. 14. The method according to any one of claims 1 1 to 13, characterized in that the first signal is coupled into different areas of the examination subject.
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