WO2023203053A1 - VORRICHTUNG ZUR VERLÄSSLICHEREN BESTIMMUNG BIOMETRISCHER MESSGRÖßEN DES GESAMTEN AUGES - Google Patents

VORRICHTUNG ZUR VERLÄSSLICHEREN BESTIMMUNG BIOMETRISCHER MESSGRÖßEN DES GESAMTEN AUGES Download PDF

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WO2023203053A1
WO2023203053A1 PCT/EP2023/060083 EP2023060083W WO2023203053A1 WO 2023203053 A1 WO2023203053 A1 WO 2023203053A1 EP 2023060083 W EP2023060083 W EP 2023060083W WO 2023203053 A1 WO2023203053 A1 WO 2023203053A1
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eye
light
arrangement according
housing
designed
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PCT/EP2023/060083
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Inventor
Friedrich Kirchner
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Carl Zeiss Meditec Ag
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Publication date
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    • 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
    • A61B3/102—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for optical coherence tomography [OCT]
    • 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
    • A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography
    • A61B3/15—Arrangements specially adapted for eye photography with means for aligning, spacing or blocking spurious reflection ; with means for relaxing
    • A61B3/156—Arrangements specially adapted for eye photography with means for aligning, spacing or blocking spurious reflection ; with means for relaxing for blocking

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for the more reliable determination of biometric measurements of the entire eye, such as radii and orientation of the front and back surfaces of the cornea, as well as their asphericity and thickness, anterior chamber depth, lens thickness, radii of the front and/or back of the lens and the axial length of the eye.
  • biometric measurements of the entire eye such as radii and orientation of the front and back surfaces of the cornea, as well as their asphericity and thickness, anterior chamber depth, lens thickness, radii of the front and/or back of the lens and the axial length of the eye.
  • biometric measurements of the entire eye such as radii and orientation of the front and back surfaces of the cornea, as well as their asphericity and thickness, anterior chamber depth, lens thickness, radii of the front and/or back of the lens and the axial length of the eye.
  • the position and shape of the optically effective interfaces or the surfaces of the cornea, lens and retina that are optically relevant to the eye's vision are also of interest.
  • structural transitions can be represented as one-dimensional depth profiles (A-scans) or as two-dimensional depth section images (B-scans), whereby specular reflections at the optical interfaces and/or light scattered in the various media of the eye are detected.
  • A-scans one-dimensional depth profiles
  • B-scans two-dimensional depth section images
  • OCT optical coherence tomography
  • OCT optical coherence tomography
  • Optical coherence tomography on the human eye provides measurable signal responses when scanning into depth due to the changes in the refractive index at the optical interfaces.
  • the basic principle of the OCT method described, for example, in US 5,321,501 A is based on white light interferometry and compares the transit time of a signal using an interferometer (usually Michelson or Mach-Zehnder interferometer).
  • the arm with a known optical path length (also reference arm) is used as a reference to the measuring arm.
  • the interference of the signals from both arms creates a pattern from which one can read the relative optical path length within an A-scan (single depth signal).
  • the beam is then guided transversely in one or two directions, analogous to ultrasound technology, which allows a flat B or C scan or a three-dimensional tomogram to be recorded.
  • the “Frequency Domain” process can be divided into simultaneous and sequential processes depending on the light source used.
  • the sequential method uses a tunable light source with a variable wavelength, with the sequential “frequency domain” method also being referred to as the “swept source” method (SS-OCT).
  • SS-OCT swept source
  • Common “swept source” light sources are tunable Lasers using rapidly changing spectral filters, such as Fabry-Perot filters or wavelength selectors based on rotating polygon scanners, or current-tunable semiconductor lasers.
  • the tuning rates can be in the range from a few hundred hertz to a few megahertz.
  • the “Time Domain” method can be divided into simultaneous and sequential methods depending on the detector used, whereby a broadband light source is always used. While in the simultaneous “Time Domain” method the expanded measuring beam falls on a diode, CCD or CMOS array (full-field OCT), in the sequential "Time Domain” method the measuring beam is transmitted via an interferometric beam splitter and a Sliding mirror in the reference arm is directed to a simple, highly sensitive photodiode. If an OCT scan is recorded with a constant setting of the reference arm, this is referred to as the realization of a C-scan or an “enface OCT”. The term “enface-OCT” is sometimes also used for frontal views obtained from OCT volume scans.
  • the great technological advantage of OCT is the decoupling of the depth resolution from the transversal resolution.
  • the depth resolution is only determined by the bandwidth of the light source used. Usual bandwidths are in the range from a few nanometers to over a hundred nanometers, when using measuring radiation in the near infrared 700... 1350nm.
  • the depth resolutions that can be achieved are in the range of 3...100pm. In contrast to microscopy, this allows the three-dimensional structure of the thing to be examined corresponding object can be detected, even if the numerical aperture is severely restricted, for example in the case of small pupils in non-dilated eyes.
  • the purely reflective and therefore non-contact measurement enables the generation of microscopic images of living tissue (in vivo).
  • the wavelength of the measuring radiation to be used is determined by the desired application, taking into account the wavelength-dependent tissue absorption and backscattering. For example, if the back of the eye is to be measured, radiation in the range of 690...900nm or 960...110Onm is particularly suitable, and for the front section of the eye, for example, radiation in the range of 1260...1360nm.
  • the solution for eye diagnosis described in US 5,347,328 A is based on the interferometric measurement of the length of the optical axis of an eye. To do this, the eye is illuminated with a coherent beam of light whose wavelength is changed within a predetermined range. The change in wavelength causes a change in the phase difference of the rays reflected at the interfaces, which is used to determine the distance between the surface of the cornea and the fundus of the eye.
  • the interferometer principle based on the dual beam method is also used for optical measuring devices based on short-coherent methods.
  • This method is characterized in particular by its insensitivity to axial eye movements, since an interference between the light components reflected by the cornea and those scattered back by other eye structures is exploited. Solutions based on this measuring principle are described, for example, in DE 198 12 297 C2, DE 103 60 570 A1 and WO 2004/071286 A1.
  • a device based on this method for determining eye length is the lOLMaster® from Zeiss Meditec AG, in which a confocal time Domain system is illuminated with a short-coherent laser source and detected with a non-spatial-resolution photodiode.
  • the lOLMaster is based on an interferometric dual-beam arrangement in which the light backscattered by the retina is superimposed on the corneal reflex and detected coherently.
  • This procedure has the advantage that axial movements of the patient's eye during the measurement do not distort the signal. This means that relatively slow measurements with scanning times of 0.5s can also be carried out using this method. However, patients must provide a minimum level of cooperation for fixation for the duration of the measurement.
  • the disadvantage is that, as with all confocal OCT systems, the eye length range to be measured is linked to the detection aperture and thus to the detection sensitivity and it is therefore not possible to further increase the detection sensitivity in the given eye length measurement range.
  • the ACMaster® from Zeiss Meditec AG is also a device based on this method for determining distances in the front of the eye, in which a confocal time-domain system is illuminated with a short-coherent laser source and detected with a non-spatial-resolution photodiode.
  • a confocal time-domain system is illuminated with a short-coherent laser source and detected with a non-spatial-resolution photodiode.
  • the patient is encouraged to re-fixate using additional fixation incentives, which leads to better detection of the individual interfaces (front and back corneal surfaces, front and back surfaces of the lens). This measurement process is difficult for patients with limited cooperation.
  • the present invention is based on the object of disclosing an arrangement which measures measured values for the biometric variables on the eye quickly, reliably, reproducibly and with the necessary accuracy and resolution.
  • the arrangement should enable a simple and reliable determination of the shape and orientation of the surfaces of the eye lens, including their equatorial planes.
  • the positions and profiles of the areas of the entire eye that are optically relevant to the eye's vision should be determined, which is referred to below as whole-eye biometry.
  • the focus here is on the variables mentioned above, but the device can also be used to extract other, previously unused, variables of the eye from the measurement data, in particular those that are required for the simulation of an optical model of the eye.
  • the task is solved by the features of the independent claims. Preferred further developments and refinements are the subject of the dependent claims.
  • This task is achieved with the arrangement for the reliable determination of biometric measurements of the entire eye, based on optical coherence tomography (OCT), in which the eye is illuminated with a light source via a scanning unit, the focus of the measuring light beam in the eye is lateral and/or axial can be moved or switched and the light components scattered back from the interfaces and from the tissue of the eye are detected by a sensor via an interferometer and forwarded to a control and evaluation unit, solved in that devices are present which prevent this during the determination biometric measurements Ambient light falls into the patient's field of vision.
  • OCT optical coherence tomography
  • the devices that prevent ambient light from falling into the patient's field of vision during the determination of biometric measurements are designed as a type of housing that encloses the part of the patient's face in which both eyes are located.
  • Advantageous embodiments relate to the housing, which encloses the part of the patient's face in which both eyes are located.
  • the housing is designed to be partially or opaque or controllable for ambient light.
  • the contact surface of the housing is designed to be replaceable or disinfectable.
  • the housing is combined with or integrated into an existing chin-forehead support for fixing the patient's face.
  • the present solution relates to the general field of ophthalmology and is used in particular to optically determine the biometry of eyes using two-dimensional optical coherence tomography images. In principle, however, the method is neither limited to the use of coherence tomography nor to the use of optical measurements in general.
  • Figure 1 two B-scans as a whole-eye scan in comparison.
  • OCT optical coherence tomography
  • the pupil is known to dilate in low ambient light. In the simplest case, this effect could be created by darkening the room.
  • the arrangement has devices that prevent ambient light from falling into the patient's field of vision during the determination of biometric measurements. Once the patient is in contact with the device and exposed to darkness, the pupils dilate and measurements can begin.
  • the light source available for optical coherence tomography is based on infrared light. This means that the dilated pupils are maintained even during the acquisition of the various B-scans.
  • the devices can be designed as contact surfaces or screens in order to seal off ambient light during the determination of biometric measurements.
  • the devices are preferably designed as a type of housing which encloses the part of the patient's face in which both eyes are located. This is the only way to reliably ensure that no ambient light enters the patient's field of vision while biometric measurements are being determined.
  • Figure 1 shows two B-scans in the form of whole-eye scans in comparison. In both scans, the cornea 1, iris 2, eye lens 3 and the retina reflex 4 can be clearly seen.
  • the upper scan was recorded using a device known from the prior art.
  • the lower scan was taken with the Arrangement according to the invention added. It can be clearly seen that due to the dilated pupil, a much smaller part of the lens of the eye is obscured by the iris.
  • the following advantageous embodiments relate to the housing which encloses the part of the patient's face in which both eyes are located.
  • the housing preferably encloses the two eyes in a largely light-tight manner, for which the housing is designed to be partially or opaque or controllable to ambient light.
  • the contact surface of the housing is designed to be replaceable or disinfectable.
  • the housing can be designed such that its contact surface on the patient's face is >5cm2, preferably >10cm2 and particularly preferably >15cm2.
  • the housing is combined with or integrated into an existing chin-forehead support for fixing the patient's face.
  • the arrangement according to the invention provides a solution with which the determination of biometric measurements of the entire eye, such as radii and orientation of the front and back surfaces of the cornea, as well as their asphericity and thickness, anterior chamber depth, lens thickness, radii of the front and/or Back of the lens and the axial length of the eye is possible.
  • the determination of biometric measurements of the entire eye is quick, reliable, reproducible and possible with the necessary accuracy and resolution.
  • the arrangement enables a simple and reliable determination of the shape and orientation of the surfaces of the eye lens, including their equatorial planes.
  • the present solution relates to the general field of ophthalmology and is used in particular to optically determine the biometry of eyes using two-dimensional optical coherence tomography images.
  • the method is neither limited to the use of coherence tomography nor to the use of optical measurements in general.

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Abstract

Die vorliegende Anordnung dient der Bestimmung biometrischer Messgrößen, wie Radien und Orientierung sowie Lage und Form der für das Sehvermögen des Auges optisch wirksamen Flächen von Kornea, Linse und Retina. Die Anordnung zur verlässlichen Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges basiert auf der optischen Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge mit einer Lichtquelle über eine Scan-Einheit beleuchtet wird und die von den Grenzflächen und aus dem Gewebe des Auges zurück gestreuten Lichtanteile über ein Interferometer von einem Sensor erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorhanden, die verhindert, dass während der Bestimmung biometrischer Messgrößen Umgebungslicht in das Sichtfeld des Patienten fällt. Die vorliegende Lösung betrifft das allgemeine Gebiet der Ophthalmologie und dient insbesondere der optischen Bestimmung der Biometrie von Augen, ist jedoch nicht auf die Nutzung der Kohärenztomographie beschränkt.

Description

Vorrichtung zur verlässlicheren Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur verlässlicheren Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges, wie Radien und Orientierung von Vorder- und Rückfläche der Kornea, sowie deren Aspherizität und Dicke, Vorderkammertiefe, Linsendicke, Radien der Vorder- und/oder Rückseite der Linse und die Achslänge des Auges. Allgemein sind aber auch die Lage und Form der optisch wirksamen Grenzflächen bzw. der optisch für das Sehvermögen des Auges relevanten Flächen von Kornea, Linse und Retina zueinander von Interesse.
Zur Bestimmung der Merkmale dieser Strukturen eines Auges gibt es im Stand der Technik eine Reihe bekannter Verfahren und Messgeräte, wobei bevorzugt kontaktfreie Verfahren und Anordnungen durchgesetzt haben. Hierzu zählen neben Ultraschallmessgeräten vor allem optische Messgeräte auf Basis konfokaler Scanner oder optisch interferometrischer Verfahren.
Bei diesen Verfahren können Strukturübergänge als eindimensionale Tiefenprofile (A-Scans) oder als zweidimensionale Tiefenschnittbilder (B-Scans) dargestellt werden, wobei spekulare Reflexe an den optischen Grenzflächen und/oder Licht, das in den verschiedenen Medien des Auges gestreut wird, detektiert werden.
Als kurzkohärentes Messverfahren hat sich hierbei das sogenannte OCT-Ver- fahren (OCT = optical coherence tomography) durchgesetzt, bei dem kohärentes Licht mit Hilfe eines Interferometers zur Entfernungsmessung reflektiver und streuender Materialien eingesetzt wird. Die optische Kohärenztomographie am menschlichen Auge liefert beim Scan in die Tiefe, aufgrund der Änderungen im Brechungsindex an den optischen Grenzflächen messbare Signalantworten. Das beispielsweise in US 5,321 ,501 A beschriebene Grundprinzip des OCT- Verfahrens basiert auf der Weißlicht-Interferometrie und vergleicht die Laufzeit eines Signals mit Hilfe eines Interferometers (meist Michelson- oder Mach- Zehnder-Interferometer). Dabei wird der Arm mit bekannter optischer Weglänge (auch Referenzarm) als Referenz zum Messarm herangezogen. Die Interferenz der Signale aus beiden Armen ergibt ein Muster, aus dem man die relative optische Weglänge innerhalb eines A-Scans (einzelnes Tiefensignal) herauslesen kann. In den eindimensionalen Rasterverfahren wird der Strahl dann, analog zur Ultraschalltechnik transversal in einer oder zwei Richtungen geführt, womit sich ein flächiger B- oder C-Scan oder ein dreidimensionales Tomogramm aufnehmen lässt.
Bei den in der Ophthalmologie verwendeten OCT-Verfahren haben sich zwei verschiedene Typen durchgesetzt. Zur Bestimmung der Messwerte wird beim ersten Typ der Referenzarm in der Länge verändert und kontinuierlich die Intensität der Interferenz gemessen, ohne dass dabei das Spektrum berücksichtigt wird. Dieses Verfahren wird als „Time Domain“-Verfahren bezeichnet. Bei dem anderen, als „Frequency Domain“ bezeichneten Verfahren, wird hingegen zur Bestimmung der Messwerte das Spektrum berücksichtigt und die Interferenz der einzelnen spektralen Komponenten erfasst. Deshalb spricht man einerseits vom Signal in der Zeitdomäne (Time Domain) und andererseits vom Signal in der Frequenzdomäne (Frequency Domain). Der Vorteil des „Frequency Do- main“-Verfahrens liegt in der einfachen und schnellen simultanen Messung, wobei vollständige Informationen über die Tiefe ermittelt werden können, ohne zwingend bewegliche Teile zu benötigen, wodurch die Stabilität und die Geschwindigkeit erhöht werden. Wegen der zur Rekonstruktion der Ortsinformationen verwendeten Fouriertransformation werden diese Verfahren auch „Fourier- Domänen“-Verfahren genannt.
Das „Frequency Domain“-Verfahren lässt sich in Abhängigkeit der verwendeten Lichtquelle in simultane und sequentielle Verfahren unterteilen. Das simultane, eine breitbandige Lichtquelle, wie eine Superlumineszenzdiode (SLD) oder einen Femtosekundenlaser, erfordernde Verfahren wird auch als „(Parallel) Spectral Domain“-Verfahren bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird beim sequentiellen Verfahren eine durchstimmbare Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge verwendet, wobei das sequentielle „Frequency Domain“-Verfahren auch als "Swept source' -Verfahren (SS-OCT) bezeichnet wird. Übliche „Swept- source“-Lichtquellen sind durchstimmbare Laser unter Verwendung schnell veränderlicher Spektralfilter, wie Fabry-Perot Filter oder auf rotierenden Polygonscanner basierenden Wellenlängenselektoren, oder auch stromdurch-stimm- bare Halbleiterlaser.
Die Durchstimmraten können dabei im Bereich von einigen hundert Hertz bis einigen Megahertz liegen. Im Unterschied dazu lässt sich das „Time Domain“- Verfahren in Abhängigkeit des verwendeten Detektors in simultane und sequentielle Verfahren unterteilen, wobei stets eine breitbandige Lichtquelle verwendet wird. Während beim simultanen „Time Domain“-Verfahren der aufgeweitete Messstrahl auf ein Dioden-, CCD- oder CMOS-Array fällt (full-field OCT), wird der Messstrahl beim sequentiellen „Time Domain“-Verfahren über einen interfe- rometrischen Strahlteiler und einen verschiebbaren Spiegel im Referenzarm auf eine einfache, hochempfindliche Photodiode gelenkt. Wird ein OCT-Scan bei einer konstanten Einstellung des Referenzarms aufgenommen, so spricht man von der Realisierung eines C-Scans oder eines „enface-OCTs“. Teilweise wird der Begriff „enface-OCT“ aber auch für aus OCT-Volumenscans gewonnene Frontalansichten verwendet.
Der große technologische Vorteil der OCT ist die Entkopplung der Tiefenauflösung von der transversalen Auflösung. Die Tiefenauflösung wird nur durch die genutzte Bandbreite der verwendeten Lichtquelle bestimmt. Übliche Bandbreiten liegen im Bereich von einigen Nanometer bis über hundert Nanometer, bei Verwendung von Messstrahlung im nahen Infrarot 700... 1350nm. Die damit realisierbaren Tiefenauflösungen liegen im Bereich von 3...100pm. Im Gegensatz zur Mikroskopie kann dadurch die dreidimensionale Struktur des zu untersu- chenden Gegenstandes erfasst werden, auch wenn die numerische Apertur, wie beispielsweise bei kleinen Pupillen nicht aufgeweiteter Augen, stark eingeschränkt ist.
Die rein reflektive und damit berührungslose Messung ermöglicht dabei die Erzeugung mikroskopischer Bilder von lebendem Gewebe (in vivo). Die zu verwendende Wellenlänge der Messstrahlung wird hierbei durch die gewünschte Applikation unter Berücksichtigung der wellenlängenabhängigen Gewebeabsorption und Rückstreuung bestimmt. Soll beispielsweise der Augenhintergrund vermessen werden, so eignet sich besonders Strahlung im Bereich von 690...900nm oder 960... 110Onm und für den vorderen Augenabschnitt beispielsweise Strahlung im Bereich von 1260... 1360nm.
Die in der US 5,347,328 A beschriebene Lösung zur Augendiagnose basiert auf der interferometrischen Messung der Länge der optischen Achse eines Auges. Dazu wird das Auge mit einem kohärenten Lichtstrahl beleuchtet, dessen Wellenlänge in einem vorbestimmten Bereich verändert wird. Die Änderung der Wellenlänge bewirkt eine Änderung der Phasendifferenz der an den Grenzflächen reflektierten Strahlen, die zur Bestimmung der Entfernung zwischen Hornhautoberfläche und Augenhintergrund genutzt wird.
Bei den optischen Messgeräten auf der Basis kurzkohärenter Verfahren wird auch das Interferometerprinzip nach dem Dualbeam-Verfahren genutzt. Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere durch eine Unempfindlichkeit gegenüber axialen Augenbewegungen aus, da eine Interferenz zwischen den von der Kornea reflektierten und von anderen Augenstrukturen zurück gestreuten Lichtanteilen ausgenutzt wird. Auf diesem Messprinzip basierende Lösungen werden beispielsweise in DE 198 12 297 C2, DE 103 60 570 A1 und WO 2004/071286 A1 beschrieben.
Als Ergebnis sowohl der OCT-Verfahren als auch der nicht-interferometrischen konfokalen Verfahren (US 2006/0158655 A1 ) erhält man genaue Werte von axialen Abständen in optischen Weglängen. Während die Abweichungen bei den OCT-Verfahren unterhalb der Kohärenzlänge liegen, sind die Abweichungen bei den konfokalen Verfahren, je nach Qualität der Streulichtunterdrückung zwar etwas schlechter, liegen jedoch ebenfalls noch im unteren pm-Bereich.
Problematisch ist bei den bekannten Lösungen, dass automatische Auswertungen von A- und B-Scans zur Gewinnung von biometrischen Messgrößen mit einer Vielzahl von Messsituationen und Störungen konfrontiert werden, unter denen sie aber genau und bei minimaler Zahl von Ausfällen funktionieren müssen. Beispiele sind Augenlängenmessungen zur Vorbereitung von IOL-Implantatio- nen bei Behandlung von Katarakten oder starken Refraktionsfehlern oder dem Austausch von lOLs.
In diesen Fällen liegen sehr unterschiedliche Messbedingungen vor, unter denen eine automatische Scanauswertung und Gewinnung von biometrischen Messgrößen aus OCT-Scans sicher funktionieren muss, wie beispielsweise eine Abschwächung der Messstrahlung bei Katarakten oder deren Defokussierung im Falle von Refraktionsfehlern oder auch dem Vorhandensein von Pathologien, wie Netzhautödemen. Im Stand der Technik ist dies immer nur sehr beschränkt realisierbar, weshalb Messwertabweichungen oder unvollständige Messauswertungen auftreten, die dann manuelle Nachkorrekturen der Abstandsmessungen erfordern, die ebenfalls fehlerbehaftet sein können.
Bei der Messung der Augenlänge ist durch die Fixation des Patienten auf den Messstrahl sichergestellt, dass die zur Berechnung der IOL relevante Länge bestimmt wird. Für die Messung von Abständen im vorderen Augenbereich kann es dagegen von Vorteil sein, den Patienten mittels zusätzlicher Fixationsanreize umfixieren zu lassen oder mittels bestimmter Vorrichtungen den Messstrahl unter verschiedenen Winkeln ins Auge zu führen.
Ein auf diesem Verfahren basierendes Gerät zur Bestimmung der Augenlänge stellt der lOLMaster® der Zeiss Meditec AG dar, bei dem ein konfokales Time- Domain-System mit einer kurzkohärenten Laserquelle beleuchtet wird und mit einer nicht ortsauflösenden Photodiode detektiert wird. Der lOLMaster basiert auf einer interferometrischen Dual-Beam-Anordnung, bei dem das von der Retina zurückgestreute Licht mit dem Korneareflex überlagert und kohärent detektiert wird.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass axiale Bewegungen des Patientenauges während der Messung das Signal nicht verfälschen. Damit können mit diesem Verfahren auch relativ langsame Messungen mit Scannzeiten von 0,5s durchgeführt werden. Allerdings müssen Patienten für die Messzeitdauer ein Mindestmaß an Kooperation zur Fixation aufbringen.
Nachteilig wirkt sich aus, dass wie bei allen konfokalen OCT-Systemen der zu messende Augenlängenbereich mit der Detektionsapertur und damit mit der Detektionsempfindlichkeit gekoppelt ist und es dadurch nicht möglich ist, die Detektionsempfindlichkeit im gegebenen Augenlängenmessbereich weiter zu erhöhen.
Ein ebenfalls auf diesem Verfahren basierendes Gerät zur Bestimmung von Abständen im vorderen Augenabschnitt stellt der ACMaster® der Zeiss Meditec AG dar, bei dem ein konfokales Time-Domain-System mit einer kurzkohärenten Laserquelle beleuchtet wird und mit einer nicht ortsauflösenden Photodiode detektiert wird. Bei diesem Gerät wird der Patienten mittels zusätzlicher Fixationsanreize zum Umfixieren angeregt, was zu einer besseren Detektion der einzelnen Grenzflächen (Hornhautvorder- und Hornhautrückfläche, Linsenvorder- und Linsenrückfläche) führt. Für eingeschränkt kooperative Patienten ist dieser Messvorgang schwierig.
Der Nachteil des hier beschriebenen Verfahrens ist darin zu sehen, dass ortsauflösende Detektoren, deren Messgeschwindigkeit zumindest annähernd der von nicht ortsauflösenden Detektoren entspricht, sehr teuer sind. Ein weiterer Nachteil aller nach dem Stand der Technik bekannten, optisch berührungsfrei arbeitenden Messverfahren liegt darin begründet, dass sich die Augenlänge und die Linsendicke bei einer bereits vorliegenden Katarakterkrankung aufgrund der sich verringernden Transmission der Augenlinse schwieriger messen lassen.
Außerdem hat sich gezeigt, dass sich zwar die Anatomie des Auges aus den zweidimensionalen IOL-Scans visualisieren lässt, die Identifizierung der optischen Schnittstellen und insbesondere der Form und Orientierung der Oberflächen der Augenlinse Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere wenn versucht wurde, die Form der Oberflächen der Augenlinse (einschließlich ihrer Äquatorebene) zu bestimmen und als Bild in den B-Scan einzufügen. Dies wurde durch das kleine Segment der Linse, das in den B-Scans sichtbar ist, behindert. Der größte Teil der Augenlinse wird tatsächlich von der Iris verdeckt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu offenbaren, die schnell, zuverlässig, reproduzierbar und mit der nötigen Genauigkeit und Auflösung Messwerte für die biometrischen Größen am Auge misst. Zudem soll die Anordnung eine einfache und sichere Bestimmung der Form und Orientierung der Oberflächen der Augenlinse, einschließlich deren Äquatorebenen ermöglichen.
Insbesondere sollen die optisch für das Sehvermögen des Auges relevanten Flächen des gesamten Auges in ihrer Lage und ihrem Profil im Auge bestimmt werden, was im Folgenden als Ganzaugen-Biometrie bezeichnet wird. Dabei stehen die oben erwähnten Größen im Vordergrund, es können jedoch mit der Vorrichtung auch andere, bisher noch nicht verwendete Größen des Auges aus den Messdaten extrahiert werden, insbesondere auch solche die für die Simulation eines optischen Modells des Auges benötigt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Diese Aufgabe wird mit der Anordnung zur verlässlichen Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges, basierend auf der optischen Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge mit einer Lichtquelle über eine Scan-Einheit beleuchtet wird, der Fokus des Messlichtstrahls im Auge lateral und/oder axial verschiebbar oder umschaltbar ist und die von den Grenzflächen und aus dem Gewebe des Auges zurück gestreuten Lichtanteile über ein Interferometer von einem Sensor erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet werden, dadurch gelöst, dass Vorrichtungen vorhanden sind, die verhindert, dass während der Bestimmung biometrischer Messgrößen Umgebungslicht in das Sichtfeld des Patienten fällt.
Erfindungsgemäß sind die Vorrichtungen, die verhindert, dass während der Bestimmung biometrischer Messgrößen Umgebungslicht in das Sichtfeld des Patienten fällt, dabei als eine Art Gehäuse ausgebildet, welches den Teil des Gesichts des Patienten umschließt, in dem sich beide Augen befinden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen betreffen das Gehäuse, welches den Teil des Gesichts des Patienten umschließt, in dem sich beide Augen befinden.
Einer ersten Ausgestaltung entsprechend ist das Gehäuse für Umgebungslicht teil- oder undurchlässig bzw. steuerbar ausgebildet.
Einer zweiten Ausgestaltung entsprechend sind die Anlagefläche des Gehäuses austauschbar oder desinfizierbar gestaltet.
Einer dritten Ausgestaltung entsprechend ist das Gehäuse mit einer vorhandenen Kinn-Stirn-Stütze zur Fixierung des Patientengesicht kombiniert bzw. in diese integriert. Die vorliegende Lösung betrifft das allgemeine Gebiet der Ophthalmologie und dient insbesondere der optischen Bestimmung der Biometrie von Augen mittels zweidimensionaler, optischer Kohärenztomographieaufnahmen. Prinzipiell ist das Verfahren jedoch weder auf die Nutzung der Kohärenztomographie noch auf die Verwendung optischer Messungen im Allgemeinen beschränkt.
Im Folgenden werden verschiedene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung näher beschrieben. Dazu zeigt die:
Figur 1 : zwei B-Scans als Ganzaugen-Scan im Vergleich.
Dabei basiert die Anordnung zur verlässlichen Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges auf der optischen Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge mit einer Lichtquelle über eine Scan-Einheit beleuchtet wird, der Fokus des Messlichtstrahls im Auge lateral und/oder axial verschiebbar oder umschaltbar ist und die von den Grenzflächen und aus dem Gewebe des Auges zurück gestreuten Lichtanteile über ein Interferometer von einem Sensor erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet werden.
Es ist bekannt, dass sich die Pupille bei geringem Umgebungslicht ausdehnt. Im einfachsten Fall ließe sich dieser Effekt durch Abdunklung des Raumes erzeugen.
Dies würde im vorliegenden Fall zwangsläufig dazu führen, dass für die B- Scans ein größerer Teil der Augenlinse sichtbar wird, da infolge der Dunkelheit die Pupille erweitert und die Iris einen kleineren Teil der Augenlinse verdeckt.
Allerdings ist ein abgedunkelter Raum für die meisten ophthalmologischen Untersuchungen und Behandlungen nicht von Vorteil. Erfindungsgemäß verfügt die Anordnung über Vorrichtungen, die verhindern, dass während der Bestimmung biometrischer Messgrößen Umgebungslicht in das Sichtfeld des Patienten fällt. Sobald der Patient mit dem Gerät in Kontakt ist und der Dunkelheit ausgesetzt ist, dehnen sich die Pupillen aus und die Messungen können beginnen.
In diesem Zusammenhang ist darauf zu achten, dass eine vorhandene Fixierlichtquelle auf sichtbarem Licht geringer Intensität basiert, um mögliche Verletzungen des Auges infolge zu hoher Lichtintensitäten auszuschließen.
Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, ist es von Vorteil, dass die für die optische Kohärenztomographie vorhandene Lichtquelle auf infrarotem Licht basiert. Dadurch bleiben die erweiterten Pupillen auch während der Gewinnung der verschiedenen B-Scans erhalten.
Im einfachsten Fall können die Vorrichtungen als Anlageflächen oder Blenden ausgebildet sein, um Umgebungslicht während der Bestimmung biometrischer Messgrößen abzuschotten.
Bevorzugt sind die Vorrichtungen jedoch als eine Art Gehäuse ausgebildet, welches den Teil des Gesichts des Patienten umschließt, in dem sich beide Augen befinden. Nur so kann zuverlässig gesichert werden, dass während der Bestimmung biometrischer Messgrößen kein Umgebungslicht in das Sichtfeld des Patienten gelangt.
Hierzu zeigt die Figur 1 zwei B-Scans in Form von Ganzaugen-Scans im Vergleich. In beiden Scans sind die Hornhaut 1 , Iris 2, Augenlinse 3 und der Reflex der Retina 4 deutlich zu erkennen.
Hierbei wurde der obere Scan mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung aufgenommen. Im Unterschied dazu wurde der untere Scan mit der erfindungsgemäßen Anordnung aufgenommen. Es ist deutlich zu sehen, dass durch die erweiterte Pupille ein viel geringerer Teil der Augenlinse durch die Iris verdeckt wird.
Die folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen betreffen das Gehäuse, welches den Teil des Gesichts des Patienten umschließt, in dem sich beide Augen befinden.
Bevorzugt umschließt das Gehäuse dabei die beiden Augen weitgehend lichtdicht, wofür das Gehäuse für Umgebungslicht teil- oder undurchlässig bzw. steuerbar ausgebildet ist.
Aus hygienischen Gründen ist die Anlagefläche des Gehäuses austauschbar oder desinfizierbar gestaltet ist.
Dabei kann das Gehäuse so ausgebildet sein, dass seine Anlagefläche am Patientengesicht > 5cm2, bevorzugt > 10cm2 und besonders bevorzugt > 15cm2 ist.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend ist das Gehäuse mit einer vorhandenen Kinn-Stirn-Stütze zur Fixierung des Patientengesichts kombiniert bzw. in diese integriert.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, mit der die Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges, wie Radien und Orientierung von Vorder- und Rückfläche der Kornea, sowie deren Aspherizität und Dicke, Vorderkammertiefe, Linsendicke, Radien der Vorder- und/oder Rückseite der Linse und die Achslänge des Auges möglich ist.
Dabei ist die Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges schnell, zuverlässig, reproduzierbar und mit der nötigen Genauigkeit und Auflösung möglich. insbesondere ermöglicht die Anordnung eine einfache und sichere Bestimmung der Form und Orientierung der Oberflächen der Augenlinse, einschließlich deren Äquatorebenen.
Die vorliegende Lösung betrifft das allgemeine Gebiet der Ophthalmologie und dient insbesondere der optischen Bestimmung der Biometrie von Augen mittels zweidimensionaler, optischer Kohärenztomographieaufnahmen. Prinzipiell ist das Verfahren jedoch weder auf die Nutzung der Kohärenztomographie noch auf die Verwendung optischer Messungen im Allgemeinen beschränkt.

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zur verlässlichen Bestimmung biometrischer Messgrößen des gesamten Auges, basierend auf der optischen Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge mit einer Lichtquelle über eine Scan-Einheit beleuchtet wird, der Fokus des Messlichtstrahls im Auge lateral und/oder axial verschiebbar oder umschaltbar ist und die von den Grenzflächen und aus dem Gewebe des Auges zurück gestreuten Lichtanteile über ein Interferometer von einem Sensor erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorhanden ist, die verhindert, dass während der Bestimmung biometrischer Messgrößen Umgebungslicht in das Sichtfeld des Patienten fällt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixierlichtquelle vorhanden ist, die auf sichtbarem Licht geringer Intensität basiert.
3. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die für die optische Kohärenztomographie vorhandene Lichtquelle auf infrarotem Licht basiert.
4. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen als Anlageflächen oder Blenden ausgebildet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen als eine Art Gehäuse ausgebildet sind, welches den Teil des Gesichts des Patienten umschließt, in dem sich beide Augen befinden.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse so ausgebildet ist, dass es beide Augen weitgehend lichtdicht umschließt. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse teil- oder undurchlässig für Umgebungslicht bzw. steuerbar bezüglich Umgebungslichtdurchlässigkeit ausgebildet ist. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche des Gehäuses austauschbar oder desinfizierbar gestaltet ist. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse so ausgebildet ist, dass seine Anlagefläche am Patientengesicht > 5cm2, bevorzugt > 10cm2 und besonders bevorzugt > 15cm2 ist. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit einer vorhandenen Kinn-Stirn-Stütze zur Fixierung des Patientengesicht kombiniert bzw. in diese integriert sind.
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