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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein
das Diagnostizieren von Augenleiden mittels polarisierter Lichtquellen.
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2. Hintergrund der Erfindung
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Die Kenntnis der Dicke der Netzhautnervenfaserschicht
eines Patienten kann beim Diagnostizieren eines Glaukoms und anderer
Erkrankungen des Sehnervs entscheidend sein. Nun ist die Nervenfaserschicht "formdoppelbrechend" ist, was bedeutet, daß wenn die
Polarisationsachse eines die Schicht durchlaufenden polarisierten
Lichtstrahls weder parallel noch senkrecht zu den Nervenfaserbündeln ist, Retardation
in den Strahl eingeführt
wird. Insbesondere ist die Doppelbrechung eine optische Eigenschaft,
die aus der Anisotropie eines Mediums herrührt, durch das sich polarisiertes
Licht ausbreitet, und sie manifestiert sich durch die Variation
der Geschwindigkeit des Lichts, wobei die Geschwindigkeit von der
Ausbreitungsrichtung und Polarisationsachse des Lichts abhängig ist.
Breitet sich Licht senkrecht zur optischen Achse eines anisotropen
Materials aus, bewegen sich zwei orthogonal polarisierte Komponenten
des Lichts, eine mit Polarisation parallel zur optischen Achse und
die andere mit Polarisation senkrecht zur optischen Achse, mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten, was zu einer Phasenverschiebung zwischen den
beiden Komponenten führt. Diese
Phasenverschiebung wird als "Retardation" bezeichnet. Der
Polarisationszustand des austretenden rückgestreuten Lichts ändert sich
auf der Grundlage des Retardationsbetrags zwischen den beiden Komponenten.
Ein Retardationskennfeld kann auf der Grundlage des rückgestreuten
Lichts erzeugt werden, das die Dicke der Nervenfaser schicht darstellt
und das somit zum Diagnostizieren von Augenleiden von Nutzen ist.
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Folglich wurden vom Rechtsnachfolger
der vorliegenden Anmeldung Laserdiagnosevorrichtungen in den US-A-5303709,
5787890, 6112114 und 6137585 offenbart, die die Dicke der Nervenfaserschicht
messen, indem sie den Retardationsbetrag von Laserlicht in der Faserschicht
messen, wobei der Retardationsbetrag danach gemäß technisch bekannten Grundsätzen mit
der Schichtdicke korreliert wird. Ebenso ist im Verständnis der
Erfindung die sogenannte Henle-Faserschicht, die Photorezeptoraxone
aufweist und die radial verteilte langsame Achsen in Zentrierung
um die Fovea in der Makula des Auges hat, auch formdoppelbrechend,
weshalb sich ihre Dicke zu Diagnosezwecken mit Laserlicht auch messen
läßt.
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Wie ferner hierin erkannt ist, sind
Abschnitte des Auges (im folgenden gemeinsam als "Anteriorsegmente" bezeichnet), die
anterior zur Nervenfaserschicht und Henle-Faserschicht liegen, ebenfalls doppelbrechend.
Zum Beispiel sind sowohl die Hornhaut als auch die Linse doppelbrechend.
Außerdem kann
die axiale Orientierung und Größe der Doppelbrechung
der Anteriorsegmente von Person zu Person erheblich variieren. Da
der Diagnosestrahl diese Anteriorsegmente durchlaufen muß, geht
die Erfindung davon aus, daß die
durch diese Abschnitte verursachte Laserstrahlretardation berücksichtigt
werden muß,
um Posteriorsegmente, z. B. die Nervenfaserschicht und Henle-Faserschicht, im
Kennfeld genauer abzubilden.
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In der o. g. US-A-5303709 wurde ein
Hornhautkompensator zum Neutralisieren der Effekte der Doppelbrechung
von Anteriorsegmenten des Auges auf einen Diagnosestrahl offenbart,
der zur Dickenmessung der Nervenfaserschicht bestimmt ist. Die Kompensationsstruktur
im Patent '709 verfügt über ein
polarisationsempfindliches konfokales System, das an einem Laserabtast-Netzhautpolarimeter
befestigt ist. Der Detektor dieser Vorrichtung verfügt über eine
Lochapertur, die eingestellt wird, damit sie mit der Laserquelle
und der Posteriorfläche
der Kristallinse so konjugiert ist, daß nur reflektiertes Licht von
den Posteriorflächen
der Kristallinse aufgefangen und analysiert wird. Ein variabler
Retarder wird anschließend so
eingestellt, daß er
jede Retardation im zurückgeführten Lichtstrahl
neutralisiert.
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Wenngleich es für seine beabsichtigten Zwecke
wirksam ist, erfordern die Kompensationsmerkmale des Patents '709 in der Erkenntnis
hierin, daß mehrere
optische Komponenten zum bereits komplexen optischen System eines
Laserabtastpolarimeters zugefügt
werden. Außerdem
verwendet die Erfindung des Patents '709 die Patientenlinse als Referenzfläche zur
Bestimmung der Anteriorsegmentdoppelbrechung. In der Erkenntnis
hierin kann die Reflexionsstärke
einer Patientenlinse, die durch die konfokale Abbildung erfaßt wird,
infolge von Augenbewegung schwanken, weshalb es schwierig sein kann, die
Anteriorsegmentdoppelbrechung genau zu kompensieren, wenn die Linse
als Referenzfläche
genutzt wird.
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Wie zudem hierin erkannt ist, kann,
abgesehen vom Verständnis
der Erfindung, daß noch
kein Verfahren zum Kompensieren der Doppelbrechung von Anteriorsegmenten
des Auges durch Berechnungen nach der Messung offenbart wurde, eine
solche Kompensation nach der Messung kompliziert sein. Grund dafür ist, daß der spezielle
Beitrag der Henle-Faserschicht zur Gesamtretardation nicht unbedingt
bekannt und statt dessen mit der gesamten Anteriorsegmentdoppelbrechung
vermischt ist.
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Daher wäre es erfindungsgemäß wünschenswert,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Doppelbrechung
von Segmenten des Auges, die anterior zur Netzhaut sind, trotz Augenbewegung
bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die hier offenbarten Vorrichtungen
und Verfahren überwinden
die Mängel
der o. g. Hornhautmeßvorrichtung.
Statt der Detektion des Polarisationszustands der Reflexion von
der Rückseite
der Kristallinse erfolgt eine Polarimetrie an Reflexionen vom Fundus,
um die Größe und axiale
Orientierung der Anteriorsegmentretardation zu bestimmen. Die Anteriorsegmentdoppelbrechung
wird durch Analysieren des Polarisationszustands des rückgestreuten Lichts
von einem der folgenden Fundusbereiche bestimmt: der Makula, den
Hauptnetzhautgefäßen und Stellen,
an denen die Netzhautdoppelbrechung im Vergleich zur Doppelbrechung
des Anteriorsegments belanglos ist.
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Dazu verwendet die Erfindung einen
polarisierten Lichtstrahl mit bekanntem Polarisationszustand. Einer
der beiden einfachen Polarisationszustände ist bevorzugt: ein rotierendes
linear polarisiertes Licht und ein zirkular polarisiertes Licht.
Vorgesehen ist ein variabler Retarder (Phasenplatte), um die Anteriorsegmentdoppelbrechung
so auszulöschen, daß der einfallende
Strahl ein linear polarisierter Lichtstrahl oder zirkular polarisierter
Lichtstrahl beim Auftreffen auf den Fundus bleibt.
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Mit der Erfindung kann ein vereinfachtes
Laserabtastpolarimeter denselben Strahlenweg zum Messen der Hornhaut-
und Linsendoppelbrechung verwenden, der zum Messen der Doppelbrechung der
Netzhautnervenfaserschicht verwendet wird. Ferner läßt sich
die Anteriorsegmentdoppelbrechung bestimmen, ohne daß Augenbewegungen
die Bestimmung stören.
Durch Messen der Anteriorsegmentdoppelbrechung entlang im wesentlichen
identischer Strahlenwege, die zur Messung von Strahlen der Netzhautnervenfaserschicht
verwendet werden, kann außerdem
eine genauere Messung der Anteriorsegmentdoppelbrechung erfolgen,
da die Hornhautdoppelbrechung mit dem Einfallswinkel des Strahls
und mit der Lage der Hornhaut variiert.
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Wie später näher offenbart wird, liegt das zum
Rückstreuen
des Sondenstrahls verwendete Referenzziel, um die Doppelbrechung
des Anteriorsegments zu detektieren, nicht auf der Linse, sondern
ist der Netzhaut zugeordnet. Zum Beispiel kann das Ziel die Henle-Faserschicht
in der Makula sein. Alternativ können
große
Netzhautblutgefäße als Ziel dienen.
Grund dafür
ist, daß gemäß der Erkenntnis hierin
Netzhautblutgefäße nahe
der Netzhautoberfläche
liegen und die spiegelnde Reflexion von der Oberseite der Hauptnetzhautgefäße den Polarisationszustand
des einfallenden Strahls bewahrt. Als Folge ist die an Hauptblutgefäßen gemessene
Retardation eine Messung der Doppelbrechung vom Anteriorsegment.
Fundusbereiche, in denen die Netzhautdoppelbrechung minimal ist,
können
auch als Referenzziel verwendet werden, da das rückge streute Licht von diesen
Bereichen den Polarisationszustand des einfallenden Lichts erhält.
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Die Ausgabe der Erfindung ist ein
Retardationskennfeld der Nervenfaserschicht oder der Henle-Faserschicht
(Photorezeptoraxonschicht), das als Werkzeug dienen kann, um Glaukom,
Makuladegeneration, Optikusneuropathie, Neuritis optica, Alterung
und andere Augenerkrankungen zu diagnostizieren und zu überwachen,
z. B. solche, die Ganglienzellen- oder Photorezeptoraxonatrophie
verursachen.
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In einem Aspekt wird ein Verfahren
zur Bestimmung einer Doppelbrechung eines Posteriorsegments eines
Auges offenbart, das ein Anteriorsegment und eine Netzhaut hat.
Das Verfahren weist auf: Richten eines ersten Strahls auf einen
Abschnitt der Netzhaut, um einen ersten reflektierten Strahl zu
bilden, und auf der Grundlage von Polarisationseigenschaften des
ersten reflektierten Strahl erfolgendes Bestimmen einer Doppelbrechung
des Anteriorsegments. Ferner weist das Verfahren das Konfigurieren einer
polarisationskompensierenden Vorrichtung auf, um die Doppelbrechung
des Anteriorsegments zu neutralisieren. Ein zweiter Strahl wird
durch die polarisationskompensierende Vorrichtung und auf einen Abschnitt
der Netzhaut gerichtet, um einen zweiten reflektierten Strahl zu
bilden. Auf der Grundlage der Polarisationseigenschaften des zweiten
reflektierten Strahls bestimmt das Verfahren dann eine Doppelbrechung
des Posteriorsegments.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Doppelbrechung des Anteriorsegments bestimmt, indem die
polarisationskompensierende Vorrichtung so konfiguriert wird, daß sie eine
neutralisierende Einstellung hat, und dann der erste Strahl durch
die Vorrichtung gerichtet wird, um den ersten reflektierten Strahl
zu bilden. Als nächstes
wird die polarisationskompensierende Vorrichtung so konfiguriert,
daß sie
eine nicht neutralisierende Einstellung hat. Wiederum richtet das
Verfahren den ersten Strahl durch die Vorrichtung, um den ersten
reflektierten Strahl zu bilden.
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Wie später näher erläutert wird, bestimmt man in
einer derzeit bevorzugten Ausführungsform die
Doppelbrechung des Anteriorsegments durch Bestimmen einer aus dem
ersten reflek tierten Strahl abgeleiteten maximalen Größe, Bestimmen
eines Henle-Faserschichtwerts auf der Grundlage einer Differenz
zwischen der maximalen Größe und einer
aus dem ersten reflektierten Strahl abgeleiteten minimalen Größe und anschließendes Bestimmen
eines Retardationswerts des Anteriorsegments durch von der maximalen
Größe erfolgendes
Subtrahieren des Henle-Werts und eines Einstellwerts der polarisationskompensierenden
Vorrichtung. Offenbart wird ferner ein Algorithmus zum Bestimmen
der Doppelbrechung des Rnteriorsegments. Der Algorithmus weist das
Bestimmen eines Retardationswerts δ wie folgt auf: δ = [λ/360°] sin–1 [Imax/Itotal]
1/2, wobei Imax eine
maximale Ausgangsstärke
eines ersten Detektors ist, der den reflektierten Strahl detektiert,
Itotal die Summe der Stärken ist, die durch zwei Detektoren
ausgegeben werden, die den reflektierten Strahl detektieren, und λ die Wellenlänge des
ersten reflektierten Strahls ist.
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Alternativ läßt sich die Doppelbrechung
des Anteriorsegments wie nachfolgend beschrieben bestimmen. In dieser
Ausführungsform
wird eine langsame Polarisationsachse des Anteriorsegments beobachtet.
Danach bestimmt das Verfahren eine Größe einer Retardation des Anteriorsegments
auf der Grundlage eines mittleren Retardationswerts, gewonnen aus
einer Ringfläche
in Zentrierung auf die Fovea des Auges innerhalb eines Kegels von
6° in der
Messung von der Pupille des Auges, wo die Faserschicht relativ dünn ist.
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In einer weiteren Ausführungsform
kann zirkular polarisiertes Licht verwendet werden. Bei diesem Verfahren
wird der zirkular polarisierte Lichtstrahl auf die Makula gerichtet.
Ein Viertelwellenretarder wird auf null eingestellt, wonach die
Retardationsachse anhand der später
beschriebenen "Schleife" bestimmt wird. Die
Viertelwellenretarderachse wird zur beobachteten Achse ausgerichtet
und ihr Wert von null ausgehend solange erhöht, bis die "Schleife" aus dem Bild verschwindet.
An diesem Punkt stellen die Achse und der Wert des Retarders die
Achse und den Wert der Anteriorsegmentretardation dar.
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Die Einzelheiten der Erfindung, sowohl
in ihrem Aufbau als auch ihrem Betrieb, werden am besten anhand
der beigefügten
Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile
bezeichnen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht des Auges, die verschiedene Teile des
Anteriorsegments identifiziert;
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2 ist
eine schematische Querschnittansicht der Netzhaut im Blick entlang
der Linie 1-1 von 1;
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3 ist
eine schematische Darstellung der Abtuaststrahlenwege im Auge;
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4 ist
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen optischen Systems;
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5 ist
ein Ablaufplan des Gesamtverfahrens der Erfindung;
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6 ist
ein Ablaufplan des Verfahrens zur Bestimmung der Anteriorsegmentdoppelbrechung
in einer ersten Ausführungsform
unter Verwendung von Netzhautblutgefäßen oder vorbestimmten Flächen des
Fundus;
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7 ist
ein Diagramm der Beziehung zwischen Detektorausgaben und der Polarisationsachse;
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8 ist
eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen der Polarisationsachse
und den Retarderachsen;
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9 ist
ein Ablaufplan des Verfahrens zur Bestimmung der Anteriorsegmentdoppelbrechung
in einer zweiten Ausführungsform
unter Verwendung der Henle-Faserschicht;
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10 ist
eine schematische Darstellung des Aussehens der Retardationsverteilung
der Henle-Faserschicht;
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11 ist
ein Ablaufplan des Verfahrens zur Bestimmung der Anteriorsegmentdoppelbrechung
in einer dritten Ausführungsform
unter Verwendung einer Einzelmessung; und
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12 ist
ein Ablaufplan des Verfahrens zur Bestimmung der Anteriorsegmentdoppelbrechung
in einer vierten Ausführungsform
unter Verwendung von zirkular polarisiertem Licht.
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NÄHERE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In der Verwendung hierin deckt Polarisations-"Verschiebung" allgemein alle Arten
von Polarisationsänderungen
ab, u. a. die Drehung der optischen Achse von polarisiertem Licht,
die Änderung von
linearem zu elliptisch oder zirkular polarisiertem Licht und umgekehrt
sowie jede Kombination daraus. "Polarimetrie" bezeichnet Techniken
zur Bestimmung der Polarisations-"Verschiebung" eines Lichtstrahls. "Polarimeter" bezeichnet Vorrichtungen
zur Durchführung
der Polarimetrie. "Räumlich aufgelöste Netzhautpolarimetrie" und "räumlich aufgelöstes Netzhautpolarimeter" bezeichnen die Technik
und Vorrichtung zur punktweisen Durchführung der Polarimetrie auf
der Netzhaut. "Retardationskennfeld" bezeichnet eine
zweidimensionale Anzeige der Retardationsverteilung in der Messung
mit einem räumlich aufgelösten Polarimeter. "Hornhautdoppelbrechung" bedeutet Anteriorsegmentdoppelbrechung,
u. a. Beiträge
der Linse zusätzlich
zur Hornhaut; und "Hornhautkompensator" dient zur Beschreibung
einer Vorrichtung zum Neutralisieren der Doppelbrechung des Anteriorsegments
des Auges, z. B. ein variabler Retarder.
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Mit anfänglichem Bezug auf 1 und 2 hat ein Auge 11 eine Hornhaut 10,
die als vorderster, transparenter Abschnitt des Auges dient. Hinter
der Hornhaut 10 liegen die Iris 12 und die Linse 14.
Das Innere des Auges 11 ist mit Glaskörper gefüllt, und hinten im Auge befindet
sich die Netzhaut 15, die sich aus Schichten gemäß 2 zusammensetzt. Die Lagen
der Fovea 17 und des Sehnervenkopfes 13 sind auch
in 1 gezeigt.
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Gemäß 2 verfügt die Netzhaut 15 über eine
Innengrenzhaut 16, gefolgt von der Nervenfaserschicht 18,
dem Rezeptorsystem 21, der Henle-Faserschicht 20,
dem Netzhautpigmentepithel 22 und der Aderhaut 23.
Die gesamte Augenstruktur anterior zur Innengrenzhaut 16 wird
hierin als "Anteriorsegment" des Auges bezeichnet.
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Wie später näher dargelegt wird, kann die
Dicke der Henle-Faserschicht 20 und der Nervenfaserschicht 18 gemessen
werden. 3 veranschaulicht die
unterschiedlichen Strahlenwege, die zur Durchführung dieser Messungen verwendet
werden können.
Insbesondere ist der Abtaststrahlenweg im Auge gemäß 46 auf
der Fovea 17 zur Makulamessung zentriert, wäh rend der
bei 47 gezeigte Abtaststrahlenweg auf dem Sehnervenkopf 13 zur
peripapillären
Nervenfaserschichtmessung zentriert ist. Diese Meßzonen sind
zueinander benachbart und überlappen
sich im wesentlichen. Wie durch die Erfindung erkannt, wird im wesentlichen
derselbe Bereich der Hornhaut und Linse in beiden Messungen verwendet.
Somit ist der Effekt des Anteriorsegments in beiden Messungen im
wesentlichen gleich.
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4 zeigt
ein optisches System, das zur Realisierung der Erfindung genutzt
werden kann. Eine monochromatische Lichtquelle 30, z. B.
ein Laser, erzeugt einen monochromatischen Lichtstrahl, der durch
die mit "Strahl" bezeichnete Linie
dargestellt ist. Der Strahl durchläuft einen Polarisator 31, um
das Licht zu polarisieren, dessen Polarisationsachse entweder parallel
oder senkrecht zur Einfallsebene eines nichtpolarisierenden Strahlteilers 32 eingestellt
ist. Danach wird der Lichtstrahl durch eine Linse 33 kollimiert.
Der kollimierte Strahl durchläuft einen
Polarisationsdreher 34, der die Polarisationsachse des
Strahls um einen Winkel θ dreht,
während der
Lichtstrahl linear polarisiert bleibt.
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Vom Dreher 34 breitet sich
das polarisierte Licht durch eine Abtasteinheit 35 aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Abtasteinheit 35 eine zweidimensionale Abtastvorrichtung
auf. Eine geeignete herkömmliche
zweidimensionale Abtasteinheit kann verwendet werden. In einer Ausführungsform
führt ein
erster Zeilenabtaster eine Zeilenabtastung durch, und ein zweiter
Abtaster führt eine
Schrittabtastung zum Abschluß jeder
Zeilenabtastung durch. Danach wird das dadurch erzeugte zweidimensionale
Abtastfeld über
eine Abbildungsoptikeinheit 36 projiziert, die eine Objektivlinse
und eine Fokussiereinheit aufweisen kann, um den Brechungsfehler
des Auges zu kompensieren.
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Als nächstes durchläuft der
Strahl einen variablen Retarder 37. Wie später dargestellt
wird, ist der variable Retarder 37 ein Beispiel für einen
Hornhautkompensator, der verwendet wird, um die Doppelbrechung des
Anteriorsegments des Auges zu messen. Außerdem dient der variable Retarder 37 als
Kompensator, um die Anteriorsegmentdoppelbrechung des Au ges zu neutralisieren.
Der variable Retarder 37 kann ein variabler Flüssigkristallretarder
mit gesteuerten Achsen sein, oder er kann mit zwei festen Retardern
nullter Ordnung konfiguriert sein.
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Rückgestreutes
Licht, d. h. Reflexionen vom Fundus, läuft durch dieselben optischen
Komponenten zurück,
bis es durch den Strahlteiler 32 zu einem polarisierenden
Strahlteiler 38 umgeleitet wird. Der polarisierende Strahlteiler 38 trennt
das Licht in zwei Komponenten. Eine Komponente mit einer Polarisationsachse
senkrecht zur Einfallsebene des Strahlteilers 38 wird zu
einem ersten Detektor 39 reflektiert, und die andere Komponente
mit einer Polarisationsachse parallel zur Einfallsebene wird zu
einem zweiten Detektor 40 durchgelassen.
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In 5 sind
die Schritte des Gesamtverfahrens zur Messung der Doppelbrechung
(manifestiert durch die Lichtstrahlretardation, die sie verursacht) des
Anteriorsegments ersichtlich. Beginnend im Block 42 wird
der polarisierte Lichtstrahl auf eine vorbestimmte Fläche des
Fundus gerichtet. Allgemeiner wird der Strahl auf die Netzhaut gerichtet.
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Als nächstes wird im Block 44 das
rückgestreute
Licht verwendet, um die Doppelbrechung des Anteriorsegments gemäß der späteren Offenbarung zu
bestimmen. Danach wird im Block 46A der variable Retarder 37 auf
einen Wert und eine Achse eingestellt, die die Anteriordoppelbrechung
neutralisieren. Im Block 48 wird dann polarisiertes Licht
auf die im Kennfeld zu erfassende Faserschicht gerichtet, z. B. die
Nervenfaserschicht 18 oder Henle-Faserschicht 20.
Dadurch wird rückgestreutes
Licht aufgefangen, wobei das rückgestreute
Licht nur die durch Posteriorsegmente verursachte Retardation darstellt,
da die Anteriorsegmentdoppelbrechung durch den variablen Retarder 37 neutralisiert
ist. Im Block 50 wird ein Schichtdickenkennfeld ausgegeben,
indem die Doppelbrechungswerte in Schichtdickenwerte in Übereinstimmung
mit Grundsätzen
umgewandelt werden, die in der Technik bekannt sind.
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6 zeigt
ein erstes Verfahren zur Bestimmung der Doppelbrechung des Anteriorsegments
mit Hilfe von Netzhautblutgefäßen oder
nicht doppelbrechenden Abschnitten des Fun dus. Beginnend im Block 52 wird
der variable Retarder auf einen Wert von null eingestellt. Weiter
erfolgt im Block 54 eine Polarimetrie durch Richten des
Lichtstrahls auf Netzhautblutgefäße oder
nicht doppelbrechende Abschnitte des Fundus.
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Hier ist zu beachten, daß wenn der
Polarisator 31 mit seiner Achse parallel zur Einfallsebene
des Strahlteilers 32 eingestellt ist, der erste Detektor 39 das
kreuzpolarisierte Licht empfängt
und der zweite Detektor 40 das Licht des ursprünglichen
Polarisationszustands empfängt.
Die Ausgaben des Detektors 39 und Detektors 40 hängen beide
von der Retardation und der Polarisationsachse ab. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Ausgabe
der beiden Detektoren und der Linearpolarisationsachse. In 7 bezeichnet "θ" die Orientierung der Linearpolarisation nach
dem Dreher 34. Der Retardationswert δ wird im Block 54 nach
folgender Formel berechnet: δ = [λ/360°] sin–1 [Imax/Itotal]1/2, wobei Imax die
maximale Ausgangsstärke
des ersten Detektors 39, Itotal die
Gesamtausgangsstärke
durch die Detektoren 39, 40 und λ die Wellenlänge des
Strahls ist.
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Zu beachten ist, daß im Fall
von Augenbewegung oder Linsenakkommodation die Lichtstrahlstärke schwanken
würde.
Jedoch würden
Imax und Itotal proportional
schwanken. Daher wird der Wert von δ nicht durch Augenbewegung oder
Akkommodation beeinflußt.
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Verständlich sollte sein, daß der Winkel θmax die Polarisationsachse ist, die Imax entspricht und 45° von der langsamen oder schnellen
Achse der Retardation des Strahls liegt. Die Beziehung zwischen
den verschiedenen Achsen läßt sich
aus 8 ablesen, in der
F und S für
die schnelle bzw. langsame Achse der Retardation stehen, P die Achse
des linear polarisierten Lichts darstellt, θ der Drehwinkel der Linearpolarisation
ist und θmax die Polarisationsachse ist, die Imax des ersten Detektors 39 gemäß 8 entspricht. Retardationsachsen
werden im Block 56 in 6 bestimmt,
indem die Polarisation um θmax gemäß 8 verschoben wird und dann
45° dazu
addiert oder davon subtrahiert werden.
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Anschließend muß bestimmt werden, welche Retardationsachse
die schnelle und welche die langsame ist. Somit wird in Fortsetzung
des Verfahrens zur Bestimmung der schnellen und langsamen Achse der
Anteriorsegmentdoppelbrechung in 6 im Block 58 der
Wert des variablen Retarders auf einen vorbestimmten Distanzwert
eingestellt. Im Block 60 werden die Achsen des variablen
Retarders 37 zu den Achsen des ursprünglichen Retarders ausgerichtet.
Ist im Block 62 das Maximum der Ausgabe des Detektors 39 höher als
vor Addition der Distanz, wird dadurch bestimmt, daß die langsame
Achse des Distanzretarders zur langsamen Achse vor der Distanz ausgerichtet
ist. Ist dagegen das Maximum der Ausgabe des Detektors 39 niedriger,
so ist die langsame Achse des Distanzretarders zur schnellen Achse
ausgerichtet.
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In 9 ist
das Verfahren zur Messung der Anteriorsegmentdoppelbrechung unter
Verwendung der Henle-Faserschicht 20 ersichtlich. Beginnend
im Block 64 wird der Wert für den variablen Retarder 37 auf
null eingestellt, und der Wert der Retardation der Makula (d. h.
der durch die Henle-Faserschicht in der Makula verursachten Retardation)
wird gemäß der nachfolgenden
Offenbarung gemessen.
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Wie hier erkannt ist, ist die langsame
Achse der Doppelbrechung der Henle-Faserschicht 20 parallel
zu den Axonen und ist daher radial verteilt. Somit wird im Block 66 in 9 und gemäß der deutlichsten
Darstellung bei der Bezugszahl 68 in 10 gewöhnlich ein Schleifenmuster
beobachtet. Das Schleifenmuster ist ein Ergebnis der kombinierten Retardation
des Anteriorsegments des Auges 11 und des variablen Retarders 37 in Überlagerung
auf der gleichmäßig verteilten
Retardation der Henle-Faserschicht. Die Orientierung, in der das
Schleifenmuster am hellsten ist, bei 70 in 10 gezeigt, entspricht der langsamen
Achse der kombinierten Retardation. Im Gegensatz dazu entspricht
die Orientierung, in der das Schleifenmuster am dunkelsten ist,
der schnellen Achse. Beträgt
die kombinierte Retardation des Anteriorsegments und des variablen
Retarders null, verschwindet das Schleifenmuster, und die Makula
zeigt folglich ein gleichmäßiges Retardationskennfeld.
Somit lassen sich die schnelle und langsame Achse der kombinierten
Retardation anhand der Beobachtung des Schleifenmusters im Block 66 unmittelbar
bestimmen.
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Allerdings kann die Größe der kombinierten Retardation
nicht aus einer einzelnen Henle-Faserschichtmessung bestimmt werden,
da die Retardation der Henle-Faserschicht unbekannt ist. Daher geht die
Logik zum Block 72 in 9 über, in
dem der variable Retarder 37 auf einen bekannten Wert eingestellt
und die langsame Achse des variablen Retarders 37 zur langsamen
Achse der im Block 66 beobachteten Anteriorsegmentdoppelbrechung
ausgerichtet wird. Weiter wird im Block 74 der Lichtstrahl auf
die Henle-Faserschicht 20 der Makula gerichtet, wonach
die Retardation des Anteriorsegments aus einer Ringfläche in Zentrierung
auf der Fovea 17 ermittelt wird, in der das Schleifenmuster
maximale Modulation hat (d. h. wo die Henle-Faserschicht am dicksten
ist). Die Differenz zwischen dem Maximum und Minimum der Meßwerte ist
das Doppelte der Retardation der Henle-Faserschicht, was im Block 76 bestimmt
wird. Im Block 78 wird die Anteriorsegmentretardation bestimmt,
indem vom Maximalwert sowohl die Retardation der Henle-Faserschicht
als auch der eingestellte Retardationswert des variablen Retarders 37 subtrahiert
werden.
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In 11 ist
ein Verfahren zur Schätzung
der Anteriorsegmentdoppelbrechung mit Hilfe einer Einzelmessung
veranschaulicht. Beginnend im Block 80 wird der variable
Retarder 37 auf null eingestellt. Im Block 82 wird
der Lichtstrahl dann auf die Henle-Faserschicht gerichtet, und die
langsame Achse des Anteriorsegments wird wie zuvor diskutiert beobachtet.
Die Größe der Retardation
des Anteriorsegments wird als mittlerer Retardationswert geschätzt, der
aus einer Fläche
in Zentrierung auf der Fovea 17, wo die Henle-Faserschicht
relativ dünn
ist, irgendwo innerhalb von 6° in
der Messung von der Mitte der Pupille gewonnen wird.
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12 zeigt
noch eine weitere Ausführungsform
zur Verwendung von zirkular polarisiertem Licht als Sondenstrahl.
Verständlich
sollte sein, daß bei Verwendung
von zirkular polarisiertem Licht das System von 4 wie folgt abgewandelt ist: Der variable Retarder 37 ist
durch einen Viertelwellenretarder ersetzt, um einen zirkular polarisierten
Lichtstrahl zu erzeugen. Die Achsen des Viertelwellenretarders sind 45° von der
Achse des linear polarisierten Lichts versetzt. In dieser Ausführungsform
empfängt
der zweite Detektor 40 das kreuzpolarisierte Licht, und
der erste Detektor 39 empfängt das Licht des ursprünglichen
Polarisationszustands. Das durch den zweiten Detektor 40 erzeugte
Makulastärkebild
dient zur Bestimmung der Anteriorsegmentdoppelbrechung.
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Das Verfahren zur Verwendung von
zirkular polarisiertem Licht beginnt im Block 84, in dem
ein zirkular polarisierter Lichtstrahl auf die Makula gerichtet
wird. Der variable Retarder wird im Block 86 auf null eingestellt,
wonach die Retardationsachse im Block 88 anhand des resultierenden "Schleifen"-Bilds bestimmt wird,
wobei das Stärkekennfeld
anstelle des Doppelbrechungskennfelds verwendet wird. Mit Übergang
zum Block 90 wird die Achse des variablen Retarders zur
beobachteten Achse ausgerichtet und ihr Wert von null ausgehend
erhöht,
während
ihre Achsenausrichtung beibehalten wird, bis im Block 92 die "Schleife" aus dem Bild verschwindet.
An diesem Punkt stellen die Achse und der Wert des variablen Retarders
die Achse (genau gekreuzt) und einen Wert dar, der gleich dem der
Anteriorsegmentretardation ist. Folglich werden diese Werte im Block 94 als
Darstellung der Achse und des Werts der Anteriorsegmentretardation
ausgegeben.
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Sobald die Anteriorsegmentretardation
und -achse bestimmt sind, wird der Retarder so eingestellt, daß er die
Hornhautdoppelbrechung wie zuvor diskutiert neutralisiert. Das Retardationskennfeld
der Nervenfaserschicht und/oder der Henle-Faserschicht wird anschließend genau
gemessen, und die Dicke dieser Strukturen läßt sich schätzen.
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Während
das spezielle "System
und Verfahren zur Bestimmung der Doppelbrechung des Rnteriorsegments
eines Patientenauges" gemäß der Darstellung
und näheren
Beschreibung hierin die o. g. Aufgaben der Erfindung vollständig erfüllen kann, sollte
verständlich
sein, daß es
die derzeit bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist und somit den Gegenstand darstellt, der durch
die Erfindung weitgefaßt
erwogen ist, daß der
Schutzumfang der Erfindung andere Ausführungsformen vollständig einschließt, die
dem Fachmann deutlich werden können, und
daß der
Schutzumfang der Erfindung folglich durch nichts als die beigefügten Ansprüche beschränkt sein
soll, in denen die Erwähnung
eines Elements im Singular nicht "ein und nur ein" bedeuten soll, sofern dies nicht ausdrücklich erklärt ist,
sondern "ein oder
mehrere". Alle Struktur-
und Funktionsäquivalente
für die
Elemente der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform,
die dem Fachmann bekannt sind oder künftig bekannt werden, sind
hierin durch Verweis ausdrücklich
aufgenommen und sollen durch die Ansprüche erfaßt sein. Zudem ist es nicht
notwendig, daß eine
Vorrichtung oder ein Verfahren jedes einzelne Problem behandelt,
das durch die Erfindung gelöst
werden soll, damit sie (es) durch die Ansprüche erfaßt ist. Ferner soll auf kein
Element, keine Komponente oder keinen Verfahrensschritt in dieser
Offenbarung zugunsten der Allgemeinheit verzichtet werden, unabhängig davon,
ob das Element, die Komponente oder der Verfahrensschritt ausdrücklich in
den Ansprüchen
aufgeführt
ist. Keinerlei Anspruchselement hierin ist nach den Bestimmungen
des US-Patentgesetzes von 1952, § 112,
sechster Absatz auszulegen, sofern das Element nicht ausdrücklich mit
der Wendung "Einrichtung
zum" aufgeführt ist
oder im Fall eines Verfahrensanspruchs das Element als "Schritt" statt "Vorgang" aufgeführt ist.
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4
- 11
- Auge
- 30
- Monochrome
Lichtquelle Strahl
- 31
- Polarisator
- 32
- Strahlteiler
- 33
- Linse
- 34
- Polarisationsdreher
- 35
- 2D-Abtasteinheit
- 36
- Abbildungsoptik
- 37
- Variabler
Retarder
- 38
- Polarisierender
Strahlteiler
- 39
- Detektor
- 40
- Detektor
-
5
-
- Gesamtablauf
- 42
- Polarisiertes
Licht auf vorbestimmte Fläche des
Fundus richten
- 44
- Mit
Hilfe des rückgestreuten
Strahls Doppelbrechung des Anteriorsegments bestimmen
- 46A
- Variablen
Retarder so einstellen, daß Anteriordoppelbrechung
neutralisiert ist
- 50
- Kennfeld
der Faserschicht ausgeben, indem Doppelbrechung in Dicke umgewandelt
wird
-
6
-
- Bestimmung
der Anteriordoppelbrechung unter Verwendung von Blutgefäßen oder
des Fundus
-
-
- 52
- Variablen
Retarder auf null einstellen
- 54
- Polarimetrie
durchführen;
Retardationswert des Anteriorsegments
- 56
- Achsen
der Anteriordoppelbrechung bestimmen
- 58
- Variablen
Retarder auf einstellen
- 60
- Achsen
des Retarders zu bestimmten Achsen ausrichten
- 62
- Langsame
und schnelle Achse bestimmen
-
8
- Polarisationsreferenz
-
-
9
-
- Bestimmung
der Anteriordoppelbrechung unter Verwendung der Henle-Schicht
- 64
- Variablen
Retarder auf null einstellen; Retardation der Makula
-
- messen
- 66
- Langsame
Achse anhand des "Schleifen"-Bilds beobachten
- 72
- Variablen
Retarder auf bekannten Retardationswert einstellen,
-
- langsame
Achse zur langsamen Achse (beobachtet) ausgerichtet
- 74
- Retardation
der Makula messen
- 76
- Differenz
zwischen Maximum und Minimum = doppelte Henle-Retardation
- 78
- Anteriorretardation
= Maximalwert minus Wert des variablen Retarders minus Henle-Retardation
-
11
-
- Mit
Einzelmessung
- 80
- Variablen
Retarder auf null einstellen
- 82
- Langsame
Achse beobachten; Anteriordoppelbrechung als mittleren
-
- Retardationswert
anhand der 6°-Fläche in Zentrierung
auf der Fovea
-
12
-
- Mit
zirkular polarisiertem Licht
- 84
- Zirkular
polarisiertes Licht auf Makula richten
- 86
- Variablen
Retarder auf null einstellen
- 88
- Achse
anhand der "Schleifen"-Orientierung aus
Stärkekennfeld
bestimmen
- 90
- Achse
des variablen Retarders zur "Schleifen"-Achse ausrichten
undRetarderwert erhöhen
- 92
- Retarderwert
einstellen, bis "Schleife" verschwindet
- 94
- Anteriorsegmentretardation,
Achse ausgeben
-
Zusammenfassung
-
Bestimmt werden die Größe und Axialorientierung
der Doppelbrechung des Anterior- und des Posteriorsegments des menschlichen
Auges (11). Das Anteriorsegment weist im wesentlichen die
kombinierte Doppelbrechung der Hornhaut (10) und der Kristallinse
(14) auf, und das Posteriorsegment weist Regionen am Fundus
auf. Die polarisationserhaltenden und Doppelbrechungskennwerte auswählbarer Bereiche
des Fundus werden in der Erfindung verwendet. Die optische Achse
und die Größe der Doppelbrechung
des Anteriorsegments werden zuerst bestimmt, wonach die Doppelbrechung
des Anteriorsegments durch einen variablen Retarder (37)
neutralisiert wird. Die Doppelbrechung des Posteriorsegments wird
dann ohne den Einfluß der
Doppelbrechung des Anteriorsegments bestimmt. Die Vorrichtung und
das Verfahren sind anwendbar auf die Messung der Doppelbrechung
der Netzhautnervenfaserschicht (18) im peripapillären Bereich
und der Doppelbrechung der Henle-Faserschicht (20) im Makulabereich
der Netzhaut (15).
(4)