DE102005062238A1

DE102005062238A1 - Ophthalmologisches Messsystem und Verfahren zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges

Info

Publication number: DE102005062238A1
Application number: DE102005062238A
Authority: DE
Inventors: Roland Bergner; Ingo Koschmieder; Wilfried Dr. Bißmann
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US20100328607A1; WO2007079835A1; AU2006334829B2; US7794082B2; US20080278684A1; EP1962693A1; CA2631101A1; CN101346104A; US7992998B2; CN101346104B; JP5242410B2; AU2006334829A1; JP2009520531A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Messsystem, mit dem biometrische Daten eines Auges bestimmt werden können. DOLLAR A Das erfindungsgemäße ophthalmologische Messsystem zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe besteht aus einer Kombination eines auf Ultraschall basierenden Messgerätes (1) sowie eines optischen Messgerätes (2) und einer Auswerteeinheit (3), bei dem von der Auswerteeinheit (3) zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges Messwerte des optischen Messgerätes (2) und/oder des auf Ultraschall basierenden Messgerätes (1) verwendet werden. DOLLAR A Die vorliegende technische Lösung ist zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges auch unter schwierigen Bedingungen mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit vorgesehen. Zusätzlich sind aber auch keratometrische und/oder pachymetrische Messungen möglich. DOLLAR A Die Kombination verschiedener Messsysteme ermöglicht somit eine komplette Untersuchung bzw. Befundung eines Patienten an einem Messplatz, so dass der Patient weder umgesetzt werden braucht, noch weitere Messungen an Wiederholungsterminen erforderlich sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Messsystem, mit dem biometrische Daten eines Auges bestimmt werden können.

Zur Bestimmung der biometrischen Daten eines Auges gibt es eine Reihe bekannter Verfahren und Messgeräte. Beispielsweise ist es erforderlich vor einem operativen Eingriff zum Austausch der Augenlinse bei Vorliegen einer Linsentrübung (Katarakt) verschiedene biometrische Parameter des Auges zu bestimmen. Um ein möglichst optimales Sehvermögen nach der Operation zu gewährleisten, ist es notwendig diese Parameter mit entsprechend hoher Genauigkeit zu bestimmen. Die Auswahl einer geeigneten Ersatzlinse anhand der ermittelten Messwerte erfolgt anhand etablierter Formeln und Berechnungsmethoden.

Die wichtigsten, zu ermittelnden Parameter sind u. a. die Achslänge (Abstand bis zur Retina), die Hornhautkrümmung und -brechkraft, sowie die Länge der Vorderkammer (Abstand bis zur Augenlinse). Diese Messwerte können nacheinander an verschiedenen ophthalmologischen Geräten oder mit Hilfe speziell optimierter, biometrischer Messgeräte gewonnen werden.

Zur Ermittlung dieser Parameter haben sich vor allem Ultraschallmessgeräte und optische Messgeräte auf der Basis kurzkohärenter Verfahren durchgesetzt.

Bei den Ultraschallgeräten gibt es zwei verschiedene Ausführungsformen, die entweder nach dem sogenannten „A-scan"-Prinzip oder nach dem „B-scan"-Prinzip arbeiten. Während der A-scan nur eine Messung in axialer Richtung vorsieht, erfolgt beim B-Scan eine zusätzliche Messung in transversaler Richtung. Das Ultraschallverfahren erfordert grundsätzlich direkten Kontakt zum Auge.

In der DE 42 35 079 C2 wird hierzu eine Vorrichtung zum Untersuchen des Auges, insbesondere des menschlichen Auges beschrieben, die im wesentlichen einen kegelstumpfförmigen Halter, mit an das Auge angepasster Form darstellt, der im Innern über eine Sonde zur Auswertung akustischer (Ultraschall-) Signale verfügt. Die Sonde ist dabei gegenüber der Mittelachse des Halters geneigt angeordnet und sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von pulsförmigen Signalen geeignet.

Die spezifischen Nachteile einer Bestimmung der biometrischen Daten eines Auges mit Ultraschallgeräten liegen zum einen in einer geringeren Genauigkeit und zum anderen in der Notwendigkeit des direkten Kontaktes zum Auge. Hierbei können die Messwerte durch Eindellung des Auges verfälscht werden. Durch die Anwendung des Immersionsbetriebes, bei dem die Ultraschallwellen über einen mit Wasser gefüllten, auf das Auge aufgesetzten Trichter in das Auge geleitet werden, können diese Nachteile zwar verringert werden, jedoch bleiben die Hauptnachteile dieses Messverfahrens bestehen.

Diese liegen zum einen in der Notwendigkeit eines direkten Kontaktes zum Auge, welcher immer ein Risiko für die Übertragung von Infektionen beinhaltet und zum anderen ist es erforderlich das Auge für die Messwertbestimmung zu anästhesieren. Zur korrekten Auswahl einer Ersatzlinse ist zu gewährleisten, dass bei der Bestimmung der biometrischen Daten die Sehachse des Auges entsprechend ausgerichtet ist. Dafür sind bei Ultraschallgeräten spezielle Mittel vorzusehen, da eine Ausrichtung der Sehachse nicht automatisch erfolgt.

Analog zu den Ultraschallgeräten, bei denen anhand der akustischen Signale Bilder der Strukturübergänge rekonstruiert werden, werden bei den optischen Messgeräten auf der Basis kurzkohärenter Verfahren optische Bilder der Strukturübergänge als zweidimensionale Tiefenschnittbilder dargestellt. Als kurzkohärentes Messverfahren hat sich hierbei das sogenannte OCT-Verfahren (OCT = optical coherence tomography) durchgesetzt, bei dem zeitlich inkohären tes Licht mit Hilfe eines Interferometers zur Entfernungsmessung reflektiver und streuender Materialien eingesetzt wird.

Das Grundprinzip des OCT-Verfahrens basiert auf der Weißlicht-Interferometrie und vergleicht die Laufzeit eines Signals mit Hilfe eines Interferometers (meist Michelson-Interferometer). Dabei wird der Arm mit bekannter optischer Weglänge (= 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-Scan oder ein dreidimensionales Tomogramm (C-Scan) aufnehmen lässt. Dabei werden die Amplitudenwerte der einzelnen A-scans in logarithmierten Graustufen- oder Falschfarbenwerten dargestellt. Beispielsweise wird für einen aus 100 einzelnen A-scans bestehenden B-scan eine Sekunde Messzeit benötigt.

Die Messauflösung des OCT-Verfahrens wird durch die sogenannte Kohärenzlänge der eingesetzten Lichtquelle bestimmt und liegt typischerweise bei etwa 15 μm. Aufgrund seiner besonderen Eignung zur Untersuchung optisch transparenter Medien ist das Verfahren in der Ophthalmologie weit verbreitet.

Bei den in der Ophthalmologie verwendeten OCT-Verfahrens 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 Domain"-Verfahrens liegt in der einfachen und schnellen simultanen Messung, wobei vollständige Informationen über die Tiefe ermittelt werden können, ohne bewegliche Teile zu benötigen. Dies erhöht die Stabilität und die Geschwindigkeit.

Der große technologische Vorteil der OCT ist die Entkopplung der Tiefenauflösung von der transversalen Auflösung. Im Gegensatz zur Mikroskopie kann dadurch die dreidimensionale Struktur des zu untersuchenden Gegenstandes erfasst werden. Die rein reflektive und damit berührungslose Messung ermöglicht die Erzeugung mikroskopischer Bilder von lebendem Gewebe (in vivo).

Aufgrund der hohen Selektivität des Wirkungsprinzips können sehr kleine Signale (unterhalb von Nanowatt) detektiert und einer bestimmten Tiefe zugeordnet werden. Damit eignet sich dieses Verfahren um lichtempfindliche Gewebe zu untersuchen. Der Einsatz der OCT-Verfahren wird durch die wellenlängenabhängige Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung in das Untersuchungsobjekt, sowie durch die bandbreitenabhängige Auflösung beschränkt.

Bei den derzeit üblichen biometrischen Messgeräten werden die Messwerte im Gerät verarbeitet und Vorschläge für die zu verwendeten Austauschlinsen unterbreitet. Diese sind abhängig von den zur Berechnung verwendeten Formeln und dem Typ der verfügbaren (herstellerbedingten) Linsen. Es besteht die Möglichkeit bzw. Notwendigkeit die post operativen Ergebnisse über die Optimierung von Konstanten in den Berechnungsformeln einfließen zu lassen um individuelle Einflüsse bei der Operation sowie die verwendete Messtechnik zu berücksichtigen. Alle Messwerte, Daten und Formeln werden in Datenbanken und Softwareprogrammen verwaltet, analysiert und gespeichert. Teilweise sind diese Lösungen in Netzwerken integriert, mit denen vielfältige weitere Anwendungen verknüpft werden können.

Bei den optischen Messgeräten auf der Basis kurzkohärenter Verfahren wird das Interferometerprinzip nach dem Dualbeamverfahren genutzt. Dieses Verfahren ist berührungslos und arbeitet mit derzeit höchster Genauigkeit. Auf diesem Messprinzip basierende Lösungen werden beispielsweise beschrieben in DE 198 12 297 C2 , DE 103 60 570 A1 und WO 2004/071286 A1.

Die bei den Ultraschallgeräten genannten Nachteile werden durch das optische Verfahren vermieden, insbesondere sind die hohe Genauigkeit (Interferometer) und die Patientenfreundlichkeit hervorzuheben. Nachteilig erweist sich jedoch hier, dass etwa 10 bis 20 Prozent der Patienten nicht messbar sind, weil z. B. die Streuung bei dichten Katarakten das Messsignal zu stark abschwächt und die Laserleistung aufgrund der einzuhaltenden Grenzwerte am Auge nicht beliebig erhöht werden kann. In diesen Fällen ist es auch möglich, dass der Patient den Fixierpunkt nicht mehr wahrnehmen kann und eine Messung schwierig wird.

Bei beiden Verfahren kann es zusätzlich bei bestimmten pathologischen Veränderungen zu individuellen Problemen bei der Messwertgewinnung kommen. Im Ergebnis dieser negativen Einflüsse auf die Messung steigt das Risiko für Fehlentscheidungen bei der Auswahl einer geeigneten Austauschlinse.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu entwickeln, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden und biometrische Messdaten eines Auges auch unter schwierigen Bedingungen mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit ermittelt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende technische Lösung ist zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe vorgesehen, wobei die Messwerte auch unter schwierigen Bedingungen mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit ermittelt werden können. Zusätzlich können mit der vorgeschlagenen Lösung die Position von Vorderkammer und Augenlinse, die Form der Vorderfläche der Hornhaut des menschlichen Auges (Keratometermessung) sowie die Dicke der Hornhaut (Pachymetriemessung) bestimmt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigt
1: ein ophthalmologisches Messsystem als Kopplung eines auf Ultraschall basierenden sowie eines auf kurzkohärenten Verfahren basierenden optischen Messgerätes und
2: ein ophthalmologisches Messsystem in welches ein auf Ultraschall basierendes sowie ein auf kurzkohärenten Verfahren basierendes optisches Messgerät integriert sind.
Das erfindungsgemäße ophthalmologische Messsystem zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe besteht aus einer Kombination eines auf Ultraschall basierenden Messgerätes sowie eines optischen Messgerätes und einer Auswerteeinheit. Dabei werden von der Auswerteeinheit zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges Messwerte des optischen und/oder des Ultraschall-Messgerätes verwendet.
Als optisches Messgerät kann hierbei eine Scheimpflug-Kamera oder auch ein auf kurzkohärenten Verfahren basierendes optisches Messgerät, wie beispielsweise ein IOLMaster^® (Carl Zeiss Meditec AG) verwendet werden.
Während mit einer Scheimpflug-Kamera 2-D-Bilder der vorderen Augenabschnitte erzeugt und Abstände in diesem Bereich des Auges gemessen werden können, dient der IOLMaster^® zur exakten Bestimmung von Achslänge, Vorderkammertiefe und Hornhautbrechkraft.
In einer vorteilhaften technischen Ausgestaltung werden die von der Auswerteeinheit gewonnenen Messwerte beider Messgeräte zur gegenseitigen Kalibrierung genutzt, wobei vorzugsweise Musteraugen Verwendung finden. Die dazu erforderliche Übergabe der Messwerte erfolgt vorzugsweise über Datenverbindung, die die Auswerteeinheit mit beiden Messgeräten verbindet.
In einer weiteren technischen Ausgestaltung sind beide Messgeräte in ein Gerät integriert, wodurch das ophthalmologische Messsystem kompakt und besser handhabbar wird. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass bestimmte Systemkomponenten wie PC, Monitor, sowie Ein- u. Ausgabeeinheiten gemeinsam genutzt werden können.
Die in 1 dargestellte Kombination eines auf Ultraschall basierenden Messgerätes 1 (akustisches bildgebendes Verfahren zur Darstellung der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte) und eines auf kurzkohärenten Verfahren basierendes optisches Messgerätes 2 (optisches bildgebendes Verfahren zur Darstellung der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte) stellt hierbei ein besonders vorteilhaftes ophthalmologisches Messsystem dar, wobei als optisches Messgerät 2 vorzugsweise ein IOLMaster^® der Carl Zeiss Meditec AG verwendet wird. Mit diesem ophthalmologischen Messsystem ist eine umfassende Befundung bzw. Aufklärung unerwarteter oder unklarer Ergebnisse möglich. Vorzugsweise werden von der Auswerteeinheit 3 aus den ermittelten Messwerten 2D- oder 3D-Darstellungen des untersuchten Auges ermittelt und ausgewertet. Die dazu erforderliche Übergabe der Messwerte erfolgt über Datenverbindung 4, die die Auswerteeinheit 3 mit beiden Messgeräten 1 und 2 verbindet.
Im Gegensatz dazu zeigt 2 ein ophthalmologisches Messsystem in welches ein auf Ultraschall basierendes sowie ein auf kurzkohärenten Verfahren basierendes optisches Messgerät integriert sind.
Die vom ophthalmologischen Messsystem ermittelten biometrischen Daten eines Auges können vorteilhafter Weise im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe an andere, der Behandlung nachgeordnete Geräte, wie beispielsweise Operationsmikroskope weitergeleitet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe werden einer Auswerteeinheit Messwerte eines auf Ultraschall basierenden Messgerätes und/oder eines optischen Messgerätes zugeführt werden, aus denen von der Auswerteeinheit die Parameter der zu implantierenden Linsen anhand bekannter Formeln und Berechnungsmethoden ermittelt werden.
Die von der Auswerteeinheit anhand von Messwerten beider Messgeräte ermittelten biometrischen Daten werden miteinander verglichen. Dies hat den Vorteil, dass mögliche Fehlmessungen erkannt und korrigiert werden können. Bei vorhandenen größeren Differenzen zwischen den Messwerten beider Messgeräte ist es immer sinnvoll eine 2D-Darstellung des Auges anzufertigen, um Ursachen für fehlerbehaftete Messergebnisse ermitteln zu können. Mögliche Ursachen für solche Differenzen können Netzhautablösungen oder Staphylome sein. Auch können bei pseudephaken Augen Artefakte in den verschiedenen Messverfahren auftreten, welche bei falscher Interpretation zu fehlerbehafteten Messergebnissen führen können.
Weiterhin ist es zur Erhöhung der Sicherheit und Genauigkeit vorteilhaft, die gewonnenen Messwerte beider Messgeräte zur gegenseitigen Kalibrierung zu nutzen, wobei vorzugsweise Musteraugen verwendet werden. Auch können die gewonnenen Messwerte beider Messgeräte zur Optimierung der Linsenkonstanten verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Messdaten zweier separater Messgeräte von der Auswerteeinheit des jeweiligen Messgerätes weiterverarbeitet und die Messergebnisse über eine Datenverbindung an das jeweils andere Messgerät übergeben.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein ophthalmologisches Messsystem und ein Verfahren zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges zur Verfügung gestellt, mit dem Messwerte auch unter schwierigen Bedingungen mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit ermittelt werden können. Durch die Kombination können die vorhandene spezifische Nachteile der verschiedenen Messverfahren zumindest teilweise kompensiert werden, ohne deren Vorteile zu verlieren. Die sehr hohe Genauigkeit der optischen Messverfahren bei entsprechender berührungslosen Messwertermittlung bleibt ebenso erhalten, wie die Einsatzmöglichkeit von auf Ultraschall basierenden Messverfahren unter schwierigen Bedingungen, wie beispielsweise dichtem Katarakt. Durch einen Vergleich der Messwerte beider Verfahren kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messwerte zusätzlich erhöht werden.
Die Kombination verschiedener Messsysteme ermöglicht somit eine komplette Untersuchung bzw. Befundung eines Patienten an einem Messplatz, so dass der Patient weder umgesetzt werden braucht, noch weitere Messungen an Wiederholungsterminen erforderlich sind.
Durch Ermittlung einer Vielzahl verschiedener biometrischer Daten eines Auges wird eine Verbesserung der Charakterisierung des Sehvermögens des Patienten ermöglicht und die daraus abzuleitenden Auswahl von Ersatz- oder refraktiven Zusatzlinsen wird sicherer.

Claims

Ophthalmologisches Messsystem zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe, bestehend aus einer Kombination eines auf Ultraschall basierenden Messgerätes (1) sowie eines optischen Messgerätes (2) und einer Auswerteeinheit (3), bei dem von der Auswerteeinheit (3) zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges Messwerte des optischen Messgerätes (2) und/oder des auf Ultraschall basierenden Messgerätes (1) verwendet werden.
Ophthalmologisches Messsystem nach Anspruch 1, bei dem als optisches Messgerät (2) ein auf kurzkohärenten Verfahren basierendes optisches Messgerät oder eine Scheimpflug-Kamera Verwendung findet.
Ophthalmologisches Messsystem nach Anspruch 1 und 2, bei dem als optisches, auf kurzkohärenten Verfahren basierendes Messgerät ein IOLMaster^® Verwendung findet.
Ophthalmologisches Messsystem nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die von der Auswerteeinheit (3) gewonnenen Messwerte beider Messgeräte zur gegenseitigen Kalibrierung genutzt werden, wobei Musteraugen Verwendung finden.
Ophthalmologisches Messsystem nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das Messsystem als Arbeitsplatz mit zwei separaten Messgeräten ausgebildet ist, wobei die Messdaten über Datenverbindung (4) übergeben werden.
Ophthalmologisches Messsystem nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem beide Messgeräte in ein Gerät integriert sind.
Ophthalmologisches Messsystem nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem dass Messsystem Anschlüsse und/oder Datenleitungen (4) zu einem anderen Gerät aufweist.
Verfahren zur Ermittlung der biometrischen Daten eines Auges im Rahmen der pre-operativen Bestimmung der Austausch- oder Zusatzlinse oder refraktiver Eingriffe, bei dem einer Auswerteeinheit (3) Messwerte eines auf Ultraschall basierenden Messgerätes (1) und/oder eines optischen Messgerätes (2) zugeführt werden, aus denen von der Auswerteeinheit (3) die Parameter der zu implantierenden Linsen anhand bekannter Formeln und Berechnungsmethoden ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Auswerteeinheit (3) Messwerte beider Messgeräte (1, 2) zugeführt werden, von der Auswerteeinheit (3) die Parameter der zu implantierenden Linsen anhand bekannter Formeln und Berechnungsmethoden ermittelt und diese miteinander verglichen werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 und 9, bei dem die gewonnenen Messwerte beider Messgeräte (1, 2) zur gegenseitigen Kalibrierung genutzt werden, wobei Musteraugen Verwendung finden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die gewonnenen Messwerte beider Messgeräte (1, 2) zur Optimierung der Linsenkonstanten verwendet werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Messdaten zweier separater Messgeräte (1, 2) von der Auswerteeinheit (3) des jeweiligen Messgerätes (1 oder 2) weiterverarbeitet und die Messergebnisse über eine Datenverbindung (4) an das jeweils andere Messgerät (2 oder 1) übergeben werden.