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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung des Innendruckes eines verformbaren Körpers, insbesondere eines Auges, mit einem Schallleiter, der ein offenes erstes Ende und ein von diesem abgewandtes zweites Ende hat, mit einem Schallwandler, der dem ersten Ende zugewandt an dem zweiten Ende angeordnet ist, und mit einem Sensor zur Erfassung der Schwingung des Körpers. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung des Innendruckes eines verformbaren Körpers, insbesondere eines Auges, bei dem mit einem Schallwandler mittels eines Schallleiters der Körper mit einer Druckwelle beaufschlagbar ist, und mittels eines Sensors die Schwingung des Körpers zur Bestimmung des Innendruckes erfaßt wird.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der
US 2003/0187342 A1 bekannt.
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Mittels der direkten Messung der Verformbarkeit eines Körpers lassen sich Rückschlüsse auf Materialeigenschaften und andere Kenngrößen des Körpers ziehen. Beispielsweise sind so Rückschlüsse auf die Elastizität und darüber auf den Innendruck möglich. Insbesondere zur Bestimmung des Innendruckes des Auges werden heute üblicherweise so genannte berührende Applanationstonometer verwendet, mit denen sich eine hinreichend genaue Bestimmung des Augeninnendrucks durchführen lässt. Das Goldmann-Applanationstonometer gilt heute als Referenzgerät. Ungenauer als das Goldmann-Applanationstonometer aber leichter anzuwenden sind Handapplanationstonometer nach Mackay-Marg. Neben diesen berührend messenden Tonometern haben sich außerdem verschiedene Luftimpressionstonometer auf dem Markt etabliert. Das Auge wird dabei berührungslos mittels eines Luftstrahls verformt. Der Augeninnendruck wird aus der für die Verformung erforderlichen Luftgeschwindigkeit berechnet.
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Die
DE 100 39 896 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung werden Helmholtzresonatoren verwendet, um im Wege der Resonanzüberhöhung genügend Schallenergie für eine hinreichende Verformung des Auges bereit zu stellen.
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Nachteilig bei den berührenden Tonometern ist, dass der Kontakt des Messstempels mit der Cornea zu einer Übertragung von Krankheitserregern führen kann. Ferner erfordert diese berührende Tonometie eine lokale Anästhesie des Auges mit den bekannten damit einhergehenden Risiken und Nachteilen. Ferner ist aus diesem Grund auch eine Messung des Augeninnendruckes durch Hilfspersonen oder den Patienten selbst nicht möglich. Neben einer mechanischen Belastung und Verletzungsgefahr der Hornhautoberfläche kommt es durch die angewandten Lokalanästhetika oft zu Reizungen der vorderen Augenabschnitte, die vom Patienten als schmerzhaft oder unangenehm empfunden werden. Bei Veränderungen der Hornhautoberfläche durch Ödeme oder Narben sowie bei irregulären Hornhautradien oder Hornhautverkrümmungen liefern Applanationstonometer darüber hinaus unbrauchbare Werte. Außerdem ist mittels berührender Applanationstonometer eine Untersuchung im Anschluss an Augenoperationen zur Kontrolle des Erfolgs der Operation nur sehr eingeschränkt möglich. Ebenso ist mit den gängigen Applanationstonometern eine lageunabhängige Messung, beispielsweise an liegenden Patienten, nicht durchführbar.
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Diese zum Teil großen Probleme lassen sich mittels berührungsloser Tonometer teilweise vermeiden, welche die Cornea anstatt mit einem Stempel zum Beispiel mit einem Luftpuls applanieren. Solche berührungslosen Tonometer liefern jedoch mitunter bereits bei geringen Hornhautunregelmäßigkeiten unzuverlässige Ergebnisse. Sie werden deshalb hauptsächlich zum Screening eingesetzt, da sie für exakte und zuverlässige Messungen nur bedingt geeignet sind. Weiterhin ist auch bei diesen bekannten berührungslosen Tonometern eine große Krafteinwirkung auf das Auge zur Applanation erforderlich. Gleichfalls lässt sich die Gefahr der Infektionsverbreitung durch versprühte Tränenflüssigkeit nicht ausschließen.
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Bei allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird die Corneasteifigkeit nicht ausreichend berücksichtigt. Bei allen Auswerteverfahren wird von der Annahme ausgegangen, dass die Form der Cornea nur durch den Augeninnendruck beeinflusst wird und keine Eigensteifigkeit aufweist. Auch Kompensationen in den heute anerkannten Messverfahren liefern keine ausreichende Genauigkeit. Damit besteht die Gefahr, dass bei Patienten mit dünner Cornea durch vermeintlich niedrige Werte des Augeninnendrucks ein Glaukom unerkannt bleibt, während bei Personen mit dicker Cornea wegen eines vermeintlich hohen Wertes des Augeninnendruckes eine Glaukombehandlung fälschlicherweise auch bei einem eigentlich gesunden Patienten durchgeführt wird. Gerade die Berücksichtigung des Einflusses der Cornea gewinnt aber zunehmend an Bedeutung, weil sich immer mehr Personen im Rahmen eines refraktiven Eingriffs Teile der Cornea abtragen lassen.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung des Innendrucks eines verformbaren Körpers anzugeben, mit dem sich zuverlässig und mit hoher Genauigkeit der Augeninnendruck bestimmen lässt, wobei eine Beschädigung der Cornea, sowie eine Verbreitung von Infektionskrankheiten durch die Messung möglichst vermieden und die Vorrichtung und das Verfahren von einem Patienten möglichst nicht als unangenehm empfunden wird.
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Das Problem wird dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Sensor als ein optischer Sensor ausgebildet ist und ein Zusatzmikrofon zum Erkennen einer Fehlbedienung vorhanden ist. Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Problem dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art der Sensor ein optischer Sensor ist und mit einem Zusatzmikrofon eine Fehlbedienung erkannt wird.
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Mit der Erfindung wird der zu messende Körper, beispielsweise das Auge, an dem ersten Ende des Schalleiters angeordnet und mittels des Schallwandlers mit einer Druckwelle beaufschlagt. Dies kann beispielsweise ein Rechteckpuls, eine Sinusschwingung oder ein anderes geeignetes Schallsignal sein. Weil gemäß der Erfindung mit dem Sensor nicht die Applanation des Augapfels, sondern dessen Schwingung gemessen wird, sind verhältnismäßig geringe Druckänderungen erforderlich. Eine Beschädigung des Auges durch die Messung wird somit vermieden. Gleichzeitig erfolgt weder ein direkter Kontakt mit der Tränenflüssigkeit noch ein Zerstäuben derselben durch einen Luftstrom, so dass hier auch eine Infektionsverbreitung weitgehend unterbleibt. Darüber hinaus lässt sich mit einer von Schwingungsanalyseverfahren für Brücken, Gebäude und andere Bauwerke bekannten Auswertung der Augeninnendruck zuverlässig und mit hoher Güte bestimmen, wobei Einflüsse des Randgewebes und der Cornea weitgehend eliminiert werden können. Das Verfahren und die Vorrichtung sind lageunabhängig, also auch bei liegenden Patienten abwendbar und darüber hinaus so einfach ausgestaltbar, dass eine Selbstmessung zu Hause auch von Patienten selbst oder deren Betreuern einfach durchgeführt werden kann.
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Bei einer Alternative zu der Erfindung ist der Sensor ein Mikrofon. Dadurch kann das Schwingungsverhalten des Körpers einfach erfasst werden. Es ist aber auch möglich, dass der Schallwandler als Sensor verwendet wird. In diesem Fall kann beispielsweise auch ein so genannter Mikrofonlautsprecher verwendet werden. Hierdurch wird der Aufbau besonders einfach. Eine andere Alternative zu der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor ein linearer Drucksensor ist. Mit diesem lässt sich das zeitliche Druckverhalten in dem Schallleiter einfach aufzeichnen. Gemäß der Erfindung ist der Sensor ein optischer Sensor. Auch mittels eines solchen optischen Sensors lässt sich das Schwingungsverhalten des Augapfels zuverlässig erfassen. Durch die Verwendung einer Kombination mehrerer der vorstehend genannten Sensoren lässt sich die Genauigkeit verbessern.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Schallleiter ein Rohr, dessen erstes Ende zum luftdichten Aufsetzen auf das ein Auge umgebende Gewebe ausgebildet ist. Ein solches, insbesondere geschlossenes, Rohr dient zuverlässig zum Leiten des Schalls oder einer Druckwelle allgemein, wobei Fehlbedienungen durch Undichtigkeiten einfach und signifikant am Messergebnis erkannt werden. Auf diese Weise lässt sich eine Fehlbedienung weitgehend vermeiden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Steuerung zum Ansteuern des Schallwandlers und zum Auswerten des Sensorsignals. Mittels einer solchen Steuerung lässt sich der Innendruck des Körpers automatisch bestimmen. Beispielsweise kann die Steuerung eine Liste mit Messergebnissen aufweisen, denen jeweils ein Innendruck zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Steuerung zum Bestimmen der akustischen Impedanz des Körpers ausgebildet. Diese akustische Impedanz liefert eine gute Rückbeziehung auf den Innendruck des Körpers. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerung zum Bestimmen der Amplitude und/oder der Phase ausgebildet ist. Dies macht das Erfassen der Schwingung des Körpers besonders einfach. Die Steuerung kann auch zum Bestimmung der Dämpfung des Körpers ausgebildet sein. Die Dämpfung des Körpers ist ebenfalls ein charakteristisches Maß für den Augeninnendruck. Insbesondere ergibt sich bei einem geringen Augeninnendruck eine große Schwingungsamplitude und eine große Dämpfung, während bei einem hohen Augeninnendruck eine geringe Amplitude und eine geringe Dämpfung zu verzeichnen ist. Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerung zur Bestimmung der Schwingungsantwort und/oder der Impulsantwort ausgebildet ist. Diese Schwingungsantwort und/oder Impulsantwort des Körpers liefert charakteristische Informationen über den Innendruck. Beispielsweise können auch Mittel zum Erfassen des Spannungsverlaufs und/oder des Stromverlaufs an dem Schallwandler und/oder an dem Sensor angeordnet sein. Dieser Spannungsverlauf bzw. dieser Stromverlauf lassen sich besonders einfach elektronisch erfassen und auswerten.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Laser zum optischen Bestimmen der Schwingung des Körpers. Mittels dieses Lasers kann beispielsweise der weiße Bereich des Augapfels beleuchtet und dieser Bereich mittels eines optischen Sensors erfasst werden. So lässt sich ebenfalls zuverlässig und mit geringem Fehler die Schwingung des Augapfels erfassen.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Zusatzmikrofon. Mittels eines solchen Zusatzmikrofons können einerseits Fehlbedienungen zuverlässig erkannt werden. Andererseits ermöglicht es dieses Zusatzmikrofon, auch höhere Frequenzen der Schwingung des Körpers in die Auswertung einzubeziehen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Peilhilfe. Mittels einer solchen Peilhilfe, die beispielsweise eine optische Anzeige oder ein Kreuz sein kann, lässt sich eine für die Messung optimale Positionierung des Augapfels in dem Messsystem erreichen. Die Peilhilfe kann fluoreszierend oder erregbar sein. Beispielsweise bei der Ausgestaltung als Handgerät für den Heimanwendungsbereich kann eine Anzeige im Inneren des Gerätes als Peilhilfe verwendet werden. Bei dem Versuch, die Anzeige abzulesen und die ermittelten Werte zu erkennen, positioniert der Patient dann sein Auge automatisch.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuerung die Amplitude und/oder die Phase der Schwingungen erfasst wird. Diese Werte ermöglichen eine genaue und zuverlässige Bestimmung des Innendrucks des Körpers. Mittels der Steuerung kann aber auch die Schwingungsantwort und/oder die Impulsantwort des Körpers ausgewertet werden. Besonders einfach wird die Verarbeitung der erfassten Daten, wenn mittels der Steuerung von dem Sensor erfasste induzierte Spannungen ausgewertet werden. Mittels der Steuerung können beispielsweise die induzierten Spannungen in Druckwerte umgerechnet werden. Dabei können insbesondere mittels Listen einzelnen induzierten Spannungen jeweils zugehörige Druckwerte zugeordnet sein. Es ist auch möglich, dass mittels der Steuerung die Dämpfung durch den Körper bestimmt wird. Eine große Dämpfung ist dabei einem geringen Innendruck und eine geringe Dämpfung einem hohen Innendruck zugeordnet. Vorzugsweise wird die Bestimmung des Innendrucks mittels einer modellgestützten Auswertung durchgeführt. Dabei wird das Auge als Schall- oder Druckwandler betrachtet, der über eine Luftsäule mit einem weiteren Schall- oder Druckwandler gekoppelt ist.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Tonometers mit den Erfindungsmerkmalen,
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2 einen schematischen Schaltplan des Tonometers von 1,
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3 eine schematische Darstellung eines Rechteckpulses, einer Schwingung bei großem Innendruck und einer Schwingung bei geringem Innendruck,
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4 eine schematische Schaltanordnung eines anderen Tonometers, und
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5 eine schematische Darstellung eines Tonometers mit optischer Schwingungserfassung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Tonometers 10 mit den Erfindungsmerkmalen. Das Tonometer 10 dient zur Messung des Augeninnendrucks eines Auges 11. Zu diesem Zweck weist das Tonometer 10 einen Schallleiter 12 auf, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Rohr 12 mit geschlossener Wandung ausgebildet ist. Ein offenes Ende des Rohrs 12 wird luftdicht abschließend an das das Auge 11 umgebende Gewebe angedrückt. Am von dem Auge 11 abgewandten Ende des Rohres 12 ist ein Schallwandler 13, nämlich ein Lautsprecher 13 angeordnet. Der Lautsprecher 13 steht mit einer Steuerung 14 in Verbindung, mittels derer der Lautsprecher 13 zum Erzeugen einer Schallwelle ansteuerbar ist. Wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, dient die Steuerung 14 gleichzeitig zum Auslesen des von dem Lautsprecher 13 erfassten Signals.
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2 zeigt schematisch die Schaltanordnung des Tonometers 10 von 1. Wie sich der Figur entnehmen lässt, wird der Lautsprecher 13 mittels einer Spannungsquelle 15 elektrisch erregt. Die Spannungsquelle 15 ist dabei entweder Teil der Steuerung 14 oder von dieser ansteuerbar. Mittels eines Spannungsmessgerätes 16 wird der Spannungsverlauf an der Spule des Lautsprechers 13 gemessen.
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In dem Schaltkreis ist außerdem ein Messwiderstand 17 angeordnet. Ein weiteres Spannungsmessgerät 18 misst den Spannungsabfall über dem Messwiderstand 17. Aus diesem Spannungsabfall lässt sich der Stromverlauf über die Schwingspule des Lautsprechers 13 bestimmen.
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3 zeigt in Abbildung a einen Schallpuls, der von dem Lautsprecher 13 erzeugt wird. Der Schallpuls ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Rechteckpuls ausgebildet. In Abbildung b ist der gemessene Schwingungsverlauf bei einem Auge mit geringem Innendruck gezeigt. Wie sich der Figur entnehmen lässt, führt ein geringer Innendruck zu einem Überschwingen mit großer Amplitude aber auch großer Dämpfung.
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In 3c ist der Schwingungsverlauf bei einem Auge mit hohem Innendruck dargestellt. Wie sich der Figur entnehmen lässt, führt ein hoher Innendruck des Auges zu einer geringen Schwingungsamplitude aber andererseits zu einer geringen Dämpfung, d. h. zu einem intensiven Nachschwingen.
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Über die Erfassung des Schwingungsverhaltes lässt sich so der Innendruck des Auges präzise und zuverlässig bestimmen.
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4 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Tonometers in schematischer Darstellung. In der Figur ist ein Schallwandler 19 mit einer Spannungsquelle 20 ähnlich der Spannungsquelle 15 verbunden. Der Schallwandler 19 ist bei dem gezeigten Tonometer ein Mikrofonlautsprecher 19 mit einer zusätzlichen Mikrofonspule 21. Bei dem gezeigten Tonometer ist die Mikrofonspule 21 mit einem Widerstand 22 verbunden, wobei mittels eines Spannungsmessgeräts 23 der Spannungsabfall über dem Widerstand 22 gemessen wird. Auf diese Weise lässt sich aus dem Spannungsabfall über dem Messwiderstand 22 der Stromverlauf der Mikrofonspule 21 ermitteln.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Tonometers 24 als Ausführungsbeispiel mit den Erfindungsmerkmalen. Das Tonometer 24 weist einen ähnlichen Aufbau wie das Tonometer 10 auf. Gleiche Elemente tragen die gleichen Bezugsziffern. Anders als das Tonometer 10 hat das Tonometer 24 einen Schallleiter 25, der ähnlich dem Schallleiter 12 als Rohr 25 mit geschlossener Wandung ausgebildet ist.
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Das Tonometer 24 weist einen Laser 26 und einen optischen Sensor 27 auf. Mittels des Lasers 26 wird ein weißer Bereich des Auges 24 bestrahlt. Die Schwingung des Auges 11 nach Anregung durch einen Schallpuls von dem Lautsprecher 13 wird sodann mittels des optischen Sensors 27 erfasst und von der Steuerung 14 ausgewertet.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Augeninnendruck auf der Basis einer modellgestützten Auswertung bestimmt. Dabei wird das Auge als Schall- oder Druckwandler betrachtet, der über eine Luftsäule mit einem weiteren Schall- oder Druckwandler gekoppelt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Tonometer
- 11
- Auge
- 12
- Rohr
- 13
- Lautsprecher
- 14
- Steuerung
- 15
- Spannungsquelle
- 16
- Spannungsmessgerät
- 17
- Widerstand
- 18
- Spannungsmessgerät
- 19
- Mikrofonlautsprecher
- 20
- Spannungsquelle
- 21
- Mikrofonspule
- 22
- Widerstand
- 23
- Spannungsmessgerät
- 24
- Tonometer
- 25
- Rohr
- 26
- Laser
- 27
- Sensor
