DE102011088038A1

DE102011088038A1 - Operationsmikroskopsystem für die Ophthalmologie und zugehörige Detektionseinheit

Info

Publication number: DE102011088038A1
Application number: DE102011088038A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Sander
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: CN103211573A; DE102011088038B4; US20130150840A1

Abstract

Es wird ein Operationsmikroskopsystem (100) für die Ophthalmologie, insbesondere für die Kataraktchirurgie, vorgeschlagen, das eine Beleuchtungseinheit (10) und eine Betrachtungseinheit (30) aufweist, wobei das Operationsmikroskopsystem (100) dafür eingerichtet ist, Beleuchtungslicht (15) der Beleuchtungseinheit (10) in ein objektivseitig des Operationsmikroskops angeordnetes Auge (50) einzustrahlen, wobei das Operationsmikroskopsystem (100) eine Detektionseinheit (20) aufweist, mittels derer durch eine Erfassung eines durch das Auge (50) zurückgestrahlten Anteils des Beleuchtungslichts (15) eine Streuung (15') des in das Auge (50) eingestrahlten Beleuchtungslichts (15) in Form eines Streuungsmusters und/oder Streugrades bestimmbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Operationsmikroskopsystem für die Ophthalmologie, insbesondere zur Untersuchung und/oder chirurgischen Behandlung eines Katarakts eines Auges, sowie eine Detektionseinheit für ein derartiges Operationsmikroskopsystem.
Stand der Technik
Der Begriff "Katarakt" oder "grauer Star" bezeichnet eine Trübung der Augenlinse, also eine Verringerung ihrer Transparenz. Bestimmte Formen von Katarakten entwickeln sich relativ schnell, die große Mehrzahl jedoch über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten. Schwere Formen von Katarakten treten daher hauptsächlich bei älteren Personen auf. Chirurgieverfahren zur Entfernung von Katarakten sind seit langem bekannt und stellen Routineeingriffe dar. Üblicherweise wird die Linse hierbei durch eine Kunststofflinse (Intraocular Lens, IOL) ersetzt.
In nahezu allen Kataraktformen beruht die Beeinträchtigung der Sehfähigkeit auf einer strukturellen Veränderung der Augenlinse, die zu einer Trübung führt.
Die Kataraktchirurgie ist nicht völlig risikofrei. Aufgrund der langsamen Entwicklung der Katarakte ist die Frage nach dem richtigen Zeitpunkt einer Operation daher unter Umständen schwierig zu beantworten.
Aus Stabilitätsgründen wird die hintere Linsenkapsel der Augenlinse bei der Kataraktoperation nicht entfernt. Andernfalls können sich schwerwiegende Komplikationen ergeben. Auf der anderen Seite kann es auf der verbleibenden hinteren Linsenkapsel nach der Operation zur faserartigen Vermehrung bestimmter Zellen (sogenannte Kapselfibrose) kommen, welche eine erneute Trübung bewirkt. Sehbeeinträchtigungen können vor allem aber auch dadurch zustande kommen, dass auf der hinteren Linsenkapsel Linsenreste oder sehr dünne Membrane verbleiben. Ein derartiger "Nachstar" bildet sich in bis zu 30 % der Fälle nach einer Kataraktoperation. Die genauen Ursachen sind nicht bekannt. Dies liegt auch an fehlenden objektiven Messverfahren, z.B. zur Überprüfung des Operationserfolgs. Zur Entfernung des Nachstars sind weitere Operationen oder Laserbehandlungen erforderlich.
Bisher existiert keine Möglichkeit, während der Operation den Zustand der hinteren Linsenkapsel intra- oder postoperativ zu erfassen und zu quantifizieren. Das möglichst vollständige Entfernen von Linsenresten, Membranen etc., auch als "Linsenpolieren" bezeichnet, erfolgt üblicherweise ausschließlich nach Sicht und kann daher zu dem genannten Restrisiko führen.
Vor diesem Hintergrund besteht daher der Bedarf nach verbesserten Operationsmikroskopsystemen, die entsprechende diagnostische Möglichkeiten bieten.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Operationsmikroskopsystem für die Ophthalmologie, insbesondere zur Untersuchung und/oder chirurgischen Behandlung eines Katarakts eines Auges, sowie eine Detektionseinheit für ein derartiges Operationsmikroskopsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht von einem bekannten Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungseinheit aus. Durch die Beleuchtungseinheit kann Beleuchtungslicht in ein objektivseitig des Operationsmikroskops angeordnetes Auge des Patienten eingestrahlt werden. Das Operationsmikroskop weist eine Betrachtungseinheit bekannter Art auf, mittels derer ein mikroskopisches Bild des Auges durch den Chirurgen betrachtet werden kann.
Erfindungsgemäß weist das Operationsmikroskop zusätzlich eine Detektionseinheit auf. Die Detektionseinheit ermöglicht es, eine Streuung des in das Auge eingestrahlten Beleuchtungslichts zu bestimmen. Dies erfolgt durch eine Erfassung eines durch das Auge zurückgestrahlten Anteils des Beleuchtungslichts in Form eines Streuungsmusters und/oder Streuungsgrades.
Bei dem Streuungsmuster handelt es sich vorzugsweise um eine zwei- oder dreidimensionale Darstellung der streuenden Strukturen in dem untersuchten Auge. Vorteilhafterweise entspricht dieses Streuungsmuster in seinen Dimensionen wenigstens teilweise dem beobachteten (optischen) Mikroskopbild. Es kann daher zusammen mit diesem erfasst und/oder betrachtet werden, beispielsweise in Form einer Einspiegelung oder Überlagerung. Streuende Strukturen in dem beobachteten Auge, z.B. Membranreste auf der hinteren Linsenkapsel, werden hierdurch besser erkennbar.
Alternativ oder zusätzlich kann durch die Detektionseinheit ein Streugrad bestimmt werden. Somit kann neben oder anstelle des Streuungsmusters beispielsweise ein numerischer Streugrad angezeigt werden, der mit dem Anteil der streuenden Strukturen im beobachteten Auge korreliert ist. Beispielsweise stellt der Streugrad den Flächenanteil der streuenden Strukturen im Verhältnis zur insgesamt beobachteten Fläche dar. Eine andere Möglichkeit wäre die Angabe eines Hinweises (Zahl, Farbe, Text), der dem Chirurgen anzeigt, ob Membranreste ausreichend entfernt sind oder ob ein weiteres Linsenpolieren notwendig ist.
Die Detektionseinrichtung ermöglicht es, im Ablauf einer Staroperation eine Resttrübung aufgrund Membranresten intra- und postoperativ quantitativ zu erfassen und entsprechende chirurgische Maßnahmen zu treffen. Beispielsweise kann entschieden werden, ob ein "Linsenpolieren" fortzusetzen oder zu beenden ist. Dies ermöglicht eine vollständige Elimination von störenden Streulichtquellen, beispielsweise auf der hinteren Linsenkapsel.
Ein vorteilhaftes Detektionsverfahren kann zumindest zum Teil dem in der WO 03/009745 A2 offenbarten entsprechen. Bei diesem wird polarisiertes Licht durch die Linse auf die Retina eingestrahlt. Ein Teil des Lichts wird durch die Retina reflektiert. Über eine Abbildungsoptik kann ein Bild der Augenvorderseite erzeugt und mittels einer Kamera aufgenommen werden. Das Ausmaß der Lichtstreuung kann in einer Detektionseinheit erfasst werden.
Auch mittels des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopsystems kann Beleuchtungslicht durch die Augenlinse oder entsprechende nicht entfernte Linsenstrukturen in ein Auge eingestrahlt werden. Das Licht wird durch den Linsenkörper, soweit noch vorhanden, fokussiert. Durch die Retina wird das Beleuchtungslicht reflektiert und damit zumindest teilweise in Richtung einer Detektionseinheit zurückgestrahlt. Auch wenn der Linsenkörper bereits entfernt wurde, kann das Verfahren zum Einsatz kommen. In diesem Fall wird das Beleuchtungslicht zwar nicht auf die Retina fokussiert, jedoch trotzdem (diffus) durch diese reflektiert. Auch damit werden streuende Strukturen erkennbar.
Das Beleuchtungslicht wird sowohl beim Einstrahlen in das Auge als nach der Reflexion an der Retina an vorhandenen Trübungsstellen gestreut. Die Streuung beim Einstrahlen in das Auge ist dabei auch mit bloßem Auge in Form einer grauen bis weißlichen Eintrübung der Augenlinse sichtbar ("grauer" Star). Entsprechend wird das Beleuchtungslicht aber auch nach der Reflexion gestreut. Dies bewirkt eine scheinbare Abschwächung des reflektierten Lichts an den streuenden Strukturen. Die genannten Streuungen werden im Rahmen dieser Anmeldung auch als "erste" und "zweite" Streuung bezeichnet.
Sowohl die erste als auch die zweite Streuung haben diagnostischen Wert und ermöglichen eine Aussage bezüglich vorhandener Trübungen. Der diagnostische Wert lässt sich durch Einstrahlung von Licht bestimmter Wellenlänge(n) und/oder Polarisation(en) noch verstärken.
Das von dem Objekt insgesamt "zurückgestrahlte" Licht enthält daher Anteile aus der ersten Streuung und, entsprechend abgeschwächt, der Reflexion an der Retina.
Vorteilhaft kann sein, Beleuchtungslicht eines ersten Polarisationsumfangs zu verwenden und mit der Detektionseinheit Licht eines zweiten Polarisationsumfangs zu detektieren. Die Beleuchtungs- und die Detektionseinheit sind hierzu entsprechend eingerichtet.
Unter "Polarisationsumfang" kann ein spezifischer Polarisationswinkel, aber auch ein Bereich von Polarisationswinkeln teilpolarisierten Lichts verstanden werden. Auch vollständig depolarisiertes Licht besitzt demgemäß einen Polarisationsumfang, der den gesamten Bereich der Polarisationswinkel abdeckt.
Beispielsweise kann linear polarisiertes Licht mit einem ersten Polarisationswinkel in das Auge eingestrahlt werden. Wird polarisiertes Licht an spiegelnden Oberflächen reflektiert, im Auge beispielsweise der Hornhautoberfläche, bleibt seine Polarität erhalten. Wird Licht hingegen von einer matten Oberfläche reflektiert, im Auge beispielsweise der Netzhaut oder den streuenden Strukturen, geht seine Polarisation verloren. Ist vor oder in der Detektionseinrichtung ein Sperrfilter für den ersten Polarisationswinkel vorgesehen, kann an spiegelnden Oberflächen reflektiertes Licht einfach und effektiv ausgeblendet werden. Damit wird nur das an der matten Oberfläche der Netzhaut oder das bei der ersten Streuung reflektierte Licht erfasst. Spiegelungen an der Hornhaut treten nicht mehr störend in Erscheinung.
Ein Operationsmikroskopsystem weist zur Realisierung der genannten Vorteile zumindest zwei Polarisationseinrichtungen auf. Beispielsweise kann der Beleuchtungseinheit ein erster Linearpolarisator und der Detektionseinheit ein zweiter Linearpolarisator zugeordnet sein.
Wie unten näher erläutert, kann eine sowohl polaritäts- als auch wellenlängenspezifische Beleuchtung und/oder Auswertung besondere diagnostische Vorteile bieten.
Zur Erfassung des von dem Auge zurückgestrahlten Beleuchtungslichts weist eine entsprechende Detektionseinheit einen ersten Strahlteiler auf. Dieser koppelt zumindest einen Anteil des durch das Auge zurückgestrahlten Beleuchtungslichts aus. Durch eine geeignete Wahl des Strahlteilers, beispielsweise in Form eines teildurchlässigen Spiegels, lassen sich jeweils definierte, diagnostisch wertvolle Anteile des zurückgestrahlten Lichts auskoppeln. Beispielsweise kann zur Trübungsdetektion Beleuchtungslicht mit Wellenlängen im nicht sichtbaren Bereich, z.B. Infrarotlicht, verwendet werden. Die visuelle Betrachtung durch den Chirurgen während der Operation wird damit nicht beeinträchtigt. Ein entsprechender Wellenlängenbereich kann selektiv ausgekoppelt und diagnostisch verwendet werden.
Sowohl durch die erste Streuung als auch durch die zweite Streuung kann ein Streuungsmuster mit diagnostischer Aussage erhalten werden. Bei flächiger Einstrahlung von Beleuchtungslicht, also einer Aufweitung eines entsprechenden Strahlbündels, wird ein den streuenden Strukturen entsprechendes flächiges Streuungsmuster erhalten. Erste und zweite Streuungsmuster lassen sich auch zueinander in Beziehung setzen oder miteinander verrechnen, wodurch eine nochmals verbesserte Beurteilung von Trübungen erfolgen kann.
Die Detektionseinheit weist zur Bestimmung des Streuungsmusters und/oder Streuungsgrades vorteilhafterweise eine optische Einheit, eine Bilderfassungseinrichtung und/oder eine Recheneinheit auf. Hierbei kann ein erhaltenes Streuungsmuster, beispielsweise unter Verwendung entsprechender Bildverarbeitungssoftware, aufbereitet werden. Auch eine rein optische Aufbereitung des Streuungsmusters ist möglich.
Die Detektionseinheit weist vorteilhafterweise zumindest einen Ausgang zur Ausgabe des Streuungsmusters bzw. Streugrads auf. Das Streuungsmuster kann beliebig ausgelesen oder weiter insbesondere zum genannten Streugrad verarbeitet werden. Beispielsweise ist hierdurch eine Darstellung auf einem Bildschirm, eine Übertragung über ein Netzwerk und/oder eine Aufzeichnung zu Dokumentationszwecken möglich. Die Ausgabe kann digital, analog und/oder in Form einer optischen Aufzeichnung erfolgen.
Eine vorteilhafte Betrachtungseinheit eines Operationsmikroskopsystems verfügt über eine mit zumindest einem der Ausgänge der Detektionseinrichtung gekoppelte Einspiegelungseinrichtung. Mittels der Einspiegelungseinrichtung kann das Streuungsmuster bzw. der Streugrad in ein mikroskopisches Objektbild elektronisch oder optisch eingespiegelt werden. Der Operateur kann hierdurch eine kontinuierliche Beurteilung des Operationserfolgs vornehmen. Vorteilhafterweise ist eine derartige Einspiegelungseinrichtung ab- bzw. zuschaltbar ausgebildet, so dass eine Betrachtung eines Objekts auch ohne eine Einspiegelung möglich ist.
Als vorteilhaft wird angesehen, in einem entsprechenden Operationsmikroskopsystem das Beleuchtungslicht mittels eines Strahlteilers in den Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops einzukoppeln. Ein Beleuchtungsstrahlengang kann hierdurch mit einem Beobachtungsstrahlengang zur Deckung gebracht werden, wodurch eine gute Übereinstimmung des Streuungsmusters mit dem Objektbild gewährleistet ist.
Vorteilhafterweise erzeugt die Beleuchtungseinheit Beleuchtungslicht eines bestimmten Wellenlängenumfangs, insbesondere Infrarotlicht. Auch Licht einer bestimmten Wellenlänge kann verwendet werden.
Bekanntermaßen reflektiert die Retina bei Beleuchtung mit Weißlicht im roten, die Makula im gelben Spektralbereich. Durch geeignete Wellenlängen kann daher eine differenzielle Bewertung der ersten und zweiten Streuung erfolgen. Wird etwa blaues Licht in das Auge eingestrahlt, wird dieses durch die Retina nicht oder nur kaum reflektiert. Die vom Auge zurückgestrahlten Lichtanteile sind daher im überwiegenden Umfang auf die erste Streuung zurückzuführen.
Besondere Vorteile lassen sich auch erzielen, wenn eine die erläuterte polarisationsspezifische Beleuchtung und/oder Erfassung mit einer derartigen wellenlängenspezifischen Beleuchtung und/oder Erfassung kombiniert wird. Beispielsweise kann Infrarotlicht, das zusätzlich einen definierten Polarisationswinkel aufweist, in das Auge eingestrahlt und nur depolarisiertes Infrarotlicht in der Detektionseinrichtung erfasst werden. Entsprechend erhaltene Bildmerkmale bzw. -daten können in einer Einspiegelungseinrichtung selektiv und abschaltbar in ein visuelles Bild eingekoppelt werden. In dem eingespiegelten Bild können streuende Strukturen auch z.B. verstärkt oder in Falschfarben dargestellt werden. Insgesamt wird damit eine diagnostisch sehr wertvolle Hilfsbeleuchtung realisiert, die die visuelle Betrachtung durch den Operateur nicht beeinflusst.
Vorteilhafterweise ist dem Operationsmikroskopsystem eine Behandlungseinheit zugeordnet. Diese kann beispielsweise einen Kurzzeitimpuls-Laser, wie einen Nano- oder Femtosekunden-Laser, umfassen. Eine kataraktbehaftete Linse kann mit einem solchen Laserstrahl einfach, teilweise automatisch und effektiv behandelt oder zertrümmert werden.
Wie erwähnt, eignet sich ein entsprechendes Operationsmikroskopsystem in besonderer Weise für die Ophthalmologie, insbesondere für die Kataraktchirurgie.
Zu der erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenen Detektionseinheit sei auf die zuvor erläuterten Vorteile und Merkmale ausdrücklich verwiesen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt ein Operationsmikroskopsystem gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
2 zeigt ein Operationsmikroskopsystem gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Detaildarstellung.
3a und 3b zeigen die Funktionsweise eines Operationsmikroskopsystems gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
4a und 4b zeigen die Funktionsweise eines Operationsmikroskopsystems gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
5 zeigt ein mittels einer Detektionseinheit gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhaltbares Bild.
In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
In 1 ist ein Operationsmikroskopsystem mit seinen wesentlichen Komponenten gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
Das Operationsmikroskopsystem 100 umfasst eine Beleuchtungseinheit 10. Durch die Beleuchtungseinheit 10 kann Beleuchtungslicht 15, wie durch den gestrichelten Strahlengang der 1 veranschaulicht, in ein Auge 50 eines Patienten eingestrahlt werden. Das Operationsmikroskopsystem 100 umfasst ferner zumindest eine Betrachtungseinheit 30, mittels derer ein mikroskopisches Bild des Auges 50 betrachtet werden kann. Eine Detektionseinheit 20 ist vorgesehen, die zur Erfassung von durch das Auge 50 zurückgestrahltem Beleuchtungslichts 15 eingerichtet ist. Der Detektionseinheit 20 ist ein Strahlteiler 21 zugeordnet, der Betrachtungseinheit 30 ist ein Strahlteiler 31 zugeordnet.
Bei dem durch die Beleuchtungseinheit 10 eingestrahlten Beleuchtungslicht 15 kann es sich insbesondere um polarisiertes Licht handeln, wie es durch die Verwendung geeigneter Lichtquellen und/oder Polarisationsfilter erzeugt und/oder selektiert werden kann. Vorzugsweise kann die Beleuchtungseinheit 10 auch eine Infrarotlichtquelle aufweisen, z.B. eine Infrarotlicht emittierende Diode (IRLED). Der Strahlengang des Beleuchtungslichts 15 verläuft durch den der Betrachtungseinheit 30 zugeordneten Strahlteiler 31 und den der Detektionseinheit 20 zugeordneten Strahlteiler 21. Beim Einsatz des Mikroskops wird entsprechendes Beleuchtungslicht 15 in das Auge 50 eingestrahlt.
In dem Auge 50 durchstrahlt das Beleuchtungslicht 15 die optischen Medien des Auges und gelangt auf die Retina 54. Das Beleuchtungslicht 15 wird von der Retina 54 zumindest teilweise reflektiert. Das reflektierte Beleuchtungslicht durchstrahlt zumindest teilweise erneut die optischen Medien des Auges 50 und kann als zurückgestrahlter Anteil des Beleuchtungslichts 15 in dem Operationsmikroskopsystem 100 erfasst werden.
Das zurückgestrahlte Beleuchtungslicht 15 wird in dem der Detektionseinheit 20 zugeordnetem Strahlteiler 21 zumindest teilweise ausgekoppelt. In einer Detektionseinheit 20, von der in der 1 lediglich eine Recheneinheit 26 dargestellt ist, kann aus dem ausgekoppelten Anteil ein Streuungsmuster generiert werden, das die Streuung in dem Auge 50 repräsentiert. Über einen Ausgang 29 der Recheneinheit 26 können entsprechende Streuungsmuster, z.B. in Form aufbereiteter Bilddaten, einer Einspiegelungseinrichtung 33 einer Betrachtungseinheit 30 zugeführt und dort in ein erhaltenes mikroskopisches Bild eingespiegelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der bereits behandelte Streugrad beispielsweise ebenfalls durch Einspiegelung an eine bestimmte Stelle des mikroskopischen Bildes dem Chirurgen zur Verfügung gestellt werden. Der Streugrad kann beispielsweise aus dem Streuungsmuster errechnet werden. Er bezeichnet beispielsweise den Flächenanteil der streuenden Strukturen im Verhältnis zur insgesamt untersuchten Fläche. Auch eine farbliche Anzeige kann den Streugrad wiedergeben, beispielsweise in Form einer Ampel (rot: zu hoher Streu-grad – weiteres Linsenpolieren notwendig; gelb: es sollten weitere Membranreste entfernt werden; grün: der Anteil der streuenden Strukturen ist unterhalb der annehmbaren Grenze).
In 2 ist ein Operationsmikroskopsystem 100, das dem in 1 erläuterten Grundkonzept entspricht, im Detail dargestellt. Die Beleuchtungseinheit 10 umfasst, wie hier schematisch veranschaulicht, beispielsweise eine Lichtquelle 11 in Form einer IRLED und/oder einer Lichtquelle, die Licht im roten Spektralbereich emittiert. Mit der Beleuchtungseinheit 10 kann eine sogenannten "Red Reflex"-Beleuchtung realisiert werden. Diese ist in vielen Operationsmikroskopen für die Ophthalmologie bereits implementiert.
Da das an der Netzhaut (Retina) reflektierte Licht Intensitätsmaxima im roten Spektralbereich aufweist, spricht man vom sogenannten Rotreflex (Englisch: Red Reflex). Dieser Rotreflex ist umso ausgeprägter, je geringer die Beleuchtungswinkel sind, wobei der Beleuchtungsstrahlengang in der Regel über das Hauptobjektiv des Operationsmikroskops geführt wird und die Achse des Hauptobjektivs als Bezugsachse für den Beleuchtungswinkel gilt. Beleuchtungswinkel im Bereich zwischen –2° und +2° sind für eine gute "Red Reflex"-Beleuchtung geeignet.
Der Lichtquelle 11 ist beispielsweise ein optisches System, hier bestehend aus einer Linse 12 und einem Filter 13, zugeordnet. Mittels des optischen Systems kann ein kollimiertes Beleuchtungslicht 15 mit bestimmten optischen Eigenschaften, beispielsweise mit einem bestimmten Polarisationsumfang oder einem bestimmten Wellenlängenbereich, selektiert werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Filter 13 um einen Linearpolarisator, welcher linear polarisiertes Licht selektiert.
Der der Betrachtungseinheit 30 zugeordnete Strahlteiler 31 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Licht, das vom Filter 13 selektiert wird, beispielsweise Licht einer bestimmten Polarisation, selektiv durchzulassen, Licht mit anderen Eigenschaften hingegen auszukoppeln.
Im Strahlengang des Beleuchtungslichts 15 ist nach dem Strahlteiler 31 ein Strahlteiler 21 angeordnet, der der Detektionseinheit 20 zugeordnet ist. Das durch den Strahlteiler 21 ausgekoppelte Licht wird in eine Lichtfalle 22 gelenkt. Eine entsprechende Lichtfalle 22 kann auch dem Strahlteiler 31 zugeordnet sein.
Nach dem Strahlteiler 21 ist im Strahlengang des Beleuchtungslichts 15 eine weitere optische Einheit 42, beispielsweise ein Objektiv, vorgesehen.
Objektseitig des Operationsmikroskopsystems 100 ist ein weiteres optisches Element 41, beispielsweise ein weiterer Filter, Spiegel oder Polarisator, vorgesehen. Der Strahlengang des Beleuchtungslichts verläuft durch die erläuterten Elemente und in ein Auge 50 hinein.
Als anatomische Strukturen bzw. optische Medien des Auges 50 sind eine Augenlinse 51, eine hintere Linsenkapsel 51', ein Glaskörper 53 und eine Retina 54 dargestellt. Ist die Augenlinse 51 im Rahmen einer Kataraktoperation entfernt worden, sind aber auf der hinteren Linsenkapsel 51' noch Linsenreste (Membrane) vorhanden, bewirken diese eine Streuung des Beleuchtungslichts 15. Dies ist durch die Pfeile 15' veranschaulicht. Eine erste Streuung wird dabei beim Eintritt des Beleuchtungslichts 15 in das Auge bewirkt, eine zweite Streuung nach der Reflexion an der Retina 54. In Richtung des Operationsmikroskopsystems 100 zurückgestrahltes Licht durchstrahlt das weitere optische Element 41 und das Objektiv 42 und wird in dem Operationsmikroskopsystem 100 erfasst.
Zumindest ein Teil des zurückgestrahlten Lichts wird an dem Strahlteiler 21 ausgekoppelt. Ein weiteres optisches System, z.B. mit einem Filter 23 und einer Kollimatorlinse 24, ist vorgesehen, das das ausgekoppelte Licht auf einer Detektionseinrichtung 25, beispielsweise einem CCD-Chip oder einer digitalen Kamera, abbildet. Signale der Detektionseinrichtung 25 werden mittels einer Recheneinheit 26 ausgewertet. Über einen Ausgang 27 können ausgewertete Daten an ein Anzeigesystem 28 ausgegeben und dort angezeigt werden. Über einen weiteren Ausgang 29 können die ausgewerteten Daten beispielsweise der Einspiegelungseinrichtung 33, die der Betrachtungseinheit 30 zugeordnet ist, zugeführt werden.
Die Betrachtungseinheit 30 umfasst, wie erläutert, einen Strahlteiler 31. Ferner ist ein Zoomsystem 32 vorgesehen, mit dem die Vergrößerung eines mikroskopischen Bilds verändert werden kann. Dem Zoomsystem ist die Einspiegelungseinrichtung 33 nachgeschaltet. Mittels dieser kann das über den Ausgang 29 der Recheneinheit 26 ausgegebene Bild in Form eines Streuungsmusters in das mikroskopische Bild eingespiegelt werden.
Nur schematisch dargestellt sind ein Tubus 34 und ein Okular 35. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Operationssystem 100 um ein Stereomikroskop, so dass die optischen Komponenten des Operationsmikroskopsystems 100 zumindest teilweise doppelt bereitgestellt sind, um ein stereoskopisches Bild des beobachteten Auges 50 zu erhalten.
Anhand der 3a und 3b wird die Funktionsweise der Detektionseinheit 20 erläutert. Wie zuvor erläutert, wird mittels einer Beleuchtungseinheit 10 ein kollimiertes Lichtbündel in ein Auge 50 eingestrahlt. Das kollimierte Lichtbündel ist in den 3a und 3b durch die Lichtstrahlen 15a, 15b und 15c schematisch veranschaulicht. 3a zeigt hierbei den Strahlteiler 21 der Detektionseinheit 20, mittels dessen zurückgestrahltes Licht teilweise ausgekoppelt werden kann.
Die 3a zeigt ein Auge mit noch vorhandenem Linsenkörper der Linse 51. In 3b sei der Linsenkörper entfernt, so dass die Linse 51 keine oder nur noch geringe Brechkraft aufweist. In diesem Fall kann eine zusätzliche Linse 44, beispielsweise eine 15 Dioptrien-Linse, verwendet werden. Mittels dieser kann das kollimierte Beleuchtungslicht 15a, b, c anstelle der entfernten Linse auf die Retina 54 fokussiert werden. Wenngleich in den 3a und 3b jeweils eine Fokussierung des Beleuchtungslichts auf einen Fokuspunkt F auf der Retina dargestellt ist, sei zu verstehen gegeben, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht notwendigerweise einer Fokussierung bedarf.
Durch die Retina 54 des Auges 50 wird das Beleuchtungslicht 15a, b, c reflektiert und damit teilweise in Richtung des Operationsmikroskopsystems 100 bzw. dessen Strahlteiler 21 zurückgestrahlt. Ein Teil des Lichts wird an dem Strahlteiler 21 ausgekoppelt und z.B. mittels einer Linse 24 auf einer Detektionseinrichtung 25 abgebildet.
In den 3a und 3b ist eine Situation veranschaulicht, in welcher im Wesentlichen keine Streuung des eingestrahlten Beleuchtungslichts 15a, b, c stattfindet. In das Auge 50 eingestrahltes Licht wird daher, abgesehen von Reflexionsverlusten an der Retina 54, im Wesentlichen vollständig in den Strahlteiler 21 zurückgestrahlt. Diese Situation entspricht jener eines gesunden Auges (3a) beziehungsweise eines operierten Auges (3b), bei dem Trübungen auf der Hinterkapsel vollständig entfernt wurden.
In den 4a und 4b, die im Übrigen den 3a und 3b entsprechen, ist eine Situation veranschaulicht, in der Membranreste in einer Linse 51 oder auf der hinteren Linsenkapsel 51' vorhanden sind und eine Streuung bewirken. In den 4a und 4b ist lediglich die zweite Streuung nach der Reflexion an der Retina veranschaulicht. Es sind lediglich zwei Lichtstrahlen 15a und 15b dargestellt. Der Lichtstrahl 15b durchstrahlt die noch vorhandenen anatomischen Elemente bzw. optischen Medien der Linse 51 und wird an einem Punkt F auf der Retina 54 reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl 15b wird an den vorhandenen anatomischen Elementen der Linse 51 nicht gestreut. Wie oben erfolgt eine Auskopplung an dem Strahlteiler 21.
Der Lichtstrahl 15a durchstrahlt die Linse 51 ebenfalls und wird an dem Punkt F der Retina 54 reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl 15a wird jedoch an der hinteren Linsenkapsel 51' gestreut und als Lichtstrahl 15' entsprechend abgelenkt. Der Lichtstrahl 15' trifft an einer Position X auf den Strahlteiler 21 des Detektionssystems 20 und erreicht die Detektionseinrichtung 35 nicht mehr.
Wie zuvor in den 3a und 3b sind in den 4a und 4b Augen 50 mit und ohne vorhandenen Linsenkörper einer Linse 51 dargestellt.
Dem Operationsmikroskopsystem 100 der in der 2 dargestellten Ausführungsform kann vorteilhafterweise eine Behandlungseinheit 40 zugeordnet sein, welche beispielsweise einen Laser 43, vorzugsweise einen Kurzzeitimpuls-Laser, wie einen Femtosekunden-Laser 43, umfasst. Mittels dieses Lasers 43 kann Laserlicht in das Auge eingekoppelt werden, wodurch automatisierte Behandlungsverfahren wie eine Zertrümmerung der Augenlinse 51 oder andere Behandlungsverfahren durchgeführt werden können. Das Operationsmikroskopsystem 100 wird dadurch zu einem automatisierbaren Behandlungssystem zur Behandlung von Katarakten.
Wie im Zusammenhang mit den 4a und 4b dargestellt, wird Licht, das in bestimmten Regionen der Augenlinse 51 und/oder der Hintere Linsenkapsel 51' derart gestreut, dass es eine scheinbare Abschwächung erfährt. Daher ermöglicht die Detektionseinheit über eine Bewertung dieser Abschwächung eine Erfassung vorhandener Trübungen. Eine zusätzliche Bewertungsmöglichkeit ergibt sich, wie erwähnt, über die erste Streuung beim Einstrahlen in das Auge 50.
In 5 ist ein mittels der Detektionseinheit 25 erhaltbares Bild 500 dargestellt, das beispielsweise mit einer Einblendeinrichtung 33 einer Betrachtungseinheit 30 eines Operationsmikroskopsystems in ein mikroskopisches Bild eingeblendet werden kann.
In dem Bild 500 ist ein Bildhintergrund 510 und eine Beobachtungsregion 520 erkennbar. Die Beobachtungsregion 520 entspricht beispielsweise einer Pupille des untersuchten und/oder behandelten Auges 50. Der Hintergrund 510 entspricht den die Pupille umgebenden anatomischen Bereichen des Auges 50, beispielsweise der Iris. Innerhalb der Beobachtungsregion 520 ist ein Streuungsmuster mit Bereichen 530 und 540 unterschiedlich intensiver bzw. unterschiedlich bewerteter Streuung erkennbar. Diese entsprechen beispielsweise Bereichen mit noch vorhandenen Trübungen durch Membrane.
Das Streuungsmuster wurde beispielsweise mittels einer Recheneinheit 26 aus einem mittels der Detektionseinrichtung 25 bestimmten Bild ermittelt. Wird ein derartiges Bild 500 in ein mikroskopisches Bild einer Betrachtungseinheit 30 über eine Einspiegelungseinrichtung 33 korreliert, d. h. orts- und vergrößerungsgleich, also kongruent, eingespiegelt, hat der behandelnde Chirurg die Möglichkeit, eine entsprechende Nachbehandlung in den Bereichen 530 und 540 vorzunehmen. Damit wird eine sichere und zuverlässige intra- und postoperative Kontrolle einer vollständigen Entfernung von Linsen- und/oder Trübungen der hinteren Linsenkapsel noch im OP-Saal ermöglicht.
Bezugszeichenliste

10: Beleuchtungseinheit
11: Lichtquelle
12: Linse
13: Filter
15: Beleuchtungslicht
15a, b, c: Lichtstrahlen
15': Streulicht
20: Detektionseinheit
21: Strahlteiler
22: Lichtfalle
23: Filter
24: Kolimatorlinse
25: Detektionseinrichtung
26: Recheneinheit
27: Ausgang
28: Anzeigesystem
29: Ausgang
30: Betrachtungseinheit
31: Strahlteiler
32: Zoomsystem
33: Einspiegelungseinrichtung
34: Tubus
35: Okular
40: Behandlungseinheit
41: Optisches Element
42: Objektiv
43: Laser
44: Zusätzliche Linse
50: Auge
51: Augenlinse
51': hintere Linsenkapsel
53: Glaskörper
54: Retina
100: Operationsmikroskopsystem
510: Bildhintergrund
520: Beobachtungsregion
530, 540: Streubereiche
F: Abbildungspunkt
X: Auftreffpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 03/009745 A2 [0014]

Claims

Operationsmikroskopsystem (100) für die Ophthalmologie, insbesondere für die Kataraktchirurgie, das eine Beleuchtungseinheit (10) und eine Betrachtungseinheit (30) aufweist, wobei das Operationsmikroskopsystem (100) dafür eingerichtet ist, Beleuchtungslicht (15) der Beleuchtungseinheit (10) in ein objektivseitig des Operationsmikroskops angeordnetes Auge (50) einzustrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass das Operationsmikroskopsystem (100) eine Detektionseinheit (20) aufweist, mittels derer durch eine Erfassung eines durch das Auge (50) zurückgestrahlten Anteils des Beleuchtungslichts (15) eine Streuung (15') des in das Auge (50) eingestrahlten Beleuchtungslichts (15) in Form eines Streuungsmusters und/oder eines Streugrades bestimmbar ist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach Anspruch 1, das zum Einstrahlen von Beleuchtungslicht (15) eines ersten Polarisationsumfangs und zur Erfassung von Licht eines zweiten Polarisationsumfangs eingerichtet ist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach Anspruch 2, bei dem die Beleuchtungseinheit (10) einen ersten Polarisationsfilter (13) und/oder bei dem die Detektionseinheit (20) einen zweiten Polarisationsfilter (23) aufweist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Detektionseinheit (20) einen ersten Strahlteiler (21) zum Auskoppeln zumindest eines Anteils des durch das Objekt (50) zurückgestrahlten Anteils des Beleuchtungslichts (15) aufweist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Detektionseinheit (20) zur Bestimmung des Streuungsmusters und/oder Streugrades zumindest eine optische Einheit (23, 24), eine Bilderfassungseinrichtung (25) und/oder eine Recheneinheit (26) aufweist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Detektionseinheit zumindest einen Ausgang (27, 29) zur Ausgabe des Streuungsmusters und/oder des Streugrads aufweist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach Anspruch 6 bei dem die Betrachtungseinheit (30) eine mit zumindest einem der Ausgänge (27, 29) der Detektionseinrichtung (20) gekoppelte Einspiegeleinrichtung (33) aufweist, mittels derer das durch die Detektionseinheit (20) bereitgestellte Streuungsmuster mit einem mittels der Betrachtungseinheit (30) betrachtbaren mikroskopischen Bild überlagerbar ist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das einen zweiten Strahlteiler (31) zum Einkoppeln des Beleuchtungslichts (15) in einen Beobachtungsstrahlengang aufweist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zum Einstrahlen von Beleuchtungslicht (15) eines Wellenlängenumfangs, insbesondere im roten und/oder infraroten Spektralbereich, eingerichtet ist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zumindest eine Behandlungseinheit (40) aufweist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach Anspruch 10, bei dem die Behandlungseinheit (40) einen Kurzzeitimpuls-Laser, wie einen Nano- oder Femtosekunden-Laser (43), aufweist, wobei ein durch den Kurzzeitimpuls-Laser (43) erzeugter Laserstrahl in das Auge (50) einstrahlbar ist.
Operationsmikroskopsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Verwendung in der Ophthalmologie, insbesondere der Kataraktchirurgie.