DE102012019469A1

DE102012019469A1 - Verfahren zur Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen eines Auges

Info

Publication number: DE102012019469A1
Application number: DE102012019469.2A
Authority: DE
Inventors: Ferid Bajramovic; Ralf Ebersbach; Stephan Laqua
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03
Also published as: WO2014049123A1; US10213099B2; JP6664960B2; JP2015531275A; US20150257641A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der geometrischen Parameter des Auges. Diese unter dem Begriff Biometrie bekannten Messungen sind insbesondere auch im Hinblick auf die Berechnung von Intraokularlinsen nach früherer refraktiver Hornhautchirurgie von Bedeutung Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen gleichzeitig, wobei die Intensität des bei der OCT-Bildaufnahmen entstehenden Reflexlichtes mindestens um den Faktor 2, bevorzugt um den Faktor 10 und besonders bevorzugt um den Faktor 100 geringer ist, als die Intensität des Beleuchtungslichtes für die sonstigen Bildaufnahmen. Mit der vorliegenden Lösung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem neben OCT-Aufnahmen auch sonstige Bildaufnahmen in Form von Abbildungen der Sklera oder des Fundus oder keratometrische, topographische oder biometrische Messungen oder auch kurze Bildsequenzen, beispielsweise während der Ausrichtung des Geräts auf das Auge, gemacht werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen eines Auges, aus denen die geometrischen Parameter des Auges ermittelt werden. Diese unter dem Begriff Biometrie bekannten Messungen sind insbesondere auch im Hinblick auf die Berechnung von Intraokularlinsen nach früherer refraktiver Hornhautchirurgie von Bedeutung.
Nach dem bekannten Stand der Technik sind dazu zahlreiche Lösungen bekannt. Zur hochgenauen Achslängenmessung haben sich im Stand der Technik Lösungen etabliert, die auf Verfahren der optische Kohärenztomografie (OCT = optical coherence tomography), der Teilkohärenzinterferometrie (PCI = partial coherence interferometry) oder dergleichen basieren.
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 typischerweise in logarithmierten Graustufen- oder Falschfarbenwerten dargestellt.
Werden allerdings zusätzlich zur Achslänge (AL), zentralen Radien der Hornhaut-Vorderfläche (K), Vorderkammertiefe (ACD) und Limbusdurchmesser (WTW) noch weitere Messgrößen benötigt, können diese beispielsweise aus keratometrischen oder topographischen Bildaufnahmen vom Auge ermittelt werden.
Zwar können diese weiteren Messgrößen und die OCT-Messwerte durch verschiedene Geräte gemessen werden, jedoch erlaubt die Integration der Messung sowohl der OCT als auch der weiteren Messgrößen in einem Gerät eine einfachere Handhabung z. B. nur einmalige Ausrichtung des Gerätes auf den Patienten und eine verbesserte laterale Registrierung der OCT-Messwerten mit den weiteren Messwerten.
Allerdings dürfen sich in einem Kombi-Gerät die verschiedenen Messmodalitäten während der Messung nicht wechselseitig beeinflussen. Eine Beeinflussung kann sich konkret dadurch äußern, dass Licht vom OCT-Messsystem in einem oder mehreren Bildern des anderen Messsystems beispielsweise als heller Spot zu sehen ist, was die Messung stören kann. Um diese Nichtbeeinflussung sicherzustellen bieten sich 2 Gruppen von Lösungen an:
Bei einer ersten Gruppe von Lösungen werden die unterschiedlichen Aufnahmen sequentiell, d. h. nacheinander aufgenommen.
Ein Beispiel zeigt die US 2005/0203422 A1 , welche ein Kombinationssystem aus Keratometer und OCT-Tomographie zeigt. Um die beiden Modalitäten voneinander zu trennen wird hier ebenfalls eine zeitliche Trennung vorgeschlagen.
Ein weiteres Beispiel ist der IOLMaster der Firma Carl Zeiss. Dieser ist ein Kombinationsgerät, das die Keratometrie, die Achslänge über PCI (partial coherence interferometry) und die Vorderkammertiefe über eine Spaltbeleuchtung und Bilddetektion, sowie weitere Parameter des Auges wie den sogenannten Weis-zu-Weis-Abstand bestimmt.
Bei all diesen sequentiell erfolgenden Messungen ist der Zeitaufwand für die Messungen höher. Nachteilig wirkt sich außerdem aus, dass die unterschiedlichen Messungen von OCT und Ultraschall bzw. Keratometrie aufgrund möglicher Augenbewegungen an leicht verschiedenen Stellen erfolgen könnte. Im Allgemeinen ist deshalb eine Wiederholbarkeit der Messung entsprechend schwer zu realisieren.
Bei einer zweiten Gruppe von Lösungen werden die unterschiedlichen Aufnahmen gleichzeitig aufgenommen, wofür die Messsysteme über eine entsprechende optische Trennung verfügen müssen.
Als ein weiteres Beispiel ist in US 2005/0018137 A1 ein Kombinationssystem aus Keratometer und Achslängenmessung mittels PCI beschrieben. Dabei wird die Trennung beider Modalitäten durch Strahlteilung mittels Polarisationstrennung realisiert.
Die bereits oben erwähnte US 2005/0203422 A1 erwähnt als Alternative zur sequentiellen Messung der Modalitäten (mittels OCT und Keratometrie) auch eine Trennung derselben durch einen dichroitischen Strahlteiler.
In all diesen Beispielen erfolgt eine optische Trennung der unterschiedlichen Messsysteme entweder durch die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen oder über zusätzliche optische Elemente, die verhindern, dass sich die Messsysteme gegenseitig beeinflussen.
Nachteilig wirkt sich bei derartigen Systemen aus, dass entsprechend höhere Anforderungen an Optik und/oder Kamera gestellt werden, die deren Herstellbarkeit und/oder Preisniveau negativ beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen eines Auges zu entwickeln, welches die gleichzeitige Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen ermöglicht, ohne dass Beleuchtungslicht des anderen Messsystems die Abbildungen oder die Messung stören.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen eines Auges, dadurch gelöst, dass die Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen gleichzeitig erfolgt, wobei die Intensität des bei der OCT- Bildaufnahmen entstehenden Reflexlichtes, welches bei der sonstigen Bildaufnahmen gemessen wird, mindestens um den Faktor 2, bevorzugt um den Faktor 10 und besonders bevorzugt um den Faktor 100 geringer ist, als die gemessene Intensität der sonstigen Bildaufnahmen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Mit der vorliegenden Lösung wird ein Verfahren zur Realisierung von Bildaufnahmen eines Auges zur Verfügung gestellt, mit dem neben OCT-Aufnahmen auch sonstige Bildaufnahmen in Form von Abbildungen der Sklera oder des Fundus oder keratometrische, topographische oder biometrische Messungen oder auch kurze Bildsequenzen, beispielsweise während der Ausrichtung des Geräts auf das Auge, gemacht werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen eines Auges, erfolgt die Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen gleichzeitig, wobei die Intensität des bei der OCT- Bildaufnahmen entstehenden Reflexlichtes mindestens um den Faktor 2, bevorzugt um den Faktor 10 und besonders bevorzugt um den Faktor 100 geringer ist, als die Intensität des Beleuchtungslichtes für die sonstigen Bildaufnahmen.
Erfindungsgemäß ist dafür eine nicht-strikte Trennung zwischen OCT- und sonstigen Bildaufnahmen vorgesehen. Dazu werden OCT-Messungen und die sonstigen Bildaufnahmen derart zeitlich überlappend realisiert, dass die sonstige Bildaufnahme gemacht wird, wenn der Beleuchtungsstrahl der OCT-Messung derart auf dem Objekt bzw. den Grenzflächen im Objekt liegt, dass dessen Reflektionen am Objekt klein genug gegenüber den eigentlichen Bildsignalen ist um das Bildsignal nicht zu verfälschen. Umgekehrt erfolgen die sonstigen Bildaufnahmen dann nicht oder werden dann nicht für eine weitere Auswertung herangezogen, wenn die OCT-Beleuchtung annähernd senkrecht auf die Korneaoberfläche trifft.
Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die OCT-Bilderfassung so gesteuert, dass während der sonstigen Bildaufnahmen eine Zone um die Messachse des ophthalmologischen Geräts gerade nicht vom OCT beleuchtet oder erfasst wird. Wenn das ophthalmologische Gerät exakt auf das zu untersuchende Auge ausgerichtet ist, verläuft die Messachse gemäß der Literatur [1] durch den Kornea-Vertex.
Für den Fall, dass für die OCT-Bilderfassung Scanner verwendet werden, um zweidimensionale B-Scans oder dreidimensionale Volumenscans zu erfassen, werden diese so angesteuert, dass von den Scannern während der Belichtungszeit für die sonstigen Bildaufnahmen die Zone um die Messachse gerade nicht gescannt wird.
Erfolgt die OCT-Bilderfassung hingegen lediglich in Form von A-Scans oder verzichtet man auf die obige bewusste Ansteuerung der Scanner, ist die Verwendung von Beleuchtungsquellen ausreichend, die entsprechend schnell an- und abschaltbar sind. Selbst von Laserquellen werden unterdessen An- und Abschaltzeiten von < 2 μs erreicht.
Erfahrungsgemäß weist die Zone um die Messachse vorzugsweise einen Radius von r > 0,8 mm in der Fokusebene des OCT-Messstrahles auf. Der Radius der Zone kann dabei bei großem Strahldurchmesser um ca. den halben Strahldurchmesser vergrößert werden.
Außerdem ist der Radius der Zone patientenabhängig, so dass er je kleiner gewählt werden kann, desto kleiner der maximal zulässige Radius der Kornea ist.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass sich Augenbewegungen während der Belichtungszeit der sonstigen Bildaufnahmen für typische Aufnahmezeiten von 4 ms ohnehin nur unwesentlich auswirken.
Während einer Belichtungszeit von 4 ms typischerweise zu erwartende Vertexbewegungen liegen bei einer durchschnittlichen Augenbewegung von ca. 1 mm/s bei 4 μm und sind deshalb vernachlässigbar.
Augenbewegungen werden für längere Belichtungszeiten relevant. Da sich dann der Vertex der Kornea bewegt, ist die oben erwähnte Zone entsprechend zu vergrößern ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Belichtungszeit für die sonstigen Bildaufnahmen vorzugsweise deutlich geringer als die Gesamtdauer einer OCT-Bilderfassung.
So verbleibt beispielsweise bei einer Belichtungszeit für die sonstigen Bildaufnahmen von 4 ms und einer Bildwiederholrate von 20 Bildern pro Sekunde für die OCT-Bilderfassung ein Zeitfenster von 46 ms, in dem die OCT-Bilderfassung der Zone um die Messachse erfolgen kann. Soll in dieser Zone von z. B. 0,8 mm Radius eine nominelle laterale Auflösung des OCTs von kleiner 20 μm erzielt werden, so muss der A-Scan mit einer Frequenz von größer 1740 Hz erfolgen. f > 2 × 0,8 mm/20 μm × 46 ms (1)
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die dafür erforderliche Synchronisation zwischen den sonstigen Bildaufnahmen und der OCT-Bilderfassung mit einer zeitlichen Genauigkeit < 1 ms, bevorzugt < 100 μs und besonders bevorzugt von < 10 μs.
Diese Anforderung an die zeitliche Genauigkeit für die Synchronisation kann jedoch verringert werden, wenn das Zeitfenster für die OCT-Bilderfassung der Zone um die Messachse verkleinert wird, d. h. wenn ein zeitlicher Puffer vor und nach der Belichtungszeit für die sonstigen Bildaufnahmen vorgesehen wird.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Anforderung an die zeitliche Genauigkeit für die Synchronisation von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Bildwiederholrate, der Belichtungszeiten, Scanabtastrate, Einschwingverhalten der Scanner u. a. abhängig sind.
Weiterhin ist noch anzumerken, dass durch den Einsatz von Soft- und/oder Hardware die Ansteuerung so optimiert werden kann, dass prinzipiell deutlich höhere zeitliche Genauigkeiten erreichbar sind.
Alternativ oder komplementierend zu den oben beschriebenen Ausführungen bzgl. der Steuerung der OCT- und der sonstigen Bildaufnahmen, können die OCT- und die sonstigen Bildaufnahmen auch zeitgleich, aber ungeregelt zueinander erfolgen. Für die weitere Analyse der Bildaufnahmen, wie beispielsweise zur Ermittlung der Keratometerwerte aus der Bildaufnahme, werden jedoch dann nur solche Bildaufnahmen verwendet, bei denen die Intensität des Reflexes an der Kornea verursacht durch die OCT-Beleuchtung mindestens um Faktor 2 bevorzugt um Faktor 10, weiter bevorzugt um Faktor 100 geringer ist als die Intensität der für den Zweck der Bildaufnahme relevanten Strukturen in der sonstigen Bildaufnahme.
Für die weitere Analyse der Bildaufnahmen werden bevorzugt dann auch nur solche Bildaufnahmen verwendet, bei denen der OCT-Scan nicht in der oben beschriebenen Zone um die Messachse liegt.
Entsprechend einer letzten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die sonstigen Bildaufnahmen Abbildungen von Sklera oder Fundus oder keratometrische, topographische oder biometrische Abbildungen oder auch kurze Bildsequenzen, beispielsweise während der Ausrichtung des Geräts auf das Auge, sein.
Prinzipiell sind alle möglichen Kamera-basierte Messungen und Aufnahmen denkbar, die nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren gleichzeitig mit den OCT- Bildaufnahmen realisiert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Realisierung von Bildaufnahmen eines Auges zur Verfügung gestellt, mit dem neben OCT-Aufnahmen auch sonstige Bildaufnahmen in Form von Abbildungen der Sklera oder des Fundus oder keratometrische, topographische oder biometrische Abbildungen gemacht werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren verhindert wirksam eine gegenseitige Beeinflussung der Bilderfassung von OCT und sonstigen Bildaufnahmen, so dass die Messungen nicht gestört werden.
Dazu sind weder ein erhöhter gerätetechnischer Aufwand noch erhöhte Anforderungen an Optik und/oder Kamera erforderlich, die deren Herstellbarkeit und/oder Preisniveau negativ beeinflussen.
Durch die gleichzeitige Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen ist der Einfluss von Augenbewegung geringer als bei sequentiellen Aufnahmen und die Wiederholbarkeit damit im Allgemeinen besser.
Literatur:

[1] ISO/CD 19980, "Ophthalmic instruments – Corneal topographers." 2009

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0203422 A1 [0008, 0013]
US 2005/0018137 A1 [0012]

Claims

Verfahren zur Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen eines Auges, dadurch gekennzeichnet, dass die Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen gleichzeitig erfolgt, wobei die Intensität des bei der OCT- Bildaufnahmen entstehenden Reflexlichtes, welches bei der sonstigen Bildaufnahmen gemessen wird, mindestens um den Faktor 2, bevorzugt um den Faktor 10 und besonders bevorzugt um den Faktor 100 geringer ist, als die gemessene Intensität der sonstigen Bildaufnahmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die OCT-Bilderfassung so gesteuert wird, dass während der sonstigen Bildaufnahmen eine Zone um die Messachse gerade nicht erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone einen Radius von r > 0,8 mm in der Fokusebene des OCT-Messstrahles aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Zone bei großem Strahldurchmesser um ca. den halben Strahldurchmesser vergrößert werden kann.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Zone patientenabhängig ist und je kleiner gewählt werden kann, desto kleiner der maximal zulässige Radius der Kornea ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungszeit für die sonstigen Bildaufnahmen vorzugsweise deutlich geringer als die Gesamtdauer einer OCT-Bilderfassung ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation zwischen den sonstigen Bildaufnahmen und der OCT-Bilderfassung mit einer zeitlichen Genauigkeit von < 1 ms, bevorzugt < 100 μs und besonders bevorzugt von < 10 μs erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Genauigkeit für die Synchronisation verringert werden kann, wenn das Zeitfenster für die OCT-Bilderfassung der Zone um die Messachse verkleinert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sonstigen Bildaufnahmen Abbildungen von Sklera oder Fundus oder keratometrische, topographische oder biometrische Abbildungen oder auch kurze Bildsequenzen, beispielsweise während der Ausrichtung des Geräts auf das Auge, sein können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Realisierung von OCT- und sonstigen Bildaufnahmen gleichzeitig aber ungeregelt erfolgt, wobei sonstige Bildaufnahmen nur verwendet werden, wenn die Intensität des Reflexes an der Kornea verursacht durch die OCT-Beleuchtung mindestens Faktor 2, bevorzugt um Faktor 10 und besonders bevorzugt um Faktor 100 geringer ist als die Intensität der für den Zweck der Bildaufnahme relevanten Strukturen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sonstige Bildaufnahmen nur verwendet werden, wenn die OCT-Bilderfassung eine Zone um die Messachse gerade nicht erfasst.