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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Ermitteln einer die Sklera eines Patientenauges zumindest teilweise umfassenden Patientenauge-Karte. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein System für das Vermessen biometrischer Größen eines Patientenauges sowie ein Augenchirurgievisualisierungssystem mit einer derartigen Vorrichtung.
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Unter einer Patientenauge-Karte wird vorliegend eine topografische Darstellung des Patientenauges verstanden, in der die Anordnung von Gewebe- und Gefäßstrukturen in dem Patientenauge relativ zueinander erkennbar sind. Eine Patientenauge-Karte im Sinne der Erfindung ist z. B. eine digitale Ansicht eines Patientenauges mit darin erkennbaren Strukturen von Iris und/oder Sklera.
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Aus der
US 6,866,661 B2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Dort ist das Erfassen der Lage- und Orientierung eines Patientenauges beschrieben, um z. B. ein chirurgisches Instrument in einem Augenchirurgie-System in Abhängigkeit einer erfassten Änderung der Lage und Orientierung des Patientenauges zu steuern. Hierzu wird das Patientenauge fortlaufend mit einem Bildsensor erfasst. Die fortlaufend erfassten Bilder werden dabei einer Bildauswertung unterzogen, die charakteristische Strukturen des Patientenauges wie z. B. Blutgefäße der Sklera ermittelt. Darauf wird dann durch Vergleichen der Orte dieser Strukturen in den Bildern eine Veränderung der Lage und Orientierung des Patientenauges berechnet.
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Auch bei Kataraktoperationen ist das Erfassen der Lage und Orientierung eines Patientenauges nützlich: Bei einer Kataraktoperation wird die natürliche, körpereigene Linse eines Patientenauges, in der sich ein Katarakt entwickelt hat, durch eine künstliche Linse, eine sogenannte Intraokularlinse ersetzt. Dabei wird eine Öffnung innerhalb des Innenrands der Iris über eine Inzision durch die Sklera oder Cornea in den Kapselsack präpariert. Die natürliche Linse wird dann durch diese Öffnung mit einem Ultraschallinstrument zerkleinert und anschließend entfernt. Nach dem Entfernen der natürlichen Linse wird durch die Öffnung im Kapselsack des Patientenauges die Intraokularlinse eingebracht.
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In der Augenchirurgie werden insbesondere Intraokularlinsen mit sphärischer, asphärischer, multifokaler und auch mit torischer Geometrie eingesetzt. Bei torischen Intraokularlinsen ist es für den Ausgleich der Sehfehler von Patienten erforderlich, dass die Achse des Torus der Intraokularlinse bei der Kataraktoperation im Patientenauge definiert ausgerichtet wird. Für den Operateur besteht bei der Kataraktoperation jedoch das Problem, dass sich das Patientenauge auch bei lokaler Anästhesie während einer Operation verlagern kann. Das Bild des Objektbereichs, welches sich einem Operateur bei einer Kataraktoperation darstellt, ist deshalb nicht stationär. Daher wird häufig, um einem Operateur die azimutale Orientierung des Patientenauges in einer Operation anzuzeigen, das Patientenauge vor der Operation mit einer Markierung versehen, die eine Richtung angibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für ophthalmologische Eingriffe in das Auge eines Patienten schnell und zuverlässig das Ermitteln einer Patientenauge-Karte zu ermöglichen, mit der die Lage und/oder die Orientierung eines Patientenauges in einem Augenchirurgievisualisierungssystem automatisch bestimmt werden kann und die es einem Operateur bei ophthalmologischen Operationen gestattet, sich schnell und einfach in dem Operationsbereich zu orientieren, auch wenn sich die Lage und Orientierung des Patientenauges fortlaufend verändert.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Vorrichtung und das in Anspruch 8 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einem Augenchirurgie-Visualisierungssystem wie z. B. dem Operationsmikroskop OPMI® Lumera 700 aus dem Hause Carl Zeiss kann das Bild eines in einem Operationsbereich angeordneten Patientenauges mittels des OP-Managementsystems CALLISTO eye® mit einer Patientenauge-Karte in Form eines Bilds des Patientenauges in einem zu dem Augenchirurgievisualisierungssystem ortsfesten Koordinatensystem referenziert werden, das in einer Diagnoseeinrichtung wie etwa dem Zeiss IOLMaster® 500 erfasst ist.
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Das Referenzieren des Patientenauges in dem Objektbereich des Augenchirurgie-Visualisierungssystems zu der Patientenauge-Karte erfolgt dabei durch rechnergestütztes oder manuelles Vergleichen von einander entsprechenden Strukturen, z. B. Adern der Sklera und/oder Muster der Iris in dem Bild des in dem Objektbereich des Augenchirurgie-Visualisierungssystems angeordneten Patientenauges und der Patientenauge-Karte. Damit ist es z. B. möglich, die in der Patientenauge-Karte sichtbaren Strukturen des Patientenauges in dem Augenchirurgievisualisierungssystem ortsrichtig dem Bild des Patientenauges zu überlagern. Diese in der Patientenauge-Karte visualisierten Strukturen eines Patientenauges ermöglichen dann z. B., dass einem Operateur auch eine an einem Diagnosegerät ermittelte Zielachse für die Implantation einer torischen Intraokularlinse (IOL) während einer chirurgischen Operation in einem Operationsmikroskop dem Bild eines Patientenauges in dem Operationsmikroskop-Objektbereich mit einem Display überlagert zur Anzeige gebracht werden kann.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit für das Referenzieren eines Patientenauges in einem Augenchirurgiemikroskopiesystem verbessert werden kann, je mehr Strukturen, die in der Sklera des Patientenauges ausgebildet sind, für das Vergleichen der Patientenauge-Karte mit dem Bild des Patientenauges in dem Objektbereich des Augenchirurgie-Visualisierungssystems zur Verfügung stehen.
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Um z. B. eine Verdrehung des Bilds des Patientenauges in einem Augenchirurgie-Visualisierungssystem zu einer Patientenauge-Karte zu erfassen, kann das Muster der in der Sklera ausgebildeten Adern in der Nähe des Limbus oder das Muster der Iris ausgewertet werden.
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Auch bei geöffneten Augen sind typischerweise weite Bereiche der Sklera von den Augenlidern verdeckt. Insbesondere älteren Personen bereitet das weite Öffnen der Augen oftmals Schwierigkeiten. Auf mit einer Kamera erfassten Bildern eines Patientenauges sind deshalb im Grundsatz lediglich Teilbereiche der Sklera zu sehen. Zwar können die Augenlider hier grundsätzlich mit einem Operationsinstrument oder mit den Händen geöffnet werden. Dabei besteht aber die Schwierigkeit, dass das Patientenauge verformt oder verlagert wird und einen Zustand einnehmen kann, in dem seine optische Kenngrößen, wie z. B. die Krümmung der Hornhaut oder die Länge des Augapfels verändert sind.
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Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, in einer Vorrichtung für das Ermitteln einer Patientenauge-Karte, die möglichst große Bereiche der Sklera eines Patientenauges umfasst, eine Kamera vorzusehen, die einen elektronischen Bildsensor für das Erfassen von Bildern des Patientenauges enthält. Diesem Bildsensor werden die Bilder des Patientenauges mit einem Abbildungsstrahlengang zugeführt, der eine Objektivanordnung mit einer optischen Achse durchsetzt. Die Vorrichtung für das Ermitteln einer die Sklera eines Patientenauges zumindest teilweise umfassenden Patientenauge-Karte hat eine Rechnereinheit. Diese Rechnereinheit enthält ein Computerprogramm für das Berechnen der Patientenauge-Karte aus bei unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf die optische Achse erfassten Bildern des Patientenauges mit einem Rechenalgorithmus.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine die Sklera des Patientenauges umfassenden Patientenauge-Karte ermittelt, indem einem elektronischen Bildsensor in einer Kamera für das Erfassen von Bildern des Patientenauges mehrere Bilder des Patientenauges mit einem Abbildungsstrahlengang zugeführt werden, der eine Objektivanordnung mit einer optischen Achse durchsetzt. Die mehreren Bilder des Patientenauges werden dabei bei unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf die optische Achse der Objektivanordnung erfasst. Die Patientenauge-Karte wird dann aus den bei unterschiedlichen Blickrichtungen erfassten Bildern des Patientenauges mit einem Rechenalgorithmus berechnet.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Computerprogramm zum Berechnen einer Patientenauge-Karte für ein Patientenauge aus mit einer einen Bildsensor aufweisenden Kamera bei unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf eine optische Achse einer Objektivanordnung der Kamera auf dem Bildsensor erfassten Bildern des Patientenauges mit dem Rechenalgorithmus.
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Indem bei unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf die optische Achse der Objektivanordnung der Kamera Bilder eines Patientenauges erfasst werden, lassen sich mit der Kamera Bilder des Patientenauges erzeugen, in denen die Augenlider des Patientenauges unterschiedliche Bereiche der Sklera überdecken.
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Der Rechenalgorithmus ist vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass er auf dem Bildsensor der Kamera abgebildete, aneinander angrenzende oder einander überlappende Bereiche der Sklera des Patientenauges mittels Einpassen und/oder Ausrichten der Bilder zu der Patientenauge-Karte zusammensetzt. Dieser Rechenalgorithmus kann z. B. ein in der Publikation „Image Alignment and Stiching: A Tutorial, Richard Szeliski, Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision, Vol. 2, No. 1, 1–104 (2006)" beschriebener Rechenalgorithmus für das Ausrichten und Aneinanderfügen von Bildern ausgebildet sein. Auf diese Publikation wird hiermit vollumfänglich Bezug genommen und der gesamte Inhalt dieser Publikation wird in diese Beschreibung der Erfindung mit einbezogen.
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Um zu gewährleisten, dass mit der Kamera in der Vorrichtung unterschiedliche Abschnitte der Sklera zuverlässig aufgenommen werden können, weist die Vorrichtung für das Ermitteln einer die Sklera eines Patientenauges umfassenden Patientenauge-Karte vorteilhafter Weise eine Einrichtung zum Bereitstellen von optischen Fixiermustern für das Patientenauge in unterschiedlichen Blickrichtungen des Patientenauges auf.
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Eine Idee der Erfindung ist es auch, in der Vorrichtung ein Beleuchtungssystem für das Beleuchten des Patientenauges mit Beleuchtungslicht vorzusehen, wobei das Beleuchtungssystem für das Einstellen von unterschiedlichen Beleuchtungslichtkonfigurationen ausgelegt ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in ein System für das Vermessen biometrischer Größen eines Patientenauges zur Berechnung von Intraokularlinsen oder auch in ein Augenchirurgie-Visualisierungssystem, z. B. in ein Operationsmikroskop integriert sein.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Computerprogramm zum Berechnen einer Patientenauge-Karte für ein Patientenauge aus mit einer einen Bildsensor aufweisenden Kamera bei unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf eine optische Achse einer Objektivanordnung der Kamera auf dem Bildsensor erfassten Bildern des Patientenauges mit einem Rechenalgorithmus.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein System für das Vermessen biometrischer Größen eines Patientenauges mit einer Vorrichtung für das Ermitteln einer Patientenauge-Karte;
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2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Systems;
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3 die funktionalen Baugruppen in dem System mit einem Patientenauge;
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4a bis 4d bei unterschiedlichen Blickrichtungen mit einer Kamera in dem System erfasste Bilder des Patientenauges; und
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5 eine aus bei unterschiedlichen Blickrichtungen erfassten Bildern des Patientenauges ermittelte Patientenauge-Karte.
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Das in der 1 gezeigte System 10 für das Vermessen biometrischer Größen eines Patientenauges 24 enthält ein Multipunktkeratometer 26 für das Bestimmen der Hornhautkrümmung sowie eine Vorrichtung 34 für das Ermitteln einer die Sklera eines Patientenauges 24 umfassenden Patientenauge-Karte (siehe 3). In dem System 10 gibt es eine OCT-Messeinrichtung 38, (siehe 3) mit der sich der Abstand der optische wirksamen Flächen in dem Patientenauge 24 sowie die Länge des Augapfels bestimmen lässt. Das System 10 hat eine Haltebasis 12, auf der ein Messaggregat 14 mit dem Multipunktkeratometer und der OCT-Messeinrichtung in der Richtung der Doppelpfeile 16, 17 linearbeweglich verlagerbar ist. An einer Abstützeinrichtung 18 kann der Kopf eines Patienten abgestützt werden. Die Abstützeinrichtung 18 umfasst eine Kinnauflage 20 und enthält eine Stirnanlage 22.
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Die 2 ist eine vergrößerte Teilansicht des Systems 10. In der 3 sind funktionale Baugruppen des System 10 mit einem Patientenauge 24 gezeigt. Das Multipunktkeratometer 26 in dem System 10 hat eine Kamera 28 mit einem Bildsensor 30. Dem Bildsensor 30 wird das Bild des Patientenauges 24 mit einem Abbildungsstrahlengang 32 durch eine Objektivanordnung mit Linsen 33 und einem Strahlteiler 42 entlang der optischen Achse 36 der Objektivanordnung zugeführt. Die OCT-Messeinrichtung 38 stellt einen OCT-Abtaststrahl 40 bereit, der den Strahlteiler 42 durchsetzt und der entlang der optischen Achse 36 des Abbildungsstrahlengangs 32 auf das Patientenauge 24 gelangt. Das System 10 enthält Lichtquellen 44, 46 für das Bereitstellen von Fixiermustern in den voneinander unterschiedlichen Blickrichtungen 47 „oben“, „unten“, „rechts“, „links“ und „geradeaus“ des Patientenauges 24.
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In dem System 10 gibt es eine mit dem Bildsensor 30 der Kamera 28 verbundene Rechnereinheit 48. Die Rechnereinheit 48 dient für das Verarbeiten von mit dem Bildsensor 30 erfassten Bildern des Patientenauges 24.
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In den 4a bis 4d sind mit dem Bildsensor 30 bei unterschiedlichen Blickrichtungen erfasste Bilder 25a, 25b, 25c, 25d des Patientenauges 24 gezeigt. Diese Bilder entsprechen jeweils einer Blickrichtung, bei der das Patientenauge 24 ein mittels der Lichtquellen 44, 46 zur Anzeige gebrachtes Fixiermuster fixiert. Wenn ein Patient in unterschiedliche Richtungen blickt, werden durch die Augenlider 49 des Patientenauges unterschiedliche Bereiche der Sklera 50 und der Iris 51 verdeckt.
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Die Rechnereinheit 48 enthält ein Computerprogramm für das Berechnen der Patientenauge-Karte 52 aus bei unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf die optische Achse 36 erfassten Bildern des Patientenauges 24 mit einem Rechenalgorithmus. Der Rechenalgorithmus setzt auf dem Bildsensor 30 der Kamera 28 abgebildete, aneinander angrenzende oder einander überlappende Bereiche der Sklera 50 und der Iris 51 des Patientenauges 24 mittels Einpassen und/oder Ausrichten der Bilder zu einer in der 5 gezeigten Patientenauge-Karte 52 zusammen. Dieser Rechenalgorithmus kann z. B. als ein in der Publikation „Image Alignment and Stiching: A Tutorial, Richard Szeliski, Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision, Vol. 2, No. 1, 1–104 (2006)" beschriebener Rechenalgorithmus für das Ausrichten und Aneinanderfügen von Bildern ausgebildet sein.
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Zusammenfassend ist insbesondere folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 34 für das Ermitteln einer die Sklera 50 eines Patientenauges 24 umfassenden Patientenauge-Karte 52. Die Vorrichtung 34 weist eine Kamera 28 auf, die einen elektronischen Bildsensor 30 für das Erfassen von Bildern des Patientenauges 24 enthält, dem die Bilder des Patientenauges 24 mit einem Abbildungsstrahlengang 32 zugeführt werden. Der Abbildungsstrahlengang 32 durchsetzt dabei eine Objektivanordnung 34 mit einer optischen Achse 36. Die Vorrichtung 34 enthält eine Rechnereinheit 48 mit einem Computerprogramm für das Berechnen der Patientenauge-Karte 52 aus bei unterschiedlichen Blickrichtungen 47 in Bezug auf die optische Achse 36 erfassten Bildern 25a, 25b, 25c, 25d des Patientenauges 24 mit einem Rechenalgorithmus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Haltebasis
- 14
- Messaggregat
- 16
- Doppelpfeil
- 17
- Doppelpfeil
- 18
- Abstützeinrichtung
- 20
- Kinnauflage
- 22
- Stirnanlage
- 24
- Patientenauge
- 25a, b, c, d
- Bild
- 26
- Multipunktkeratometer
- 28
- Kamera
- 30
- Bildsensor
- 32
- Abbildungsstrahlengang
- 33
- Linse
- 34
- Vorrichtung, Objektivanordnung
- 36
- optische Achse
- 38
- OCT-Messeinrichtung
- 40
- OCT-Abtaststrahl
- 42
- Strahlteiler
- 44
- Lichtquellen
- 46
- Lichtquellen
- 47
- Blickrichtung
- 48
- Rechnereinheit
- 49
- Augenlied
- 50
- Sklera
- 51
- Iris
- 52
- Patientenauge-Karte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Publikation „Image Alignment and Stiching: A Tutorial, Richard Szeliski, Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision, Vol. 2, No. 1, 1–104 (2006)“ [0017]
- Publikation „Image Alignment and Stiching: A Tutorial, Richard Szeliski, Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision, Vol. 2, No. 1, 1–104 (2006)“ [0033]
