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Die Erfindung betrifft eine ophthalmologische Analysevorrichtung zur Fokusbestimmung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fokusbestimmung mittels der ophthalmologischen Analysevorrichtung.
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Bei bekannten Operationsmikroskopen der Neurochirurgie sind zur Einstellung eines Fokus zwei Laserdioden vorgesehen, deren Lichtspots in einem Operationsfeld zu sehen sind. Eine Kamera nimmt Bilder des Operationsfeldes auf, die von einem Algorithmus ausgewertet werden. Ein optimaler Fokus ist dann erreicht, wenn die beiden Lichtspots zur Deckung gebracht worden sind.
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Bei den Laserdioden handelt es sich um Zusatzhardware, die allein zum Zweck der Einstellung des Fokus in die Operationsmikroskope eingebaut wird. In den Operationsmikroskopen der Ophthalmologie existieren diese Laserdioden nicht. In manchen Operationsmikroskopen existiert ein sogenannter Speed-Focus, eine Hardware und Algorithmus, der versucht, den Fokus rein aus dem Bildkontrast zu bestimmen. Die Bestimmung ist jedoch ungenau und daher unzuverlässig.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu Beginn einer Katarakt-Operation ein möglichst gut fokussiertes Operationsbild des Augenvordergrundes für eine Registrierung des Operationsbildes mit einem vor der Operation aufgenommenen Diagnosebild aufzunehmen. Es ist eine Lösung anzustreben, einen Fokus des Operationsmikroskops exakt einstellen zu können.
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 1 gelöst, durch eine ophthalmologische Analysevorrichtung zur Fokusbestimmung aufweisend ein Operationsmikroskop mit einem mit Leuchtmitteln versehenen Keratoskop und eine Bildauswertungseinheit, wobei zur Bestimmung eines inneren Randes und eines äußeren Randes eines im Mikroskopbild sichtbaren Rings ein Ringfilter vorgesehen ist, wobei der Ring aus Reflexionen der Leuchtmittel an der Hornhaut eines Auges gebildet ist, und wobei das Operationsmikroskop einen Fokus aufweist, der eingerichtet ist, mittels eines Steuerungsmittels eingestellt zu werden, bis eine Breite des Rings minimal ist.
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Ferner wird die Aufgabe insbesondere gelöst durch den unabhängigen Anspruch 6, durch ein Verfahren zur Fokusbestimmung mittels einer ophthalmologischen Analysevorrichtung aufweisend ein Operationsmikroskop mit einem mit Leuchtmitteln versehenen Keratoskop und eine Bildauswertungseinheit, aufweisend die Schritte:
- – Bestimmen eines inneren Randes und eines äußeren Randes eines im Mikroskopbild sichtbaren Rings mittels eines Ringfilters, wobei der Ring aus Reflexionen der Leuchtmittel an der Hornhaut eines Auges gebildet ist, und
- – Einstellen eines Fokus des Operationsmikroskops mittels eines Steuerungsmittels, bis eine Breite des Rings minimal ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Durch das Vorsehen der ophthalmologischen Analysevorrichtung wird eine Möglichkeit aufgezeigt, einen optimalen Fokus einzustellen.
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Zu Beginn einer Katarakt-Operation lässt sich ein möglichst gut fokussiertes Operationsbild des Augenvordergrundes für eine Registrierung des Operationsbildes mit einem vor der Operation aufgenommenen Diagnosebild aufnehmen. Auf die aus dem Stand der Technik bekannten Laserdioden der Neuromikroskope kann dabei verzichtet werden. Ferner ist die ophthalmologische Analysevorrichtung unabhängig vom Bildkontrast.
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Vorzugsweise ist das Keratoskop (auch als Ophthalmometer bezeichnet) ein Instrument zur Messung einer Oberflächenkrümmung der Hornhaut eines Auges (auch als Astigmatismus bezeichnet). Ferner ist das Keratoskop ein Instrument zur Bestimmung der Hornhautverläufe. Bevorzugt ermöglicht das Keratoskop ein Vermessen des virtuellen Bildes und somit einen Rückschluss auf die Krümmung der spiegelnden Fläche. Dabei wird ein beleuchtetes Objekt in einem bekannten Abstand aufgestellt und die Reflexion der Hornhaut beobachtet.
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Astigmatismus, auch Stabsichtigkeit oder Hornhautverkrümmung genannt, bezeichnet in der Optik einen besonderen Brechungsfehler des Auges. Hierbei werden die von einem betrachteten Objekt ausgehenden Lichtstrahlen nicht in einem Punkt auf der Netzhautebene gebündelt, sondern in einer Brennlinie abgebildet, was zu der Bezeichnung Stabsichtigkeit geführt hat. Ein Lichtstrahl, der parallel zur optischen Achse in den Augapfel einfällt, wird in Abhängigkeit von seiner mit der optischen Achse gebildeten Einfallsebene unterschiedlich stark gebrochen.
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Beim Astigmatismus lassen sich in der Regel eine Einfallsebene mit maximaler und eine mit minimaler Brechkraft ermitteln. Hierbei führt eine stärkere Krümmung der Hornhautoberfläche (geringerer Hornhautradius) zu einer stärkeren Brechkraft und eine geringere Krümmung (höherer Hornhautradius) zu einer geringeren Brechkraft. Die Differenz zwischen diesen beiden sogenannten Hauptschnitten wird als Stärke des Astigmatismus bezeichnet. Die Stärke lässt sich entweder als Differenz der Hornhautradien oder als Differenz der Brechkraft beschreiben. Den Winkel der Einfallsebene zur Horizontalebene nennt man Achse.
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Bei einer Bestimmung der Refraktion wird das Ausmaß (Brechwert) eines Astigmatismus in Dioptrien angegeben, die Art der Korrektur in Zylinder und seine Position mittels seiner Achslage. Eine Radiendifferenz von 0,1 mm entspricht näherungsweise einer Brechkraftdifferenz von 0,5 Dioptrien. Beim menschlichen Auge gilt ein Astigmatismus bis zu 0,5 Dioptrien als normal und stellt lediglich die physiologische Abweichung von einer Idealform, insbesondere eines Kreises dar.
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Vorzugsweise sind die Leuchtmittel Leuchtdioden (LED). Beorzugt sind die Leuchtdioden zu einer optichen Achse des Keratoskops koaxial am Keratoskop angeordnet. Besonders bevorzugt bilden die Leuchtmittel einen Leuchtdiodenring. Besonders bevorzugt weist das Keratoskop eine Vielzahl an Leuchtdioden auf. Vorzugsweise sind 45 Leuchtdioden vorgesehen. In einem nicht fokussierten (defokussierten) Zustand sind die Reflexionen der einzelnen Leuchtmittel auf der Hornhaut des Auges zwar sichtbar, aber die Reflexionen der einzelnen Leuchtmittel sind räumlich nicht aufgelöst.
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Vorzugsweise ist die Bildauswertungseinheit eine Vorrichtung mit Mitteln zur Datenverarbeitung und -ausgabe.
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Vorzugsweise ist eine Positionierungsvorrichtung zur Positionierung des Keratoskops relativ zum Auge vorgesehen. Vorzugsweise ist eine Beobachtungsvorrichtung vorgesehen. Bevorzugt weist die Beobachtungsvorrichtung eine Kamera mit einem Objektiv auf. Besonders bevorzugt ist die Kamera mit der Bildauswertungseinheit verbunden. Die Kamera dient der Erzeugung von Operationsbildern.
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Vorzugsweise ist das Steuerungsmittel ein Teil des Operationsmikroskops. Bevorzugt ist das Steuerungsmittel manuell oder mittels einer Software betätigbar. Bevorzugt ist das Steuerungsmittel ein Drehmechanismus, der eingrichtet ist, den Fokus einzustellen. Besonders bevorzugt ist das Steuerungsmittel ein Drehknopf.
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Vorzugsweise ist der Fokus oder Brennpunkt der Punkt eines abbildenden optischen Apparates, insbesondere eines Operationsmikroskops, in dem sich die Strahlen schneiden, die parallel zur optischen Achse einfallen. Er befindet sich im Abstand der Brennweite auf der optischen Achse.
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Vorzugsweise ist der Fokus ein Autofokus. Als Autofokus wird die Technik eines jeden optischen Apparates, insbesondere eines Operationsmikroskops, bezeichnet, automatisch auf das Motiv scharfzustellen.
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Vorzugsweise ist der innere Rand eine innere Mantelfläche des Rings. Bevorzugt ist der äußere Rand eine äußere Mantelfläche des Rings.
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Vorzugsweise ist der Ringfilter ein Teil der Bildauswertungseinheit. Der Ringfilter dient der Bestimmung des inneren Randes und des äußeren Randes des im Mikroskopbild sichtbaren Rings.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ergibt sich die Breite des Rings aus einer Differenz des inneren Randes und des äußeren Randes.
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Damit ist die Breite des Ringes auf einfache Weise bestimmbar. Bevorzugt erscheint das Bild des Keratoskops als breites Band. Es wird der innere und äußere Rand des Rings mit einem Ringfilter bestimmt. Die Breite des Rings ist ein Maß für die Unschärfe; sie gibt einen Hinweis darauf, ob man in die richtige Richtung fokussiert. Fokussiert man in die richtige Richtung dann wird der Ring schmaler und die einzelnen Leuchtmittel des Keratoskops in dem Ring werden sichtbar. Auch jetzt werden nach wie vor der äußere und der innere Rand des Rings bestimmt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zur Generation eines zwei-dimensionalen Signals ein Bereich zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus transformiert.
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Damit wird eine Auswertung und Bestimmung des Fokus vereinfacht. Ab einer bestimmten Breite wird der Bereich zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten transformiert. Es entsteht ein zwei-dimensionales Signal in Polarkoordinaten aus den kartesischen Koordinaten.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zur Erzeugung eines ein-dimensionalen Signals aus dem zweidimensionalen Signal der Bildverarbeitungsalgorithmus eingerichtet, eine Helligkeit des zwei-dimensionalen Signals in einer Spaltenrichtung zu mitteln.
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Damit wird eine Auswertung und Bestimmung des Fokus vereinfacht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Bildverarbeitungsalgorithmus eingerichtet, das eindimensionale Signal Fourier zu transformieren, wobei der Fokus optimal ist, wenn ein Betrag der Fourier Transformierten maximal ist.
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Das ein-dimensionale Signal wird Fourier transformiert. Der Fokus ist dann optimal, wenn die Fourier Transformierte bei einer bestimmten Frequenz den höchsten Betrag aufweist.
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Ausgehend von dem höchsten Betrag ist der Fokus des Operationsmikroskops einstellbar. Dabei entscheidend für den Fokus ist, dass ein Maximum mehrerer Bildaufnahmen im direkten Vergleich maximal ist.
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Die Erfindung soll nun noch anhand von Zeichnungen beispielhaft weiter veranschaulicht werden. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen ophthalmologischen Analysevorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung eines Keratoskops der erfindungsgemäßen ophthalmologischen Analysevorrichtung aus 1,
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3 eine schematische Darstellung zur Bestimmung eines inneren Randes und eines äußeren Randes eines im Mikroskopbild sichtbaren Rings,
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4 eine schematische Darstellung des Rings mit auf dem Auge sichtbaren Leuchtmitteln,
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5 einen Graphen mit einem in Polarkoordinaten transformierten Signal und mit einem gemittelten ein-dimensionalen Signal und
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6 einen Graphen mit einer Fouier Transformierten des ein-dimensionalen Signals aus 5.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen ophthalmologischen Analysevorrichtung und die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Keratoskops der erfindungsgemäßen ophthalmologischen Analysevorrichtung aus 1.
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Die ophthalmologische Analysevorrichtung 1 wird zur Bestimmung des Fokus eingesetzt. Die ophthalmologische Analysevorrichtung 1 weist ein Operationsmikroskop 2 mit einem mit Leuchtmitteln 4 versehenen Keratoskop 3 und eine Bildauswertungseinheit 5 auf.
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Die Bildauswertungseinheit 5 ist eine Vorrichtung mit nicht näher dargestellten Mitteln zur Datenverarbeitung und Datenausgabe.
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Ferner ist eine Positionierungsvorrichtung 16 zur Positionierung des Keratoskops 3 relativ zu einem Auge 7 vorgesehen.
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Ferner ist eine Beobachtungsvorrichtung 17 zur Beobachtung des Auges 7 vorgesehen. Die Beobachtungsvorrichtung 17 weist eine Kamera mit einem Objektiv auf. Die Kamera ist mit der Bildauswertungseinheit 5 verbunden und dient der Erzeugung von Operationsbildern.
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Das Keratoskop 3 weist eine Vielzahl an Leuchtmitteln 4 auf, von denen nur einige gezeigt sind. Die Leuchtmittel 4 sind als Leuchtdioden (LED) ausgebildet. Die Leuchtmittel 4 sind koaxial zur optischen Achse 6 am Keratoskop 3 angeordnet. Die Leuchtmittel sind eingerichtet, einen aus Reflexionen der Leuchtmittel 4 an der Hornhaut des Auges 7 gebildeten Ring 8 zu erzeugen, wie in der 3 gezeigt.
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Die ophthalmologische Analysevorrichtung 1 wird dabei so positioniert, dass eine Geräteachse der ophthalmologischen Analysevorrichtung 1 mit einer optischen Achse 6 des Auges 7 in Übereinstimmung gebracht ist.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Bestimmung eines inneren Randes und eines äußeren Randes eines im Mikroskopbild sichtbaren Rings.
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Ferner weist die ophthalmologische Analysevorrichtung 1 ein Ringfilter (nicht dargestellt) zur Bestimmung eines inneren Randes 9 und eines äußeren Randes 10 eines im Mikroskopbild sichtbaren Rings 8 auf. Der Ring 8 ist aus Reflexionen der Leuchtmittel 4 an der Hornhaut des Auges 7 gebildet.
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Die Breite 11 des Rings 8 ergibt sich aus einer Differenz eines inneren Randes 9 und eines äußeren Randes 10 des Rings 8. Die Breite des Rings 8 ist ein Maß für die Unschärfe. Sie gibt einen Hinweis darauf, ob in die richtige Richtung fokussiert wird. Wird in die richtige Richtung fokussiert wird die Breite 11 des Rings 8 schmaler und die einzelnen Leuchtmittel 4 des Keratoskops 3 werden in dem Ring 8 sichtbar.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung des Rings mit auf dem Auge sichtbaren Leuchtmitteln.
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Außerdem weist das Operationsmikroskop 2 einen Fokus auf, der eingerichtet ist, mittels eines Steuerungsmittels eingestellt zu werden, bis eine Breite 11 des Rings 8 minimal ist.
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In 4 ist die Breite des Rings 8 minimal. Auf der Hornhaut des Auges 7 ist der Ring 8 aus Leuchtmitteln 4 scharf zu erkennen.
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Die 5 zeigt einen Graphen mit einem in Polarkoordinaten transformierten Signal und mit einem gemittelten eindimensionalen Signal.
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Auf der Abszissenachse des Graphen ist ein Winkel von 0° bis 360° aufgetragen. Beide Signale sind eine Funktion des Winkel von 0° bis 360°. Auf der Ordinatenachse ist eine Helligkeit von 0 bis 300 aufgetragen.
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Zur Generation des zwei-dimensionalen Signals 13 wird ein Bereich zwischen dem inneren Rand 9 und dem äußeren Rand 10 von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus transformiert.
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Zur Erzeugung des ein-dimensionalen Signals 13 aus dem zweidimensionalen Signal 12 ist der Bildverarbeitungsalgorithmus eingerichtet, eine Helligkeit des zwei-dimensionalen Signals 12 in der Spaltenrichtung gemittelt.
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Die 6 zeigt einen Graphen mit einer Fouier Transformierten des eindimensionalen Signals aus 5.
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Auf der Abszissenachse des Graphen ist eine Frequenz von 0 bis 50 aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist ein Wert der Fourier Transformierten von 0 bis 25 aufgetragen.
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Der Bildverarbeitungsalgorithmus ist eingerichtet, das eindimensionale Signal 13 aus 5 Fourier zu transformieren. Der Fokus ist dann optimal, wenn die Fourier Transformierte 14 bei einer bestimmten Frequenz den höchsten Betrag 15 aufweist. Hier weist die Fourier Transformierte bei der Frequenz 46 ein Maximum 15 auf.
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Durch das Vorsehen der ophthalmologischen Analysevorrichtung wird eine Möglichkeit aufgezeigt, einen möglichst guten Fokus zu finden.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ophthalmologische Analysevorrichtung
- 2
- Operationsmikroskop
- 3
- Keratoskop
- 4
- Leuchtmittel
- 5
- Bildauswertungseinheit
- 6
- optische Achse
- 7
- Auge
- 8
- Ring
- 9
- innerer Rand
- 10
- äußerer Rand
- 11
- Breite
- 12
- zwei-dimensionales Signal
- 13
- ein-dimensionales Signal
- 14
- Fourier Transformierte
- 15
- Maximum
- 16
- Positionierungsvorrichtung
- 17
- Beobachtungsvorrichtung
