DE102015218910B4 - Process for signal transmission in ophthalmological devices - Google Patents
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- A61B3/102—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for optical coherence tomography [OCT]
Abstract
Verfahren zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten, bei dem die analogen Messsignale faseroptisch aus einem Messkopf zu einer externen Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden, wobei der Messkopf gegenüber der Steuer- und Auswerteeinheit beweglich ist und die analogen und polarisationssensitiven Messsignale vor deren faseroptischen Übertragung aus dem Messkopf im Messkopf digitalisiert und in Lichtsignale konvertiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Messkopf ein zusätzliches Lichtsignal zur externen Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird, welches der Prüfung des Zustandes der faseroptischen Übertragung dient.Method for signal transmission in ophthalmological devices, in which the analog measurement signals are transmitted fiber-optic from a measuring head to an external control and evaluation unit, the measuring head being movable relative to the control and evaluation unit and the analog and polarization-sensitive measurement signals from the measuring head before their fiber-optic transmission are digitized in the measuring head and converted into light signals, characterized in that an additional light signal is transmitted from the measuring head to the external control and evaluation unit, which serves to check the state of the fiber-optic transmission.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten, bei dem analoge, möglicherweise polarisationsabhängige Lichtsignale gewandelt und in robuster Weise aus einem Messkopf zu einer externen Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden sollen.The present invention relates to a method for signal transmission in ophthalmological devices, in which analog, possibly polarization-dependent light signals are to be converted and transmitted in a robust manner from a measuring head to an external control and evaluation unit.
Nach dem bekannten Stand der Technik führt die ständige Weiterentwicklung bei ophthalmologischen Untersuchungs- und Diagnosegeräte dazu, dass insbesondere bei OCT-basierten Geräten zur Erfassung der biometrischen Werte eines Auges immer größere Datenmengen bei immer höheren Datenraten erfasst und verarbeitet werden müssen. Beispiele für extreme Datenraten sind in [1] dargestellt. Weiterhin resultiert dies unter anderem daraus, dass durch den Einsatz von Swept-Source-Laserquellen nicht nur einzelne Abschnitte, sondern nunmehr sogar die gesamten Augen gescannt werden können [
Die riesigen Datenmengen haben zur Folge, dass die Erfassungs- und Verarbeitungselektronik dafür immer aufwendiger und umfangreicher wird. Steigende Abtastraten, zusätzliche Abschirmungen, vergrößertes Bauvolumen, zunehmendes Problem der Hitzedissipation, verstärkte oder zusätzliche Zuleitungen u. ä. führen zwangsläufig dazu, dass durch das zunehmende Gewicht und Volumen der Messköpfe eine exakte Positionierung, sowie dessen Schwenken und Neigen immer problematischer werden lässt.The huge amounts of data mean that the acquisition and processing electronics are becoming increasingly complex and extensive. Increasing sampling rates, additional shielding, increased construction volume, increasing problem of heat dissipation, reinforced or additional supply lines, etc. inevitably lead to the increasing weight and volume of the measuring heads making exact positioning, as well as their panning and tilting, increasingly problematic.
Auf die Implementierung der Erfassungs- und Verarbeitungselektronik in den Messkopf derartiger komplexer ophthalmologischer Geräte wird deshalb zunehmend verzichtet und nach Wegen zur Datenübertragung gesucht.The implementation of the acquisition and processing electronics in the measuring head of such complex ophthalmological devices is therefore increasingly being avoided and ways of data transmission are being sought.
Von der Firma ZEISS werden optische Kohärenztomographen angeboten, die 3D-Bilddarstellungs- und Analysefunktion beinhalten und äußerst detaillierte Aufnahmen liefern, so dass problemlose Diagnosen des Krankheitsverlaufes möglich sind.The company ZEISS offers optical coherence tomographs that include 3D image display and analysis functions and provide extremely detailed images so that problem-free diagnoses of the course of the disease are possible.
Ein umfassendes Betrachtungs- und Diagnose-System bietet die Carl Zeiss Meditec AG mit dem CIRRUS™ photo in einem einzigen System an. Das System kombiniert eine voll ausgestattete Funduskamera für die mydriatische/ non-mydriatische Bildgebung mit der bewährten CIRRUS HD-OCT-Technologie zu einem kompakten und äußerst vielseitigen System. Das CIRRUS™ photo liefert verschiedenste Möglichkeiten für eine umfassende medizinische Diagnostik der Retina bzw. des hinteren Augenabschnitts. So können Daten hochauflösender Volumenscans und Darstellungen der Makuladicke sowie RPE- und ILM-Segmentierungen in Beziehung zu hochwertigen Farb-, Autofluoreszenz- und Fluoresceinangiographie-Aufnahmen des Augenhintergrundes gesetzt werden, so dass eine umfassendere klinische Bewertung erreicht werden kann.Carl Zeiss Meditec AG offers a comprehensive viewing and diagnostic system in a single system with the CIRRUS™ photo. The system combines a fully equipped fundus camera for mydriatic/non-mydriatic imaging with the proven CIRRUS HD-OCT technology into a compact and extremely versatile system. The CIRRUS™ photo provides a wide variety of options for comprehensive medical diagnostics of the retina or the back of the eye. Data from high-resolution volume scans and macular thickness representations as well as RPE and ILM segmentations can be related to high-quality color, autofluorescence and fluorescein angiography images of the fundus, so that a more comprehensive clinical evaluation can be achieved.
Das CIRRUS photo von ZEISS beinhaltet neben einer Netzhautfotografie-Funktion, die auf einer qualitativ hochwertigen non-mydriatischen Augenhintergrundkamera basiert und äußerst detaillierte Bilder erzielt, Analysefunktionen, die auch mittels normativer Datenbank nutzerfreundliche Bewertungen diagnostischer Daten erlaubt.In addition to a retinal photography function that is based on a high-quality non-mydriatic fundus camera and achieves extremely detailed images, the CIRRUS photo from ZEISS also includes analysis functions that also allow user-friendly assessments of diagnostic data using a normative database.
Zusätzlich erlaubt die Kombination der Scantechnologie eines optischen Kohärenztomographen oder auch eines konfokalen Scanners mit traditioneller photographischer Bildgebung, dank einer Vielzahl von Analysefunktionen und Scanprotokollen, die Entdeckung und Behandlung von Netz- und Hornhauterkrankungen.In addition, the combination of the scanning technology of an optical coherence tomograph or a confocal scanner with traditional photographic imaging allows the discovery and treatment of retinal and corneal diseases thanks to a variety of analysis functions and scanning protocols.
Da bei anderen Geräten, wie dem TOPCON 3D OCT 2000 die Signaldetektion im Messkopf erfolgt, ist dieser entsprechend komplex gestaltet. Dabei wirkt sich nachteilig aus, dass für die Übertragung der Messsignale große Datenbusse benötigt werden, die die Beweglichkeit von Interfaces zwischen den Geräteteilen beeinträchtigen und schwierig abzuschirmen sind, damit diese andere technische Geräte nicht durch elektrische oder elektromagnetische Effekte störend beeinflussen (elektromagnetische Verträglichkeit, kurz: EMV).Since other devices, such as the TOPCON 3D OCT 2000, signal detection takes place in the measuring head, this is designed to be correspondingly complex. The disadvantage here is that large data buses are required to transmit the measurement signals, which impair the mobility of interfaces between the device parts and are difficult to shield so that they do not have a disruptive effect on other technical devices through electrical or electromagnetic effects (electromagnetic compatibility, in short: EMC).
Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Gerät von Topcon erfolgt die Signaldetektion beim CIRRUS™ photo nicht im, sondern außerhalb des Messkopfes. Vielmehr werden die Messsignale fasergebunden zu der außerhalb des Messkopfes befindlichen Signaldetektion übertragen.In contrast to the device from Topcon described above, signal detection with the CIRRUS™ photo does not take place inside the measuring head, but outside it. Rather, the measurement signals are transmitted via fiber to the signal detection located outside the measuring head.
Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass es bei der Bewegung des Messkopfes zu positionsabhängigen Polarisationseinflüssen des sehr empfindlichen Messlichtes kommen kann. Um Signalveränderungen oder -verluste zu vermeiden, sollten positionsabhängige Polarisationseinflüsse kompensiert oder zumindest begrenzt werden.The disadvantage here is that position-dependent polarization influences of the very sensitive measuring light can occur when the measuring head is moved. In order to avoid signal changes or losses, position-dependent polarization influences should be compensated for or at least limited.
Die
Erfindungsgemäß verfügt die entfernte Arbeitsstation mit Bildgebungssystem und CPU-Einheit über eine Schnittstelleneinrichtung, die über eine Leitung operabel mit dem stationären Patientenbereich verbunden ist. Als Leitung sind hierbei neben elektrischen oder drahtlosen Kommunikationskanälen auch optische Fasern vorgesehen.According to the invention, the remote workstation with imaging system and CPU unit has an interface device which is operatively connected to the inpatient patient area via a line. In addition to electrical or wireless communication channels, optical fibers are also provided as cables.
Nachteilig wirkt sich bei dieser Lösung aus, dass die gewonnenen Signale ohne Konvertierung übertragenen werden. Bei Entfernungen von bis zu 1.000 Metern sind spezielle Maßnahmen zur Minimierung der Störeinflüsse auf die übertragenen Signale erforderlich.The disadvantage of this solution is that the signals obtained are transmitted without conversion. At distances of up to 1,000 meters, special measures are required to minimize interference on the transmitted signals.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Lösungen bekannt, die sich insbesondere mit der Übertragung von Daten befassen.Numerous solutions are known from the prior art, which deal in particular with the transmission of data.
So beschreibt die
Eine weitere Lösung zur Verarbeitung von Detektorsignalen werden in der
Auch in der
In der
Literatur:Literature:
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[1]
Wieser, W., u. a., „A 4-D OCT Engine with 1 GVoxels“; Optics and Photonics News, vol. 25, no. 12, , dec, 2014 Wieser, W., et al., “A 4-D OCT Engine with 1 GVoxels”; Optics and Photonics News, vol. 25, no. 12, , dec, 2014
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten zu entwickeln, bei dem analoge und polarisationsabhängige Lichtsignale aus dem Messkopf zu einer externen Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden sollen. Die Signalübertragung soll dabei störunanfällig und für unterschiedliche Messsignale gleichermaßen geeignet sein.The present invention is based on the object of developing a method for signal transmission in ophthalmological devices, in which analog and polarization-dependent light signals are to be transmitted from the measuring head to an external control and evaluation unit. The signal transmission should be immune to interference and equally suitable for different measurement signals.
Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten, bei dem die analogen Messsignale faseroptisch aus dem Messkopf zur externen Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden und die analogen Messsignale vor deren faseroptischen Übertragung im Messkopf digitalisiert und in ein Lichtsignal konvertiert werden, dadurch gelöst, dass aus dem Messkopf ein zusätzliches Lichtsignal zur externen Steuer-und Auswerteeinheit übertragen wird, welches der Prüfung des Zustandes der faseroptischen Übertragung dient.The object is achieved in the method according to the invention for signal transmission in ophthalmological devices, in which the analog measurement signals are transmitted fiber-optic from the measuring head to the external control and evaluation unit and the analog measurement signals are digitized in the measuring head before their fiber-optic transmission and converted into a light signal that an additional light signal is transmitted from the measuring head to the external control and evaluation unit, which is used to check the condition of the fiber-optic transmission.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention the task is solved by the features of the independent claims. Preferred further developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Das vorgeschlagene Verfahren ist zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten vorgesehen, bei dem analoge und polarisationsabhängige Lichtsignale aus einem Messkopf zu einer externen Steuer-und Auswerteeinheit übertragen wer-den. Prinzipiell ist das Verfahren jedoch für jegliche Messgeräte geeignet, bei denen die im Stand der Technik aufgezeigte Diskrepanz zwischen stetig steigenden Datenmengen und begrenztem Bauraum eine Rolle spielt.The proposed method is intended for signal transmission in ophthalmological devices, in which analog and polarization-dependent light signals are transmitted from a measuring head to an external control and evaluation unit. In principle, however, the method is suitable for any measuring device in which the discrepancy shown in the prior art between constantly increasing amounts of data and limited installation space plays a role.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The invention is described in more detail below using exemplary embodiments.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten werden die analogen, teilweise auch polarisationssensitiven Messsignale faseroptisch aus einem Messkopf zu einer externen Steuer- und Auswerteeinheit übertragen, wobei der Messkopf gegenüber der Steuer- und Auswerteeinheit beweglich ist. Erfindungsgemäß werden die analogen Messsignale vor deren faseroptischen Übertragung im Messkopf digitalisiert und konvertiert und aus dem Messkopf ein zusätzliches Lichtsignal zur externen Steuer-und Auswerteeinheit übertragen, welches der Prüfung des Zustandes der faseroptischen Übertragung dient.In the proposed method for signal transmission in ophthalmological devices, the analog, partly polarization-sensitive measurement signals are transmitted via fiber optics from a measuring head to an external control and evaluation unit, the measuring head being movable relative to the control and evaluation unit. According to the invention, the analog measurement signals are digitized and converted in the measuring head before their fiber-optic transmission and an additional light signal is transmitted from the measuring head to the external control and evaluation unit, which serves to check the state of the fiber-optic transmission.
Dabei werden sämtliche Lichtsignale (per Interferometer, Spektrometer, Funduskamera gewonnenen) usw. digitalisiert und faseroptisch übertragen und in der externen Steuer- und Auswerteeinheit weiterverarbeitet, was die Auswertung, Aufbereitung, den Vergleich mit vorhandenen Daten, die Darstellung und die Speicherung beinhalten können.All light signals (obtained via interferometer, spectrometer, fundus camera), etc. are digitized and transmitted via fiber optics and further processed in the external control and evaluation unit, which can include evaluation, processing, comparison with existing data, display and storage.
Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass die analogen Messsignale nach der Digitalisierung polarisationsunabhängig sind. Das bedeutet, dass keine Maßnahmen vorzusehen sind, Polarisationsveränderungen infolge der Bewegung von Übertragungsfasern aktiv kompensieren zu müssen, z.B. durch Polarisationpaddles oder Wellenplatten.A particular advantage is that the analog measurement signals are polarization-independent after digitization. This means that no measures need to be taken to actively compensate for polarization changes resulting from the movement of transmission fibers, e.g. using polarization paddles or wave plates.
Erfindungsgemäß weisen die analogen Messsignale in Abhängigkeit von der zu lösenden Messaufgabe Wellenlängen von 800nm bzw. 1060nm auf. Im Gegensatz dazu werden für die faseroptische Übertragung Wellenlängen um 1.310nm bzw. 1.550nm verwendet, die die dort für Signalübertragung günstigen Dispersionseigenschaften der Glasfasern auszunutzen.According to the invention, the analog measurement signals have wavelengths of 800nm or 1060nm depending on the measurement task to be solved. In contrast, wavelengths around 1,310nm or 1,550nm are used for fiber-optic transmission, which take advantage of the dispersion properties of the glass fibers, which are favorable for signal transmission.
Von Vorteil ist hierbei, dass die empfindlichen Messsignale im Messkopf in ein robustes optisches Datensignal konvertiert werden, während die aufwendige Datenauswertung außerhalb des Messkopfes erfolgt. Der für die Datenübertragung genutzte optische Datenbus mit hoher Kapazität ist gegenüber elektromagnetischen Störungen (wie Funksignale) weniger anfällig und strahlt auch keine elektromagnetischen Störsignale ab.The advantage here is that the sensitive measurement signals in the measuring head are converted into a robust optical data signal, while the complex data evaluation takes place outside the measuring head. The high-capacity optical data bus used for data transmission is less susceptible to electromagnetic interference (such as radio signals) and does not emit electromagnetic interference signals.
Wie bereits erwähnt, werden an die externe Steuer- und Auswerteeinheit unterschiedliche Lichtsignale zur Weiterverarbeitung übertragen.As already mentioned, different light signals are transmitted to the external control and evaluation unit for further processing.
Dazu ist es von Vorteil, wenn in der externen Steuer- und Auswerteeinheit in Abhängigkeit vom übertragenen Typ der Messsignale unterschiedliche, vorzugsweise vordefinierte Auswertealgorithmen ausgelöst und abgearbeitet werden.For this purpose, it is advantageous if different, preferably predefined, evaluation algorithms are triggered and processed in the external control and evaluation unit depending on the transmitted type of measurement signals.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der für die Datenübertragung genutzte optische Datenbus auch dazu verwendet, Signale von der externen Steuer- und Auswerteeinheit zum Messkopf zu übertragen. Dies können beispielsweise Scanmuster, Messroutinen, Steuersignale o. ä. sein.In a further embodiment of the method, the optical data bus used for data transmission is also used to transmit signals from the external control and evaluation unit to the measuring head. These can be, for example, scan patterns, measurement routines, control signals or similar.
In einer anderen Ausgestaltung werden aus den Messsignalen nach deren Digitalisierung abgeleitete Daten, übertragen und zur Fehlerkorrektur verwendet.In another embodiment, data derived from the measurement signals after they have been digitized are transmitted and used for error correction.
Erfindungsgemäß können die Messsignale nach deren Digitalisierung mit einer Datenbandbreite übertragen werden, die die Bandbreite der Messsignale vor deren Digitalisierung übersteigt.According to the invention, the measurement signals can be transmitted after they have been digitized with a data bandwidth that exceeds the bandwidth of the measurement signals before they have been digitized.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zwei interferenzfähige Messsignale zur Interferenz gebracht werden, ein oder mehrere resultierende Messsignale mittels balancierter Detektion detektiert, digitalisiert und faseroptisch aus dem Messkopf übertragen werden. Für diese Interferenzfähigkeit vor der Detektion müssen die Messsignale eine ausreichende Kohärenz (zeitlich und räumlich) aufweisen. Beispiele sind optische Messsignale die beispielsweise durch einen faseroptischen Strahlteiler von einer durchstimmbaren Lichtquelle (swept source) gewonnen werden und beispielsweise mittels eines faseroptischen Kopplers wieder zur Interferenz gebracht werden können. Wegen der Polarisationsempfindlichkeit dieser Signale muss der Polarisationszustand dieser optischen Messsignale einander gegenüber angepasst werden, beispielsweise durch eine bestimmte feste Faserlage oder aktive polarisationsverändernde Mittel, wie bewegte Faserschleifen (Paddles) oder Mittel zur Erzeugung von Faserdoppelbrechung.A further embodiment provides that two interference-capable measurement signals are caused to interfere, one or more resulting measurement signals are detected by means of balanced detection, digitized and transmitted from the measuring head via fiber optics. For this interference capability before detection, the measurement signals must have sufficient coherence (temporal and spatial). Examples are optical measurement signals which are obtained, for example, by a fiber-optic beam splitter from a tunable light source (swept source) and can be caused to interfere again, for example, by means of a fiber-optic coupler. Because of the polarization sensitivity of these signals, the polarization state of these optical measurement signals must be adjusted relative to one another, for example by a specific fixed fiber layer or active polarization-changing means, such as moving fiber loops (paddles) or means for generating fiber birefringence.
In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass zwei nicht interferenzfähige Messsignale einzeln detektiert und digitalisiert und in Lichtsignale konvertiert, aber gemeinsam faseroptisch aus dem Messkopf übertragen werden. Nicht interferenzfähige Signale weisen keine ausreichende räumliche oder zeitliche Kohärenz auf, um eine nachweisbare Interferenz zu erzeugen. Beispiele sind Lichtsignale bei verschiedenen Wellenlängen (z.B. 830nm und 1060nm),In this context, it is also possible for two non-interference measurement signals to be individually detected and digitized and converted into light signals, but transmitted together from the measuring head via fiber optics. Non-interferential signals do not have sufficient spatial or temporal coherence to produce detectable interference. Examples are light signals at different wavelengths (e.g. 830nm and 1060nm),
Gemäß einer letzten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die faseroptische Übertragung der Messsignale nach deren Digitalisierung in beweglichen Fasern.According to a final embodiment of the method, the fiber-optic transmission of the measurement signals takes place after they have been digitized in movable fibers.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Signalübertragung in ophthalmologischen Geräten zur Verfügung gestellt, mit dem analoge und polarisationsabhängige Lichtsignale aus einem Messkopf zu einer externen Steuer-und Auswerteeinheit übertragen werden können. Die Signalübertragung ist dabei störunanfällig und für unterschiedliche Messsignale gleichermaßen geeignet.The solution according to the invention provides a method for signal transmission in ophthalmological devices, with which analog and polarization-dependent light signals are transmitted can be transmitted to an external control and evaluation unit using a measuring head. The signal transmission is not susceptible to interference and is equally suitable for different measurement signals.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass das analoge, polarisationsempfindliche Lichtsignal durch deren Digitalisierung in ein robustes, polarisationsunabhängiges Lichtsignal umgewandelt wird.What is particularly advantageous in the proposed method is that the analog, polarization-sensitive light signal is converted into a robust, polarization-independent light signal by digitizing it.
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|---|---|
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