DE10250570A1

DE10250570A1 - Ophthalmologisches Gerät und Verfahren zur Gerätepositionierung

Info

Publication number: DE10250570A1
Application number: DE2002150570
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-13
Also published as: WO2004037078A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionierung des Gerätes bezüglich eines zu untersuchenden Patientenauges in x-, y- und/oder z-Koordinaten. DOLLAR A Das ophthalmologische Gerät besteht aus einer Beleuchtungseinheit, einem Stereomikroskop, einer zentralen Steuereinheiit, einer Ausgabeeinheit, Mitteln zum relativen Positionieren sowie einer mit dem Beobachtungssystem gekoppelten Bildaufnahmeeinheit. Die Positionierung erfolgt durch Signale, die von der Bildaufnahmeeinheit bei gewählter Weitwinkeleinstellung des Objektivs des Stereomikroskops geliefert werden, die die Lage des Patientenauges relativ zur optischen Achse des ophthalmologischen Gerätes charakterisieren. Daraus wird ein Sollwert bezüglich Betrag und Richtung für die Positioniereinrichtung generiert und dieser zugeführt. Dies erfolgt bis zur exakten Positionierung in x- und y-Richtung. DOLLAR A Mit der Erfindung wurde eine Lösung vorgeschlagen, die eine automatische Positionierung des Gesamtgerätes bezüglich des zu untersuchenden Auges ermöglicht. Dadurch kann sowohl die Untersuchung als auch die Bestimmung der biometrischen Daten eines Auges vereinfacht und wesentlich beschleunigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur automatischen Positionierung des Gerätes bezüglich des zu untersuchenden Patientenauges in x-, y- und/oder z-Koordinaten. Dieses Verfahren kann vorteilhaft genutzt werden, um die Bestimmung der biometrischen Daten des Auges sowie andere diagnostisch und therapeutisch relevante Einstellungen anhand manueller oder gespeicherter Verfahrensabläufe zu vereinfachen. Dabei können Daten aus einer Untersuchung abgespeichert werden, um bei einer späteren erneuten Untersuchung die entsprechenden Gebiete unter gleichen Bedingungen zu untersuchen und somit Veränderungen feststellen zu können.
Nach dem Stand der Technik sind bereits technische Lösungen bekannt, bei denen sich ein ophthalmologische Gerät nach erfolgter Augendetektion halb- oder vollautomatisch auf das zu untersuchende Auge positioniert.
Die Patentschrift EP 1 088 511 beschreibt ein ophthalmologisches Gerät, welches eine Positioniereinheit zum Ausrichten der Messeinheit bezüglich des zu untersuchenden Auges aufweist. Dazu ist eine Detektionseinheit vorhanden, die die relative Stellung der Messeinheit zum Auge ermittelt und während der Messung kontrolliert. Die ermittelten Messwerte werden in Abhängigkeit der von der Detektionseinheit festgestellten Augenposition gespeichert oder verworfen. Es werden somit nur Messergebnisse verarbeitet und gespeichert, die bei einem exakt positionierten Auge aufgenommen wurden. Nachteilig bei dieser Lösung ist im Vergleich zur hier vorgeschlagenen Methode der Umstand, dass die Messeinheit des ophthalmologischen Gerätes zu Beginn der Untersuchung, d. h. wenn sich der Patient vor das Gerät gesetzt und sein Auge in eine fixierte Position gebracht hat, durch den Bediener per Joystick grob ausgerichtet werden muss. Erst nach dieser Grobjustierung kann die Detektionseinheit die Position des Auges ermitteln und die entsprechenden Signale an die Positioniereinheit zur Feinjustierung leiten. Das heißt, der Ablauf unterliegt weiterhin subjektiven Einflüssen wie zum Beispiel der Erfahrung des Bedieners beim Einstellen.
Ein sich automatisch ausrichtendes optometrisches Messgerät und das Verfahren zu dessen Anwendung sind in der US 6,145,990 beschrieben. Diese Lösung verfügt dazu über Mittel zur Projektion einer Lichtmarke auf das Auge, Mittel zur Auswertung der Korneareflexbilder und Mittel zur Steuerung der Stellantriebe für die exakte Positionierung des optometrischen Messgerätes. Eine Positionierung erfolgt dabei in allen drei Koordinatenrichtungen für das erste Auge und danach für das zweite Auge anhand der Lage zweier aus dem Korneareflexbild erzeugten Lichtmarken zueinander. Nach der Positionierung werden die entsprechenden Messungen am Auge durchgeführt. In Abhängigkeit von der erfolgreichen/nichterfolgreichen Messung wird entweder eine erneute Messung durchgeführt oder das Gerät wird auf das andere Auge positioniert.
Bei der in der US 6,220,706 beschriebenen Lösung wird die Position der Augen ebenfalls durch Beleuchtung der Augen und anschließende Auswertung der reflektierten Strahlung ermittelt. Dazu sind jeweils zwei Strahlungsemitter-Fotodetektoren-Paare vorhanden, die seitlich vom Auge so angeordnet werden, dass sich auf jeder Seite des Auges ein Strahlungsemitter und ein Fotodetektor eines unterschiedlichen Paares befinden. Die Fotodetektoren empfangen die vom jeweiligen dazugehörigen Strahlungsemitter ausgesendete und vom Auge reflektierte Strahlung. Ein Controller analysiert die Daten der Fotodetektoren, die als 4-Quadrant-Fotodetektoren ausgeführt sind, um die exakte Position des Auges zu ermitteln. Diese technische Lösung ermittelt insbesondere die Fokuslage, d. h. den exakten Abstand des Auges von der Optik des Gerätes.
Die bekannten technischen Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass die exakte Ausrichtung des Messgerätes zum Auge entweder bei nicht vorhandener automatischen Positionierung subjektiv vom Bediener abhängt, oder dass bei einer vorhandenen automatischen Positionierung immer zusätzliche technische Mittel erforderlich sind, die den Aufbau des Gesamtgerätes wesentlich komplizierter und unübersichtlicher machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein ophthalmologisches Gerät sowie ein Verfahren zu dessen Steuerung zu entwickeln, bei welchem die die subjektiven Fehlerquellen bei der Ausrichtung des Geräts auf die optische Achse des Auges minimiert werden, so dass die zu ermittelnden Messwerte exakt und zuverlässig sind. Eine Grobeinstellung durch den Bediener soll nicht mehr erforderlich sein. Das Gerät soll dabei in seinem Aufbau und seiner Anwendbarkeit nicht wesentlich komplizierter werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das ophthalmologische Gerät zur Bestimmung biometrischer Daten eines Auges findet eine breite Anwendung sowohl in Arztpraxen und als auch bei Optikern. Durch die automatische Positionierung ist eine nicht unerhebliche Zeiteinsparung zu erreichen. Viele ophthalmologische Geräte besitzen sowohl eine Beobachtungseinheit mit einer veränderbaren Vergrößerung als auch die Anschlußvorrichtung für eine Kamera um eine exaktere Auswertung der Abbildungen des zu untersuchenden Auges gewährleisten zu können. Die Verwendung einer Kamera zur Augendetektion stellt somit keinen erhöhten oder komplizierteren gerätetechnischen Aufwand dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Dazu zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Spaltlampe mit Mitteln zur Gerätepositionierung und
2: eine entsprechende schematische Darstellung in Draufsicht.
Ein ophthalmologisches Gerät, zum Beispiel zur Bestimmung der biometrischen Daten eines Auges, ist in 1 schematisch dargestellt und besteht aus einer vorzugsweise digital steuerbaren Beleuchtungseinheit 1 und einem als Beobachtungssystem dienenden Stereomikroskop 2, die auf separaten Tragarmen 3a und 3b unabhängig voneinander schwenkbar angeordnet sind. Das Stereomikroskop 2 verfügt dabei über verschiedene Vergrößerungsstufen. An einer dafür vorgesehenen Anschlußvorrichtung des Stereomikroskops 2 ist eine Bildaufnahmeeinheit 4, hierbei eine digitale hochauflösenden Kamera mit hoher Bildrate angebracht. Die Bildaufnahmeeinheit 4 arbeitet synchron zur Bildrate der digital gesteuerten Beleuchtungseinheit 1 und ist mit einer zentralen Steuereinheit 5 zur Erfassung, Verarbeitung und Speicherung der Daten verbunden. Die zentrale Steuereinheit 5 verfügt beispielsweise über eine Benutzeroberfläche und weist Verbindungen auf zu einem als Ausgabeeinheit dienenden Monitor 6 und/oder Drucker sowie zu Mitteln für das relative Positionieren des ophthalmologischen Gerätes bezüglich des Patientenauges. Die Steuereinheit 5 verfügt über eine Benutzeroberfläche mit Eingabegeräten, wie Tastatur 7, Maus 8, Trackball, Joystick oder ähnlichem, über die die verschiedenen Steuer- und Auswertemoden aufgerufen werden können.
Vorzugsweise verfügt die Bildaufnahmeeinheit 4 zur Korrektur nach dem Scheimpflugprinzip über eine Einrichtung zur Neigung des Kamerachips bezüglich der optischen Achse 13 und ist in der Lage Bildsequenzen aufzunehmen.
2 zeigt die schematische Darstellung einer Spaltlampe mit Mitteln zur Gerätepositionierung in einer Draufsicht.
Bei dem Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes bezüglich des zu untersuchenden Auges 10, wird das Signal der Bildaufnahmeeinheit 4, außer zur Dokumentation der Bilddaten des Auges 10, auch zur Detektion der Position des zu untersuchenden Auges 10 bezüglich der optischen Achse 15 des ophthalmologischen Gerätes verwendet.
Zur Untersuchung oder zur Bestimmung biometrischer Daten wird das Auge 10 des Patienten 9 durch die vorhandene Kinnstütze 11 und Stirnstütze 12 in eine fixierte Position gebracht. Die Bildaufnahmeeinheit 4 liefert bei gewählter Weitwinkeleinstellung des Objektives Signale, die die Koordinaten des Patientenauges relativ zur Kamera und somit auch zur optischen Achse 13 des ophthalmologischen Gerätes selbst beinhalten. Aus diesen Signalen wird ein entsprechender Sollwert bezüglich Betrag und Richtung für die Positioniereinrichtung generiert und dieser zugeführt. Über die Stellantriebe erfolgt die Positionierung des Gerätes in x- und y-Richtung. Die Koordinaten des Auges 10 des Patienten 9 werden bis zur exakten Positionierung ständig überprüft. Nach Ausrichtung des Gerätes in x- und y-Richtung wird die Bildwinkeleinstellung des Stereomikroskops 2 verändert. Dies kann beispielsweise durch einen manuellen oder automatischen Wechsel des Objektives oder eine Veränderung der Zoomeinstellung, in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabenstellung, erfolgen. Das ophthalmologische Gerät ist nun für die Messungen und Untersuchungen am Auge 10 bereit. Mit der Veränderung der Bildwinkeleinstellung des Stereomikroskops 2 werden gleichzeitig die Stellantriebe 14 deaktiviert.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit eine Ausrichtung in z-Richtung durchzuführen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit eine Ausrichtung in z-Richtung durchzuführen. Dazu kann beispielsweise das Verfahren nach US 6,220,706 zur Anwendung kommen.
Die Bestimmung der Lage des Auges 10 bezüglich der optischen Achse des ophthalmologischen Gerätes erfolgt durch eine exakte Detektion der Pupille und insbesondere des Pupillenzentrums. Aus den von der Bildaufnahmeeinheit 4 aufgenommenen digitalen Abbildungen des Auges 10 wird die Pupille durch bekannte Bildauswerteverfahren ermittelt.
Zum einen kann dies unter Verwendung der Beleuchtungseinheit 1 bzw. einer zusätzlichen Beleuchtung erfolgen. Dabei wird das Auge 10 vorzugsweise mit IR-Licht bestrahlt. Ein größtmöglicher Kontrast wird erzielt, wenn die optischen Achsen für die Beleuchtung und die Beobachtung gleich sind. Hierbei wird das IR-Licht am Augenhintergrund reflektiert, so dass die Pupille hell erscheint. Bei schräg einfallendem IR-Licht, d. h. die optischen Achsen für die Beleuchtung und die Beobachtung sind nicht gleich, kann bei Kenntnis des Einfallswinkels in Auswertung der Purkinjereflexe die Pupillenlage ermittelt werden.
Zum anderen kann die Ermittlung der Pupillenlage aber auch ohne die Verwendung einer Beleuchtung erfolgen. Hierbei erfolgt die Detektion durch Auswertung der Abbildungen des Auges 10, in denen die Pupille gegenüber der Umgebung dunkel erscheint. Bei diesem Verfahren ist jedoch aufgrund des wesentlich schlechteren Kontrastes mit einer aufwendigeren Ermittlung der Pupillenlage zu rechnen.
Es ist vorteilhaft, wenn jeweils ein Stellantrieb 14 unabhängig für jede der drei Koordinatenrichtungen vorgesehen ist. Die Ortsdifferenz zwischen dem Zentrum des Auges 10 und optischer Achse 13 des ophthalmologischen Gerätes wird dabei durch relative Bewegung und ständige Kontrolle durch die Bildaufnahmeeinheit 4 auf Null abgeglichen. Dies ist möglich, da die Bildaufnahmeeinheit 4 über eine hohe Messwiederholrate verfügt, die synchron zur Bildrate der Beleuchtungseinheit 1 arbeitet.
Nachdem das Auge 10 des Patienten 9 in eine fixierte Lage gebracht wurde, ist es vorteilhaft, wenn der Vorgang der Positionierung durch einen Auslöseknopf, einen Impulsgeber an der Stirnstütze 12, der Kinnstütze 11 o. ä. ausgelöst wird. Des weiteren ist es möglich, das ophthalmologische Gerät nach Abschluß der Untersuchungen und/oder Messungen auf das andere Auge des Patienten 9 automatisch oder per Knopfdruck zu positionieren.
Nach der Behandlung eines Patienten kann das ophthalmologische Gerät in eine Grundposition bewegt werden. Die Ausrichtung des Gerätes erfolgt bei dem nächsten Patienten entweder automatisch auf das festgelegte, als erstes zu untersuchende Auge, oder der Steuereinheit wird mitgeteilt auf welches Auge die Positionierung erfolgen soll. Es ist aber auch denkbar, dass das ophthalmologische Gerät nach der Behandlung eines Patienten in der letzten Position verbleibt. Der Steuereinheit kann beim nächsten Patienten mitgeteilt werden auf welches Auge die Ausrichtung erfolgen soll, oder die Untersuchung beginnt bei dem Auge zuletzt untersuchten Auges des vorherigen Patienten.
Mit dem erfindungsgemäßen ophthalmologischen Gerät wurde eine Lösung vorgeschlagen, die eine automatische Positionierung des Gesamtgerätes bezüglich des zu untersuchenden Auges ermöglicht. Dadurch kann sowohl die Untersuchung als auch die Bestimmung der biometrischen Daten eines Auges vereinfacht und wesentlich beschleunigt werden. Außer den Stellantrieben sind keine weiteren technischen Mittel erforderlich, so dass das Gesamtgerät in seinem Aufbau nicht komplizierter und unübersichtlicher wird. Hierbei sind als ophthalmologisches Gerät beispielsweise Funduskameras als auch Spaltlampen denkbar.

1: Beleuchtungseinheit
2: Stereomikroskop
3a, 3b: Tragarme
4: Bildaufnahmeeinheit
5: zentrale Steuereinheit
6: Monitor
7: Tastatur
8: Maus
9: Patient
10: zu untersuchendes Auge
11: Kinnstütze
12: Stirnstütze
13: optische Achse
14: Stellantriebe

Claims

Ophthalmologisches Gerät, bestehend aus einer steuerbaren Beleuchtungseinheit (1), einem Beobachtungssystem, einer zentralen Steuereinheit (5), einer Ausgabeeinheit sowie Mitteln zum relativen Positionieren des ophthalmologischen Gerätes bezüglich des Patientenauges (10), bei dem das Beobachtungssystem ein Stereomikroskop (2) mit veränderbarer Vergrößerung ist, welches über eine Bildaufnahmeeinheit (4) verfügt.
Ophthalmologisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem die veränderbare Vergrößerung des Abbildungssystems des Stereomikroskops (2) durch ein Zoom-Objektiv oder ein Wechsel-Objektiv realisiert wird.
Ophthalmologisches Gerät nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Bildaufnahmeeinheit (4) eine digitale hochauflösende Kamera mit hoher Bildrate ist, die zur Korrektur nach dem Scheimpflugprinzip über eine Neigungseinrichtung für den Kamerachip zur optischen Achse verfügen kann und/oder in der Lage ist Bildsequenzen aufzunehmen und/oder zu speichern.
Ophthalmologisches Gerät nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die digitale hochauflösende Kamera synchron zur Bildrate der Beleuchtungseinheit arbeitet.
Ophthalmologisches Gerät nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die zentrale Steuereinheit (5) über eine Benutzeroberfläche mit üblichen Eingabegeräten, wie Tastatur (7), Maus (8), Trackball, Joystick oder ähnlichem, und/oder über verschiedene Steuer- und Auswertemoden verfügen kann.
Ophthalmologisches Gerät nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Ausgabeeinheit ein Monitor (6) und/oder Drucker ist.
Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das Auge (10) des Patienten (9) durch eine vorhandene Kinn- und Stirnstütze (11, 12) in eine fixierte Position gebracht wird, die Bildaufnahmeeinheit (4) bei gewählter Weitwinkeleinstellung des Objektives des Stereomikroskops (2) Signale liefert, die die Koordinaten des Auges (10) relativ zur Bildaufnahmeeinheit (4) und somit auch zur optischen Achse (13) des ophthalmologischen Gerätes selbst beinhalten, aus diesen Signalen ein entsprechender Sollwert bezüglich Betrag und Richtung für die Positioniereinrichtung generiert und dieser zugeführt wird, die Ausrichtung durch ständige Detektion der Augenposition und relative Bewegung erfolgt und nach erfolgter Ausrichtung in x- und y-Richtung die Objektiveinstellung des Stereomikroskops (2) verändert wird.
Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes nach Anspruch 6, bei dem nach erfolgter Ausrichtung in x- und y-Richtung und Veränderung der Objektiveinstellung des Stereomikroskops (2) eine Ausrichtung des ophthalmologischen Gerätes in z-Richtung erfolgt.
Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes nach Anspruch 6, bei dem die Detektion des Auges (10) durch die Bildaufnahmeeinheit (4) derart erfolgt, dass das Auge (10) und insbesondere das Pupillenzentrum in Auswertung des von der Beleuchtungseinheit (1) erzeugten Augenabbildes exakt ermittelt wird und die Nachführung der Lichtmarken durch fortlaufende Detektion der Pupille in ihrer Position zur optischen Achse (13), ihrer individuellen Form und ihres Durchmessers durch die Bildaufnahmeeinheit (4) erfolgt.
Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes nach Anspruch 6, bei dem die Detektion des Auges (10) durch die Bildaufnahmeeinheit (4) derart erfolgt, dass das Auge (10) und insbesondere das Pupillenzentrum in Auswertung eines Lidschlusses exakt ermittelt wird und während des Positioniervorganges durch fortlaufende Detektion der Pupille in ihrer Position zur optischen Achse (13), ihrer individuellen Form und ihres Durchmessers durch die Bildaufnahmeeinheit (4) erfolgt.
Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes nach Anspruch 6, bei dem die Detektion des Auges (10) durch die Bildaufnahmeeinheit (4) derart erfolgt, dass das Auge (10) und insbesondere das Pupillenzentrum durch Bildauswertung exakt ermittelt wird und während des Positioniervorganges durch fortlaufende Detektion der Pupille in ihrer Position zur optischen Achse (13), ihrer individuellen Form und ihres Durchmessers durch die Bildaufnahmeeinheit (4) erfolgt.
Verfahren zur Positionierung eines ophthalmologischen Gerätes nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das Auffinden von Beleuchtungsmustern in digitalen Bildern durch Differenzbildaufnahmen erfolgen kann, indem zwei, in unmittelbarer zeitlicher Abfolge bei alleiniger Änderung des Beleuchtungsmusters aufgenommene Bilder voneinander subtrahiert und dadurch alle störenden ortsfesten Bildinformationen eliminiert werden.