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Die
Erfindung betrifft ein Augenchirurgie-Mikroskopiesystem zur Unterstützung eines
Chirurgen bei der Durchführung
eines augenchirurgischen Eingriffs.
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Insbesondere
ist das Mikroskopiesystem dazu ausgebildet, für einen Eingriff in einem vorderen
Bereich des Auges, wie etwa an der Cornea, der Iris oder der Linse,
eine geeignete Beleuchtung bereitzustellen. Eine Anwendung des Mikroskopiesystems
liegt insbesondere in der Durchführung
einer Kataraktoperation, bei der eine natürliche Linse des menschlichen
Auges, in welcher sich eine Katarakt entwickelt hat, durch eine künstliche
Linse ersetzt wird.
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Ein
herkömmliches
Augenchirurgie-Mikroskopiesystem ist nachfolgend anhand der 1 bis 3 erläutert:
Ein
in 1 anhand seines Strahlengangs schematisch erläutertes
Mikroskopiesystem 1 umfasst ein Objektiv 3 mit
einer optischen Achse 5 und einer Objektebene 7,
in welcher der Bereich des zu operierenden Auges zur Anordnung kommt,
an welchem der chirurgische Eingriff vorgenommen werden soll. Ein
von der Objektebene 7 in einen Raumwinkelbereich 9 um
die optische Achse 5 emittiertes objektseitiges Strahlenbündel 11 wird
von dem Objektiv 3 nach unendlich abgebildet und in ein
bildseitiges Strahlenbündel 13 überführt. In
dem bildseitigen Strahlenbündel 13 sind
zwei Zoom-Systeme 15, 16 mit jeweils einer optischen
Achse 17 bzw. 18 derart nebeneinander angeordnet,
daß deren
optische Achsen 17, 18 parallel versetzt zur optischen
Achse 5 des Objektivs 3 und mit einem Abstand
a voneinander angeordnet sind. Die beiden Zoom-Systeme 15, 16 greifen
aus dem bildseitigen Strahlenbündel 13 jeweils
ein Teilstrahlenbündel 19 bzw. 20 heraus.
Das Teilstrahlenbündel 19 wird
einem linken Auge 21 des Chirurgen und das andere Teilstrahlenbündel 20 einem
rechten Auge 22 des Chirurgen zugeführt. Hierzu sind in dem Strahlengang
der Teilstrahlenbündel 19, 20 jeweils
eine Tubuslinse 23, ein Prismensystem 25 und ein
Okular 27 angeordnet. Dem linken Auge 21 erscheint
die Objektebene 7 unter einem Blickwinkel α bezüglich der
optischen Achse 5 geneigt, und dem rechten Auge 22 erscheint
die Objektebene 7 unter einem Blickwinkel -α zur optischen
Achse 5 geneigt, wodurch für den Chirurgen ein stereoskopischer
räumlicher
Eindruck von dem in der Objektebene 7 angeordneten Bereich
des operierten Auges entsteht.
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Beispielsweise
beim Entfernen der natürlichen
Linse im Rahmen der Kataraktoperation ist es notwendig, die Linse
restlos durch Absaugen zu entfernen. Es hat sich herausgestellt,
daß Reste
der Augenlinse dann für
den Chirurgen gut sichtbar sind, wenn eine Hintergrund-Beleuchtung
eingesetzt wird, welche auch als regrediente Beleuchtung oder Rotreflex-Beleuchtung
bezeichnet wird. Hierbei wird Licht von Seiten des Mikroskopobjektivs 3 her
durch die Pupille 32 (siehe 2) und die
Augenlinse 33 in das Innere des Auges 31 eingestrahlt
und trifft auf die Retina 34 bzw. den Augenfundus. Dort
wird das eingestrahlte Licht reflektiert und beleuchtet die Augenlinse 33 bzw.
deren Reste von hinten, so daß diese
einfacher zu erkennen sind. Es wird hierbei durch die Retina von
dem eingestrahlten Licht im Wesentlichen rotes Licht reflektiert,
so daß die
Augenlinse 33 bzw. deren Reste in einem roten Licht erscheinen,
wovon sich die Bezeichnung Rotreflex-Beleuchtung ableitet.
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Der
Aufbau einer zur Erzeugung des Rotreflexes eingesetzten Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung 35 ist
aus den 2 und 3 ersichtlich.
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In
der Draufsicht der 3 sind die Zoom-Systeme 15, 16 zu
erkennen, und Zentren von in die Zoom-Systeme eintretenden Strahlenbündeln 20 in
der Ebene des Objektivs 3 sind mit 36 bezeichnet,
und ferner ist in 3 eine Verbindungslinie 38 zwischen
den Zentren 36 in der Ebene des Objektivs 3 eingetragen. Diese
Verbindungslinie 38 ist mit Abstand von der optischen Achse 5 angeordnet,
so daß beide
Teilstrahlenbündel 19, 20 in
der Seitenansicht gemäß 2 unter
einem Winkel δ,
welcher auch gleich Null sein kann, zur optischen Achse auf die
Objektebene zu verlaufen.
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Licht
einer in 2 nicht dargestellten Strahlungsquelle
wird der Beleuchtungseinrichtung 35 über einen Lichtleiter 37 zugeführt, durch
eine Kollimationsoptik 39 aufgeweitet und zu einem parallelen
Strahlenbündel 40 geformt.
Ein Spiegel 41 ist mit Abstand von der optischen Achse 5 des
Objektivs 3 angeordnet und lenkt ein Teilstrahlenbündel des
von der Kollimationsoptik 39 erzeugten Strahlenbündels 40 um,
so daß dieses
Teilstrahlenbündel
parallel zur optischen Achse 5 auf das Objektiv 3 zu
verläuft
und dieses durchsetzt, so daß es unter
einem Winkel β von
etwa 2° zu
den Beobachtungsstrahlenbündeln 19, 20,
gesehen in der Seitenansicht der 2, als Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43 in
das Auge 31 einfällt,
dort wie durch Pfeile 34 in 2 angedeutet,
reflektiert wird und die Hintergrund-Beleuchtung bzw. den Rotreflex
erzeugt. Der oben angegebene Winkel β = 2° ist beispielhaft. Auch andere
Winkel, wie etwa Winkel zwischen 2° und +2° haben sich als günstig erwiesen.
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Neben
dem Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43 fällt noch ein Normallicht-Beleuchtungsstrahl 45 unter einem
größeren Win kel ε von etwa
7° zur Ebene
der Beobachtungsstrahlenbündel 19, 20 auf
die Objektebene 7. Der Normallicht-Beleuchtungsstrahl 45 wird
durch einen Spiegel 47 durch Umlenken des durch die Kollimationsoptik 39 bereitgestellten
Lichtstrahls 40 erzeugt. Der Normallicht-Beleuchtungsstrahl
dient zur üblichen Beleuchtung
der Objektebene 7 und damit des Bereichs des Auges 31,
an dem der Eingriff vorgenommen wird. Durch den Normallicht-Beleuchtungsstrahl 45 sind
für den
Operateur die in der Objektebene 7 angeordneten Bereiche
des Auges, wie etwa die Iris, gut beleuchtet. Der Normallicht-Beleuchtungsstrahl
erzeugt im Wesentlichen keinen Rotreflex. Der Spiegel 47 weist
einen Ausschnitt 49 auf, um Licht auf den Spiegel 41 durchtreten zu
lassen.
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In
der Praxis ist es häufig
mit beträchtlichem
Aufwand verbunden, den Rotreflex zur Beleuchtung zu erzeugen und
während
des chirurgischen Eingriffs, insbesondere bei Bewegungen des Auges
und Änderungen
an der Linse des Auges, beizubehalten. Ferner ist dabei zu beachten,
daß zum
Schutz der Retina des Auges eine Intensität des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
zu beschränken
ist, so daß auch
der Rotreflex nicht immer in der gewünschten Intensität erzeugt
werden kann.
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Die
Druckschrift
DE 42
14 445 A1 beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop,
mit der ein Operationsfeld mit zwei Lichtbündeln beleuchtet wird, wobei
der Hauptstrahl des einen Lichtbündels
parallel zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs verläuft und
somit eine 0°-Beleuchtung
bereitstellt und der Hauptstrahl des anderen Lichtbündels in
einem von 0° verschiedenen
Winkel zur optischen Achse verläuft.
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Die
Druckschrift
DE 43
20 579 C2 beschreibt ein Operationsmikroskop mit dem ein
Benutzer ein Operationsfeld gleichzeitig im sichtbaren Wellenlängenbereich
und mittels einer überlagerten
Falschfarbendarstellung auch in einem im Infraroten liegenden Fluoreszenzlichtbereich
beobachtet. Dabei wird das für
die Beobachtung im sichtbaren Wellenlängenbereich benötigte Beleuchtungslicht
von einer in den Glaskörper
des Auges eingeführten
Lichtleitfaser in Richtung auf die Retina abgestrahlt.
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Die
Druckschrift
DE 196
50 773 A1 beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop,
mit der ein Operationsfeld aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen
gleichzeitig beleuchtet wird, wobei die Richtungen durch Verändern der
Position von Lichtumlenkelementen einstellbar sind.
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US
2002/0087149 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung für ophthalmoskopische
Anwendungen, bei welcher eine Retina eines Auges mit Licht beleuchtet
wird, welches zum Schutz der Retina vor kurzwelligem Licht Filter
aufweist, um Licht mit Wellenlängen
von kürzer
als 440 nm auszufiltern.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Augenchirurgie-Mikroskopiesystem
vorzuschlagen, mit dem der Rotreflex einfacher erzeugbar oder/und
eine Belastung der Retina des operierten Auges unter Erzeugung eines
intensiven Rotreflexes beschränkbar
ist.
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Die
Erfindung geht hierbei aus von einem Augenchirurgie-Mikroskopiesystem
mit einer Objektivanordnung zum Empfang eines aus einer Objektebene
der Objektivanordnung austretenden objektseitigen Strahlenbündels und
zum Überführen des
objektseitigen Strahlenbündels
in ein bildseitiges Strahlenbündel,
und mit einer Hintergrund-Beleuchtungsein richtung zur Erzeugung
einer Hintergrund-Beleuchtung für
die Objektebene durch Richten wenigstens eines Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
auf die Objektebene von einer Seite der Objektivanordnung her.
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Unter
einem ersten Aspekt der Erfindung zeichnet sich das Augenchirurgie-Mikroskopiesystem
dadurch aus, daß der
Hintergrund-Beleuchtungsstrahl im Wesentlichen nur Licht aus einem
Wellenlängenbereich größer 540
nm und insbesondere größer 650
nm umfasst. Vorzugsweise ist das Licht des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
rotes Licht oder/und infrarotes Licht.
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Hierzu
liegt der Erfindung die Überlegung
zugrunde, daß von
der Retina des Auges im Wesentlichen rotes Licht reflektiert wird,
welches die Hintergrundbeleuchtung erzeugt. Damit wird andersfarbiges
Licht von der Retina im Wesentlichen absorbiert und trägt im Wesentlichen
zu einer thermischen Belastung der Retina und weniger zur Erzeugung
des Rotreflexes bei. Zur Erzeugung eines intensiven Rotreflexes
wird deshalb lediglich rotes Licht in das Auge eingestrahlt und
eine unnötige
Belastung der Retina durch andersfarbiges Licht vermieden. Das eingestrahlte
Rotlicht liegt entsprechend in einem Wellenlängenbereich, der von der Retina wirksam
reflektiert wird. Dies schließt
jedoch nicht aus, daß auch
außerhalb
dieses Wellenlängenbereichs
liegendes Licht in dem Hintergrund-Beleuchtungslichtstrahl enthalten
ist. Allerdings soll dies nur zu einem geringen Anteil der Fall
sein, insbesondere zu einem Anteil von weniger als 60 %. Vorteilhafterweise
liegen mehr als 50 % der Lichtintensität des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
in einem Wellenlängenbereich
von 530 nm bis 780 nm.
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Vorzugsweise
kann das Wellenlängenband
des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls individuell auf ein zu operierendes
Auge abgestimmt werden. Man hat nämlich festgestellt, daß die Wellenlängenabhängigkeit
der Reflektivität
der Retina von Individuum zu Individuum verschieden ist, wobei sich
insbesondere zwischen Individuen verschiedener ethnischer Gruppen
unterschiedliche Wellenlängenabhängigkeiten
ergeben. Hierzu kann beispielsweise vorab die Wellenlängenabhängigkeit
der Reflektivität
der Retina gemessen werden und dann, im Hinblick auf eine Optimierung
der Hintergrundbeleuchtung, das für den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
verwendete Wellenlängenband
auf die bestimmte Reflektivität
der Retina abgestimmt werden.
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Der
Hintergrund-Beleuchtungsstrahl wird vorzugsweise erzeugt durch eine
entsprechende Lichtquelle, insbesondere eine Rotlichtquelle oder
durch Einsatz eines entsprechenden Farbfilters, insbesondere eines Rotfilters
im Strahlengang der Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung. Der Rotfilter
kann insbesondere auch durch einen lediglich rotes Licht reflektierenden
Spiegel gebildet sein. Die Lichtquelle kann eine Leuchtdiode (LED),
insbesondere auch eine organische Leuchtdiode (OLED), oder einen
Laser, insbesondere einen Halbleiterlaser, oder eine andere Art
von Lichtquelle umfassen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
erzeugt eine Lichtquelle Licht mit einem breiten Spektrum, und es
ist ein frequenzselektiver Strahlteiler vorgesehen, der den von
der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl in einen Normal-Beleuchtungsstrahl
und einen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl aufteilt. Der Normal-Beleuchtungsstrahl
und der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
laufen unter unterschiedlichen Winkeln auf die Objektebene zu und überlagern
sich dort wieder, wobei der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl unter
einem kleineren Winkel zu einer Ebene verläuft, in der sich Zentralstrahlen
von Beobachtungsstrahlenbündeln
des Mikroskops erstrecken, als der Normal-Beleuchtungsstrahl.
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Unter
einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung
eine Vielzahl von Strahlungsquellen zur Erzeugung jeweils eines
Hintergrund-Beleuchtungsstrahls umfasst.
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Damit
können
mehrere Hintergrund-Beleuchtungsstrahlen erzeugt werden, welche
unter jeweils verschiedenen Winkeln zu einer Ebene verlaufen, in
der sich Zentralstrahlen von Beobachtungsstrahlenbündeln des
Mikroskops erstrecken. Wenigstens einer dieser Hintergrund-Beleuchtungsstrahlen
fällt dann
derart in das operierte Auge ein, daß ein geeigneter Rotreflex
erzeugt wird. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, die einzelnen
Strahlungsquellen separat ein- und
ausschaltbar auszugestalten, um diejenigen Strahlungsquellen auszuschalten,
die bei einer sich während
der Operation ergebenden Konfiguration des Auges nicht oder in relativ
geringem Maße
zur Erzeugung des Rotreflexes beitragen, wodurch wiederum die Belastung
der Retina reduzierbar ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, die Strahlungsquellen in einer
Quellenebene entlang von wenigstens einem Teilkreis anzuordnen.
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Hierbei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Teilkreis
um eine Beobachterpupille herum angeordnet ist, d.h. um ein solches
Teilstrahlenbündel
des bildseitigen Strahlenbündels,
welches durch ein Zoom-System oder ein Okular-System zur Erzeugung
eines Bildes der Objektebene für
den Benutzer herausgegriffen wird.
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Ferner
ist es vorteilhaft, daß die
Strahlungsquellen in einer Quellenebene im Wesentlichen gleichmäßig, beispielsweise
in einem Gitter, verteilt angeordnet sind.
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Alternativ
zu der Möglichkeit,
eine Vielzahl von Strahlungsquellen vorzusehen, ist es ebenfalls
bevorzugt, eine Strahlungsquelle vorzusehen, deren Lichtstrahl auf
eine Vielzahl von schaltbaren Blendenelementen trifft, mit denen
eine Vielzahl von Hintergrund-Beleuchtungsstrahlen wahlweise ein-
und ausblendbar ist. Hierbei ist es bevorzugt, daß die Blendenelemente
die Hintergrund-Beleuchtungsstrahlen transmittieren oder reflektieren.
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Um
in der Objektebene selektiv auswählbare
Bereiche zu beleuchten, ist vorzugsweise ferner eine Steuerung vorgesehen,
um die Vielzahl von Lichtquellen bzw. die Vielzahl von Blendenelementen
selektiv derart zu betätigen,
daß lediglich
solche Hintergrund-Beleuchtungsstrahlen eingeschaltet sind, welche
die Objektebene innerhalb der ausgewählten Bereiche durchsetzen.
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Gemäß einem
dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß ein Strahlquerschnitt
des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
innerhalb eines Querschnitts des bildseitigen Strahlenbündels zwischen
wenigstens zwei Orten hin und her verlagerbar ist.
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Hierdurch
ist es möglich,
einen Winkel, den der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl mit einer Ebene
einschließt,
in der sich Zentralstrahlen von Beobachtungsstrahlenbündeln des
Mikroskops erstrecken, zu variieren und damit die Hintergrund-Beleuchtung
und die Erzeugung des Rotreflexes an sich während eines chirurgischen Eingriffs
sich ändernden
Konfigurationen des operierten Auges anzupassen.
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Hierzu
ist vorzugsweise ein Spiegel zum Umlenken des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
oberhalb des Objektivs quer zur optischen Achse desselben verlagerbar.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, innerhalb des bildseitigen Strahlenbündels eine
Lichtquelle zur Erzeugung des Hintergrund-Be leuchtungsstrahls anzuordnen,
wobei die Lichtquelle quer zur optischen Achse des Objektivs verlagerbar
ist.
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Vorzugsweise
ist ferner ein Licht-Farb-Sensor vorgesehen, auf den wenigstens
ein Teil des bildseitigen Strahlenbündels trifft, wobei der Licht-Farb-Sensor
ein eine Farbe des bildseitigen Strahlenbündels repräsentierendes Farbsignal erzeugt.
Eine Steuerung analysiert das Farbsignal und bestimmt in Abhängigkeit
von diesem den Ort des Strahlquerschnitts des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls.
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Unter
einem vierten Aspekt sieht die Erfindung vor, daß die Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung
einen Kollimator zur Änderung
einer Konvergenz des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls umfasst. Hierdurch
ist es möglich,
den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
auf der Retina des operierten Auges zu einem kleinen Fleck zu fokussieren.
Man hat herausgefunden, daß der
Rotreflex dann eine Hintergrund-Beleuchtung mit hohem Kontrast erzeugt,
wenn der Fleck auf der Retina, auf den der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
trifft, möglichst
klein ist. Durch die Änderbarkeit
der Konvergenz des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls kann ein solcher
kleiner Fleck auch bei einer Fehlsichtigkeit des Auges erzeugt werden,
solange die natürliche
Augenlinse noch nicht entfernt ist. Ferner kann auch bei entfernter
Augenlinse die Konvergenz des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls derart
angepasst werden, daß auch
dann ein kleiner Fleck auf der Retina beleuchtet wird.
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Vorzugsweise
ist eine Steuerung vorgesehen, um den Kollimator zur Änderung
der Konvergenz im Hinblick auf eine optimale Hintergrundbeleuchtung
automatisch anzusteuern. Hierzu ist ferner eine Kamera vorgesehen,
welche aus dem bildseitigen Strahlenbündel ein Bild gewinnt. Die
Steuerung stellt den Kollimator dann in Abhängigkeit eines Kontrastes des
von der Kamera aufgenommenen Bildes ein.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen
der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen
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1, 2, 3 ein
herkömmliches
Augenchirurgie-Mikroskopiesystem in schematischer Darstellung,
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4, 5 schematische
Darstellungen eines Teils eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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6 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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7 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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8 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung,
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9, 10 schematische
Darstellungen eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems gemäß einer fünften Ausführungsform
der Erfindung,
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11 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
sechsten Aus führungsform
der Erfindung,
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12 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
siebten Ausführungsform
der Erfindung,
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13 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
achten Ausführungsform
der Erfindung,
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14 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
neunten Ausführungsform
der Erfindung,
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15 eine
schematische Darstellung eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
gemäß einer
zehnten Ausführungsform
der Erfindung, und
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16, 17 jeweils
schematische Darstellungen weiterer Varianten eines Augenchirurgie-Mikroskopiesystems.
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Ein
in den 4 und 5 in einer schematischen Detailansicht
gezeigtes Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1 weist einen
Aufbau auf, der im Prinzip dem in 1 gezeigten
herkömmlichen
System ähnlich
ist. So ist eine Objektivanordnung 3 vorgesehen, um ein
von einer Objektebene 7 ausgehendes objektseitiges Strahlenbündel 11 in
ein bildseitiges Strahlenbündel 13 zu überführen. In
dem bildseitigen Strahlenbündel 13 sind
zwei Zoom-Systeme 15, 16 vorgesehen, welche jeweils
ein Beobachtungsstrahlenbündel 19 bzw. 20 aus dem
bildseitigen Strahlenbündel 13 herausgreifen,
um dieses jeweils einem in 4 nicht
dargestellten Okular zum Einblick für einen ersten Chirurgen zuzuführen. Zusätzlich zu
den Zoom-Systemen 15 und 16 sind zwei weitere
Zoom-Systeme 15', 16' vorgesehen,
um ebenfalls jeweils ein Beobachtungsstrahlenbündel 19' bzw. 20' aus dem bildseitigen Strahlenbündel 13 herauszugreifen
und diese Okularen für
einen zweiten Chirurgen zuzuführen,
so daß zwei
Chirurgen Einblick in das Mikroskopiesystem nehmen können, um
jeweils ein Bild eines zu operierenden Auges zu erhalten.
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Entlang
einer optischen Achse des Objektivs 3 ist zwischen den
Zoom-Systemen 15, 16, 15' und 16' und dem Objektiv 3 eine
Vielzahl von Lichtquellen 51 angeordnet, welche jeweils
eine Leuchtdiode 53 und eine Mikro-Kollimationslinse 55 umfassen.
Die Lichtquellen 51 sind in einer Ebene quer zur optischen
Achse 5 des Objektivs 3 jeweils entlang von Kreislinien 57 angeordnet,
welche optische Achsen 17, 18, 17' bzw. 18' der Beobachtungsstrahlenbündel 19, 20, 19' bzw. 20' umgeben.
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Eine
jede Leuchtdiode 53 emittiert rotes Licht, welches von
der der Leuchtdiode 53 zugeordneten Mikro-Kollimationslinse
zu einem im wesentlichen parallelen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 59 kollimiert
wird, welcher parallel zu der optischen Achse 5 auf das
Objektiv 3 zu verläuft.
Von dem Objektiv 3 werden die Hintergrund-Beleuchtungsstrahlen
jeweils derart umgelenkt, daß sie
innerhalb des objektseitigen Strahlenbündels 11 auf die optische
Achse 5 zu verlaufen und in der Objektebene 7 aufeinandertreffen.
Dort treten sie dann in das operierte Auge durch dessen Pupille
ein und treffen weiter auf die Retina des Auges, um dort den Rotreflex zu
erzeugen. Um die thermische Belastung des Auges zu reduzieren, emittieren
die Leuchtdioden 53 lediglich rotes Licht.
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Ferner
ist eine Steuerung 61 vorgesehen, welche die einzelnen
Lichtquellen 51 separat ein- und auschalten kann.
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Mit
der Steuerung 61 ist es möglich, die Lichtquellen 51 einzeln
und insbesondere gruppenweise an- und auszuschalten. So können insbesondere
die Gruppen von Lichtquellen 51 ausgeschaltet werden, welche um
ein Teilstrahlenbündel
herum angeordnet sind, welches gerade nicht von einem Chirurgen
zur Betrachtung benutzt wird.
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Ferner
ist es möglich,
Lichtquellen 51 auf Teilen der Kreise 57 auszuschalten,
um eine Hintergrundbeleuchtung mit besserem Kontrast zu erhalten.
Hierzu ist im Strahlengang eines jeden Teilstrahlenbündels 19, 20, 19', 20' ein teildurchlässiger Spiegel 63 angeordnet,
welcher aus dem jeweiligen Teilstrahlenbündel einen Teilstrahl auskoppelt,
mit dem über
eine Kameraoptik 65 auf einem CCD-Chip 67 ein
Bild der Objektebene 7 erzeugt wird. Die Steuerung 61 liest
den Kamerachip 67 aus und analysiert das von diesem gewonnene
Bild. Die Steuerung 61 schaltet dann selektiv einige der
Lichtquellen 51 aus, um das von der Kamera 67 gewonnene Bild
in Hinblick auf einen besseren Rotreflex zu optimieren.
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Nachfolgend
werden Varianten der bereits anhand der 1 bis 5 erläuterten
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Hierbei werden Komponenten, die Komponenten
der 1 bis 5 hinsichtlich ihres Aufbaus
und ihrer Funktion entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen,
zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen.
Es wird auf die gesamte vorangehende Beschreibung Bezug genommen.
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Ein
in 6 schematisch im Schnitt teilweise dargestelltes
Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1a umfasst in einem Gehäuse 71 eine
Objektivanordnung 3a und Zoom-Systeme 16a. Eine
Beleuchtungseinrichtung 35a stellt sowohl einen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43a zur
Erzeugung eines Rotreflexes und einen Normal-Beleuchtungsstrahl 45a zur
Be leuchtung einer Objektebene 7a des Objektivs 3a mit
Normallicht bereit. Hierzu umfasst die Beleuchtungseinrichtung 35a eine
Weißlichtquelle 76,
deren emittiertes Licht durch eine Kollimationsoptik 39a zu
einem leicht kollimierten Strahl 77 geformt wird. Der Strahl 77 durchsetzt
ein LCD-Array 79 aus
einzeln schaltbaren Flüssigkristallelementen,
welche jeweils Licht einer der Farben rot, grün und blau wahlweise transmittieren
lassen. In einem zentralen Bereich 73 des Flüssigkeitskristall-Arrays 79 sind
die Elemente derart geschaltet, daß lediglich rotes Licht transmittiert
wird. In einem um den Zentralbereich 73 ringförmig angeordneten
Bereich 75 sind die Elemente derart geschaltet, daß Licht
der Farben rot, grün
und blau, also insgesamt weißes
Licht, transmittiert wird. In der 6 ist der
durch den zentralen Bereich 73 transmittierte Strahl aus
rotem Licht schattiert dargestellt. Nach dem Passieren des Flüssigkristall-Arrays 79 treffen
die Strahlen auf einen Umlenkspiegel 81 und danach auf
einen weiteren über
dem Objektiv 3a angeordneten Umlenkspiegel 41a,
so daß sie
das Objektiv 3a durchsetzen und auf die Objektebene 7a zu
verlaufen. Der zentrale Strahl aus Rotlicht bildet den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43a,
welcher hinsichtlich seines Durchmessers und seiner Lage in der
Objektebene 7a so bemessen ist, daß er durch die Pupille 32a des
zu operierenden Auges 31a in das Auge eintritt, um die
Retina des Auges zu beleuchten und dort den Rotreflex zu erzeugen. Der
den Strahl 43a umgebende Strahl aus weißem Licht bildet den Normal-Beleuchtungsstrahl 45a zur üblichen
Beleuchtung der Objektebene 7a.
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Aus
einem Teilstrahlenbündel 20a des
bildseitigen Strahlenbündels
oberhalb des Objektivs 3a wird über einen halbdurchlässigen Spiegel 63a ein
weiterer Teilstrahl ausgekoppelt, um mittels einer Kamera 67a ein
Bild der Objektebene 7a aufzunehmen. Das aufgenommene Bild
wird von einer Steuerung 61a analysiert und im Hinblick
auf eine Optimierung des Rotreflexes ausgewertet. Die Steuerung 61a steuert
das Flüssigkristall-Array 79 an,
um die Lage und den Durchmesser des zentralen Bereichs 73 derart
anzupassen, daß der von
diesem transmittierte rote Lichtstrahl 43a auf die Gestalt
der Pupille 32a angepasst ist und somit die Erzeugung des
Rotreflexes optimiert ist. Der Lichtstrahl 43a tritt dann
durch den Querschnitt der Pupille oder einen Teil des Querschnitts
derselben in diese ein.
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Ein
in 7 schematisch dargestelltes Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1b weist
einen ähnlichen Aufbau
auf, wie das bereits anhand der 1 bis 3 erläuterte herkömmliche
System. So umfasst das Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1b ein
Objektiv 3b mit einer Objektebene 7b und Zoom-Systeme 16b,
wobei aus einem das Zoom-System 16b durchsetzenden Teilstrahl 20b über einen
Strahlenteiler 63b wiederum ein Teilstrahl auf eine Kamera 67b gerichtet
ist, um ein Bild der Objektebene 7b zur Analyse durch eine
Steuerung 61b zu gewinnen.
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Eine
Beleuchtungseinrichtung 35b erzeugt einen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43b sowie
einen Normal-Beleuchtungsstrahl 45b. Der Normal-Beleuchtungsstrahl 45b wird
von einer Weißlichtquelle 93 und
einem Kollimator 94 erzeugt und durch einen Spiegel 47b in
den Strahlengang oberhalb des Objektivs 3b eingekoppelt.
Durch das Objektiv 3b wird der Normal-Beleuchtungsstrahl 45 derart
umgelenkt, daß er
unter einem Winkel ε von
etwa 7° zur
Ebene der Beobachtungsstrahlen 19b, 20b auf die
Objektebene 7b zu verläuft.
Eine Abschattungsblende 87 deckt den Spiegel 47b teilweise
ab, um eine Intensität
des Normal-Beleuchtungsstrahls 45b zu ändern. Hierzu ist ein Aktuator 89 vorgesehen,
um die Abschattungsblende 87 in der Ebene des Spiegels 47b zu
verlagern. Der Aktuator 89 wird von einem von der Steuerung 61b kontrollierten
Treiber 91 betätigt.
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Der
Normalbeleuchtungsstrahl 45b kann, alternativ zu der vorangehenden
Beschreibung der in 7 gezeigten Ausführungsform,
auch durch eine LCD- oder DMD-Vorrichtung gesteuert werden, um dessen
Farbe und Intensität
einzustellen. Hierbei ist es auch möglich, den Normalbeleuchtungsstrahl
derart zu formen, daß im
Wesentlichen keine Strahlungsintensität in die Pupille des Auges
eintritt, wie dies bereits im Zusammenhang mit der anhand der 6 erläuterten
Ausführungsform
beschrieben wurde.
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Der
Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43b wird von einer Lichtquelle 95 und
zugehöriger
Kollimationslinse 96 erzeugt und über einen Spiegel 41b in
den Strahlengang oberhalb des Objektivs 3b eingekoppelt.
Ein Aktuator 83 ist vorgesehen, um den Spiegel 41b quer
zur optischen Achse 5b des Objektivs 3b zwischen
verschiedenen Orten zu verlagern, wobei zwei Orte bzw. Stellungen
des Spiegels 41b in 7 dargestellt
sind. Allerdings ist der Spiegel zwischen den beiden in 7 dargestellten
Orten durch den Aktuator 83 kontinuierlich verlagerbar,
um einen Winkel β,
den der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43b mit der Ebene
der Beobachtungsstrahlen 19b, 20b einschließt, in einem
Bereich von –2° bis +2° zu verändern. Der
Aktuator 83 wird von einem Treiber 85 angesteuert,
welcher von der Steuerung 61b kontrolliert wird.
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Obwohl
dies in 7 der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt ist, ist es auch möglich,
daß dem Spiegel 41b eine
Abschattungsblende zugeordnet ist, welche diesen über einen
separaten Antrieb steuerbar teilweise abdeckt, um eine Intensität des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43b zu ändern.
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Alternativ
oder ergänzend
zu dem Spiegel 41b kann auch hier eine LCD oder eine DMD
vorgesehen sein, um den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43b hinsichtlich
seiner Farbe oder/und seiner Gestalt, das heißt insbesondere seines Durchmessers
beim Eintritt in die Pupille, zu formen. So ist es möglich, daß im Wesentlichen
keine Intensität
des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43b auf die Ränder der
Pupille trifft, und somit im Wesentlichen seine gesamte Intensität in diese
und damit in das Auge eintritt.
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Nimmt
der Rotreflex während
des chirurgischen Eingriffs aufgrund einer Verlagerung des Auges
oder dgl. ab, so stellt die Steuerung 61b dies durch Analyse
des von der Kamera 67b gewonnenen Bildes fest und ändert die
Position des Umlenkspiegels 41b im Hinblick auf eine Optimierung
des Rotreflexes.
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Hierzu
kann nach folgendem Verfahren vorgegangen werden:
Die Steuerung
61b ermittelt
aus einem zentralen Bereich des von der Kamera
67b gewonnenen
Bildes die vorherrschenden Farben. Bei einem zufriedenstellenden
Rotreflex erfüllen
die Intensitäten
I für die
einzelnen Farben die folgenden Relationen:
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Die
Steuerung kann nun zur Feststellung einer Betätigungsrichtung des Aktuators,
in welcher eine Verbesserung des Rotreflexes eintritt, den Aktuator 83 zunächst willkürlich in
eine Richtung betätigen
und feststellen, ob das Ergebnis besser wird, d.h. beispielsweise
das Verhältnis
I(rot) zu I(blau) gegenüber
dem Verhältnis I(rot)
zu I(grün)
größer wird.
Ist dies der Fall, so wird die Bewegung in diese Richtung fortgesetzt,
andernfalls wird der Aktuator 83 in die umgekehrte Richtung
betätigt.
Dieses Verfahren kann solange fortgesetzt werden, bis ein Ort für den Spiegel 41b gefunden
ist, an dem sich ein Optimum für
die obigen Relationen für
den Rotreflex ergibt.
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Ein
durch eine nicht ganz optimale Stellung des Spiegels 41b erzeugter
Rotreflex hat unter anderem auch die Eigenschaft, daß eine von
der Kamera 67b registierte Leuchtintensität innerhalb
der Pupille nicht symmetrisch angeordnet ist. Insbesondere kann
sich hierbei eine in etwa halbmondförmige Ausleuchtung der Pupille
durch die Hintergrundstrahlung ergeben. Die Steuerung 61b kann
diese Asymmetrie in dem von der Kamera 67b gewonnenen Bild
analysieren und hieraus die Betätigungsrichtung
für den
Aktuator im Hinblick auf eine Optimierung des Rotreflexes direkt
ableiten, so daß das
vorangehend beschriebene Probieren mit den damit einhergehenden
Fehlversuchen nicht nötig
ist.
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Um
in dem von der Kamera aufgenommenen Bild den Rotreflex zu lokalisieren,
kann beispielsweise folgendes Verfahren eingesetzt werden:
Zunächst werden
die Pixel des Bildes markiert, welche eine geeignete Farbbedingung,
beispielsweise die vorangehend angegebenen Farbbedingungen, erfüllen. Hierbei
sind dann auch Pixel markiert, welche nicht innerhalb der Pupille
angeordnet sind und damit nicht zum Rotreflex beitragen. Beispielsweise
können
außerhalb
der Pupille angeordnete Blutgefässe
und dergleichen ebenfalls die Farbbedingung erfüllen. Andererseits kann es
auch sein, daß innerhalb
der Pupille angeordnete Pixel, welche in einem Bereich des Rotreflexes
liegen, die Farbbedingung nicht erfüllen. Es kann nun so vorgegangen
werden, daß das
Bild mit den darin vorgenommenen Markierungen einem Algorithmus
unterzogen wird, welcher Bereiche mit markierten Pixeln zusammenwachsen
lässt,
beispielsweise derart, daß ein
unmarkiertes Pixel, welches zwischen zwei benachbarten markierten
Pixeln angeordnet ist, ebenfalls markiert wird. Genauso können unmar kierte
Pixel, welche zwischen zwei mit Abstand von diesen angeordneten
Pixeln angeordnet sind, ebenfalls markiert werden. Dieser Vorgang
kann gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden. Es vergrößern sich
durch diese Behandlung die zusammenhängenden markierten Bereiche
in dem Bild. Nachfolgend kann durch einen weiteren Algorithmus der
größte zusammenhängende markierte
Bereich in dem Bild ermittelt werden, und es können dann diejenigen zusammenhängenden
Bereiche, welche nicht mit dem größten zusammenhängenden
Bereich verbunden sind, gelöscht
werden, das heißt
die Markierungen dieser Pixel werden aufgehoben. Es verbleibt dann
ein zusammenhängender
markierter Bereich des Bildes, welcher mit einer ausgesprochen guten
Wahrscheinlichkeit dem Rotreflex zuordenbar ist. Die Gestalt dieses
zusammenhängenden
Bereiches kann dann von der Steuerung analysiert werden, und die
Steuerung kann dann weiterhin auf Parameter der Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung
einwirken, um die Gestalt des zusammenhängenden Bereiches hin zu einer
einer Kreisfläche ähnlichen
Gestalt zu optimieren.
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Alternativ
zum Einsatz der Kamera 67b ist es auch möglich, lediglich
einen Farb-Punkt-Sensor einzusetzen, welcher im Unterschied zur
Kamera kein ortsauflösender
Detektor ist. Der Punkt-Sensor ist dann für die drei Farben empfindlich
und kann ebenfalls Farbsignale bereitstellen, wie dies vorangehend
für den
zentralen Bereich des von der Kamera aufgenommenen Bildes beschrieben
wurde.
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Zur
Erhöhung
einer Empfindlichkeit moduliert die Steuerung 61b eine
von der Rotlichtquelle 95 abgestrahlte Lichtintensität. Entsprechend
ist auch das von der Kamera 67b bzw. dem Punkt-Sensor gewonnene Farbsignal,
soweit es den Rotreflex repräsentiert,
intensitätsmoduliert.
Für die
Detektion des Rotreflexes kann die charakteristische Modulationsfrequenz
herausgefiltert werden, um die Empfindlichkeit insbesondere bei Verwendung
des Farbsensors zu erhöhen.
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Eine
weitere Verbesserung der Empfindlichkeit bzw. Selektion kann erreicht
werden, wenn die Aufnahme des Signals am Farbsensor mit einem Lock-in-Verfahren
erfolgt. Dabei ist dann vorzugsweise die Lichtquelle 95 phasensynchron
mit der Detektion am Farbsensor zu modulieren. Die Modulationsfrequenz
kann insbesondere so hoch gewählt
werden, daß die
entsprechende Intensitätsvariation
beim Blick durch das Mikroskop mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar
ist. Hierbei ist eine Modulation von weniger als 100 % ausreichend.
So genügt
es beispielsweise, der Intensität
des Hintergrund-Beleuchtungslichts eine Modulation von ±10 % von
dessen Intensität
aufzuprägen.
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Ferner
kann die Steuerung den Aktuator 89 über den Treiber 91 so
ansteuern, daß der
Anteil des Normal-Beleuchtungsstrahls 45b in einem optimierten
Verhältnis
zum Beleuchtungsstrahl des Rotreflexes steht. Dadurch kann erreicht
werden, daß eine
Erhöhung
bzw. Verbesserung des Kontrasts bezüglich des Rotreflexes zur Beleuchtung
des übrigen
Feldes stattfindet. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch möglich, die Intensitäten der
Quelle 93 im Hinblick auf eine Erleichterung der Bildauswertung
zu modulieren, wie dies vorangehend bereits beschrieben wurde.
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Ein
in 8 schematisch dargestelltes Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1c weist
einen ähnlichen Aufbau
auf, wie das anhand der 1 bis 3 erläuterte herkömmliche
System. Über
einen Lichtleiter 37c zugeführtes weißes Licht wird mittels einer
Kollimationsoptik 39c kollimiert, und aus dem kollimierten
Lichtstrahl 40c wird ein Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43c und
ein Normal-Beleuchtungsstrahl 45c in den Strahlengang oberhalb
eines Objektivs 3c eingekoppelt. Hierzu ist in dem von
der Kollimationsoptik 39c erzeugten Strahl 40c ein
wellenlängenselektiver
Strahlteiler 48 angeordnet, welcher rotes Licht passieren
lässt und
das verbleibende Licht derart ablenkt, daß es parallel zur optischen
Achse 5c des Objektivs 3c auf dieses trifft, um den
Normal-Beleuchtungsstrahl 45c zu bilden. Das den wellenlängenselektiven
Strahlteiler 47c passierende rote Licht wird entsprechend
durch einen Umlenkspiegel 41c umgelenkt, um ebenfalls parallel
zur optischen Achse auf das Objektiv 3c zu treffen und
den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43c zu bilden. Letzterer
verläuft unter
einem Winkel von etwa 0° bis
2° zur Ebene
von Beobachtungsstrahlen 19c, 20c auf die Objektebene 7c zu,
während
zwischen dem Strahl 45c und der Ebene der Beobachtungsstrahlen 19c, 20c ein
Winkel ε von etwa
7° eingeschlossen
ist.
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In
der Objektebene 7c überlagern
sich die zuvor wellenlängenselektiv
aufgeteilten Beleuchtungsstrahlen 43c und 45c zu
weißem
Licht.
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Auch
hier ist es möglich,
wie vorangehend anhand der 7 erläutert, den
Spiegel 41c durch einen Aktuator im Hinblick auf eine Optimierung
des Rotreflexes quer zur optischen Achse 5c zu verlagern.
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In 9 ist
eine Variante des in 8 gezeigten Augenchirurgie-Mikroskopiesystems
schematisch dargestellt. Im Unterschied hierzu ist ein wellenlängenselektiver
Strahlteiler 48d lediglich in einem Ausschnitt 49d eines
Spiegels 47d vorgesehen (siehe 10), um
rotes Licht passieren zu lassen, welches über einen Spiegel 41d oberhalb
eines Objektivs 3d in den Strahlengang des Systems 1d eingekoppelt
wird, um einen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43d zu bilden.
Ein von dem wellenlängenselektiven
Strahlteiler 48d reflektierter Teilstrahl bildet einen
Teilstrahl 45d' einer
Normal-Beleuchtung, während
ein Hauptteilstrahl 45d der Normal-Beleuchtung durch Umlenkung
an dem den Strahlteiler 48d umgebenden Spiegel 47d in
den Strahlengang eingekoppelt wird.
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Eine
in 11 dargestellte Variante des in 9 gezeigten
Augenchirurgie-Mikroskopiesystems unterscheidet sich von diesem
dadurch, daß ein
wellenlängenselektiver
Strahlteiler 48e quer zu einer optischen Achse 5e eines
Objektivs 3e verlagerbar ist, um Intensitäten eines
Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43e und eines Normal-Beleuchtungsstrahls 45e relativ
zueinander zu variieren.
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In 12 ist
eine weitere Variante des in den 8 bis 11 gezeigten
Augenchirurgie-Mikroskopiesystems dargestellt. Auch bei dem in 12 gezeigten
System 1f werden in einer Beleuchtungseinrichtung 35f ein
Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43f und ein Normal-Beleuchtungsstrahl 45f durch
wellenlängenselektive
Strahlaufteilung erzeugt. Hierzu ist ein wellenlängenselektiver Strahlteiler 48f allerdings
hinter einem Ende einer Glasfaser 37f angeordnet, welche
der Beleuchtungseinrichtung 35f Weißlicht zuführt. Der Strahlteiler 48f lässt rotes
Licht passieren, welches durch eine Kollimationsoptik 39f' kollimiert
wird und über
einen Spiegel 41f oberhalb eines Objektivs 3f in
den Strahlengang des Systems eingekoppelt wird, um den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43f zu
bilden, welcher unter einem Winkel β von 0° bis 2° zur Ebene der Beobachtungsstrahlen 19f, 20f auf
die Objektebene 7f zu verläuft, um in einem Auge 31f eine
Rotreflex-Hintergrund-Beleuchtung bereitzustellen. Der von dem wellenlängenselektiven
Strahlteiler 48f reflektierte Teilstrahl wird durch einen
Spiegel 95 umgelenkt und durch eine Kollimationsoptik 39f kollimiert,
um über
einen Spiegel 47f parallel zur optischen Achse des Objektivs 3f umgelenkt
zu werden und den Normal-Beleuchtungsstrahl 45f zu bilden,
welcher unter einem Winkel ε von
etwa 7° zur
Ebene der Beobachtungsstrahlen 19f, 20f auf die
Objektebene 7f zu verläuft,
wo sich die Beleuchtungsstrahlen 43f und 45f überlagern.
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Ein
in 13 schematisch dargestelltes Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1g weist
einen ähnlichen Aufbau
auf, wie das in 9 gezeigte System. Auch hier
werden ein Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43g und ein Normal-Beleuchtungsstrahl 45g' durch wellenlängenselektive
Strahlteilung an einem Strahlteiler 48g erzeugt. Ein zusätzlicher
Normal-Beleuchtungsstrahl 45g wird über einen
Spiegel 47g eingekoppelt, wobei der zusätzliche Normal-Beleuchtungsstrahl 45g unter
einem größeren Winkel
zur optischen Achse auf eine Objektebene 7g einfällt als
der Normal-Beleuchtungsstrahl 45g'. Allerdings ist im Strahlengang
des Normal-Beleuchtungsstrahls 45g eine
zusätzliche
variable Optik 98 vorgesehen, um eine Größe des von
dem Beleuchtungsstrahl 45g beleuchteten Bereichs in der
Objektebene 7g ändern
zu können.
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Ein
in 14 schematisch dargestelltes Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1h weist
einen ähnlichen Aufbau
auf, wie das in 11 gezeigte System. Allerdings
werden hier ein Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43h und
ein Normal-Beleuchtungsstrahl 45h nicht durch einen wellenlängenselektiven
Strahlteiler erzeugt sondern durch verschiedenfarbige Lichtquellen,
deren Licht durch zwei Glasfasern 37h und 37h' einem Beleuchtungssystem 35h zugeführt wird.
Die Glasfaser 37h' führt rotes
Licht zu, welches durch eine Kollimationsoptik 39h' kollimiert
und über
einen Spiegel 41h über
einem Objektiv 3h in einen Strahlengang des Systems eingekoppelt
wird, um den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43h zu bilden,
welcher unter einem kleinen Winkel β von 0° bis 2° zur Ebene der Beobachtungsstrahlen 19h, 20h auf
die Objektebene 7h desselben zu verläuft. Die Glasfaser 37h führt grünes und
blaues, das heißt
das sichtbare Restspektrum, Licht zu, welches mittels einer Kollimationsoptik 37h kollimiert
und über
einen Spiegel 47h in den Strahlengang eingekoppelt wird,
um den Normal-Beleuchtungsstrahl 45h zu erzeugen, welcher
unter einem Winkel ε von
etwa 7° zur
Ebene der Beleuchtungsstrahlen 19h, 20h auf die
Objektebene 7h zu verläuft,
um sich auf dieser mit dem Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43h zu
Weißlicht
zu ergänzen.
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Ein
in 15 schematisch dargestelltes Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1i weist
einen ähnlichen Aufbau
auf, wie das in 11 gezeigte System. Allerdings
umfasst hier eine Kollimationsoptik 39i' für einen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43i zwei
entlang ihrer optischen Achse verlagerbare Linsengruppen 99,
um eine Konvergenz des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43i zu ändern. Hierdurch
ist es möglich,
den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43i derart zu kollimieren,
daß er
auf einer Retina 34i eines operierten Auges 31i fein fokussiert
ist, um eine besonders kontrastreiche Rotreflex-Hintergrund-Beleuchtung
in einer Objektebene 7i im Bereich der Pupille des Auges 31i zu
erzeugen.
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Ferner
ist in dem Strahlengang des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43i ein
Polarisator 120 angeordnet, welcher mittels eines von der
Steuerung 61i kontrollierten Antriebs 121 um die
Strahlachse verdrehbar ist. Hierdurch ist es möglich, dem Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43i eine
im Hinblick auf die Sichtbarmachung des Rotreflexes optimierte Polarisation
aufzuprägen.
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Zur
weiteren Verbesserung der Sichtbarmachung des Rotreflexes ist in
den Strahlen 19i, 20i jeweils vor dem Strahlteiler 63i ein
weiterer als Analysator wirkender Polarisator 122 vorgesehen,
welcher durch einen Antrieb 12 der ebenfalls von der Steuerung 61i kontrolliert
wird, aufreibbar ist. Der Polarisator 122 ist durch den
Antrieb 123 ebenfalls um die Achsen der Strahlen 19i, 20i verdrehbar,
und durch eine Einstellung der Orientierungen der beiden Polarisatoren 121 und 122 ist
eine optimierte Sichtbarmachung des Rotreflexes möglich.
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Ferner
kann das in 15 schematisch dargestellte
Augenchirurgie-Mikroskopiesystem 1i derart betrieben werden,
daß beispielsweise
durch Verlagern bzw. Verschwenken des Spiegels 41i der
durch den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43i auf der Retina 34i erzeugte
Leuchtfleck periodisch hin- und
herbewegt wird, um eine thermische Belastung der Retina an den beleuchteten
Orten zu reduzieren.
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Ein
durch den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 45i auf der Retina 34i erzeugter
Leuchtfleck hat hierbei einen möglichst
geringen Durchmesser, beispielsweise einen Durchmesser von weniger
als 1,5 mm. Ein kleinster Durchmesser des Leuchtflecks ist lediglich
durch eine maximale Strahlungsbelastbarkeit der Retina 34i limitiert
und hängt
damit auch von der Intensität
des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 45i ab.
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Hierzu
wird die Verlagerung der beiden optischen Elemente 99 durch
eine Steuerung 61i kontrolliert, welche ein durch eine
Kamera 67i gewonnenes Bild der Objektebene 7i auswertet.
Die Auswertung und Ansteuerung der Kollimationsoptik erfolgt dann
dahingehend, die Qualität
der Rotreflex-Hintergrund-Beleuchtung zu optimieren.
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Um
ein nachfolgend beschriebenes Optimierungsverfahren durchzuführen, ist
ein Spiegel 41i zur Einkopplung des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43i quer
zu einer optischen Achse des Objektivs 3i verlagerbar,
um den Auftreffort des Strahls 43i auf der Retina 34i zu ändern. Die
Steuerung 61i stellt die Position des Spiegels 41i über einen
Antrieb 125 zunächst
so ein, daß eine
sichtbare Schattengrenze der Rotlicht-Beleuchtung in der Mitte einer
Pupille 32i des Auges 31i positioniert ist. Sodann
wird ein Aktuator für die
beiden verlagerbaren Elemente 99 solange betätigt, bis
die Schattengrenze mit einem möglichst
starken Kontrastanstieg in dem durch die Kamera 67i gewonnenen
Bild erscheint. Es ist dann der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl 43i auf
einen besonders kleinen Fleck auf der Retina 34i des Auges 31i fokussiert
und damit eine im Wesentlichen optimale Einstellung der Konvergenz
des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls 43i gefunden. Sodann
wird die Position des Spiegels 41i durch die Steuerung 61i wieder
zurückgestellt,
so daß die
Rotreflex-Hintergrund-Beleuchtung die Pupille 32i des Auges
homogen ausleuchtet. Die Verlagerung des Spiegels ist hierbei nicht
auf eine translatorische Verlagerung beschränkt und kann auch eine Verdrehung
bzw. Verkippung umfassen.
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In 17 ist
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Augenchirurgie-Mikroskopiesystems 1k schematisch
dargestellt. Dieses umfaßt
wiederum eine Mikroskopieoptik mit einem Objektiv 3k und
eine Beleuchtungseinrichtung 35k, welche in 17 schematisch
lediglich als Block dargestellt ist. Die Beleuchtungseinrichtung 35k stellt
unter anderem einen Hintergrund-Beleuchtungsstrahl zur Beobachtung
eines Rotreflexes eines Auges 31k bereit und kann einen
Aufbau und eine Funktion aufweisen, wie dies in den vorangehend
anhand der 4 bis 15 beschriebenen
Beleuchtungseinrichtungen erläutert
wurde.
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Die
Beobachtung des untersuchten Auges 31k erfolgt zum einen
durch Okulare 27k des Mikroskopiesystems, denen Licht in
Form von einem linken Teilstrahlenbündel 19k bzw. rechten
Teilstrahlenbündel 20k über Zoomsysteme 15k bzw. 16k zugeführt wird.
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In
dem linken Teilstrahlenbündel 19k ist
ein Strahlteiler 151 vorgesehen, um einen Strahl 153 auszukoppeln,
welcher durch einen weiteren Strahlteiler 155 in weitere
Teil strahlen 157 und 159 aufgeteilt wird. In dem
Strahl 157 ist eine Kameraadapteroptik 161 vorgesehen,
um den Strahl 157 einer Kamera 163 derart zuzuführen, daß diese
ein Bild der Objektebene 7k aufnehmen kann. Von der Kamera 163 gewonnene
Bilddaten werden über
eine Datenleitung 164 einer Steuerung 61k zugeführt. Der
Teilstrahl 159 wird durch eine Kameraadapteroptik 165 einer
weiteren Kamera 167 ebenfalls zugeführt, daß diese Bilder der Objektebene 7k aufnehmen
kann. Durch die Kamera 167 gewonnene Bilddaten werden durch
eine Datenleitung 168 ebenfalls an die Steuerung 61k übertragen.
Hierbei ist in dem Strahl 159 ein Filter 169 angeordnet,
dessen Transmissionscharakteristik auf die Farbe des durch die Beleuchtungseinrichtung 35k bereitgestellten
Hintergrund-Beleuchtungsstrahls abgestimmt ist. So läßt der Filter 169 solche
Wellenlängen
im wesentlichen nicht passieren, welche in dem Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
auch nicht enthalten sind. Die durch die Kamera 167 aufgenommenen
Bilder sind damit Intensitätsverteilungen,
welche im wesentlichen durch den Rotreflex hervorgerufen sind. Diese
Bilder von unter Umständen
schwacher Intensität
werden in den Strahlengang des Teilstrahls 19k verstärkt eingekoppelt,
indem die Steuerung 61k die entsprechenden Bilddaten über eine
Datenleitung 171 an eine LCD-Anzeige 173 übermittelt,
welche die Daten als Bilder darstellt, welche dann über eine
Kollimationsoptik 175 und einen Einkoppelspiegel 177 in Überlagerung
gebracht werden mit dem Strahlengang des Strahls 19k, und
zwar derart, daß ein
Betrachter, der in das linke Okular 27k Einblick nimmt,
sowohl ein direktes optisches Abbild der Objektebene 7k wahrnimmt,
wie es durch den Strahl 19k zum Okular hin transportiert
wird, als auch das durch die Kamera 167 aufgenommene Rotreflexbild
verstärkt
und in Überlagerung
mit dem unmittelbaren Bild wahrnehmen kann.
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Die
Aufnahme der Rotreflexbilder durch die Kamera 167 und deren
Einkopplung in den Strahlengang durch die Anzeige 173 hat
folgende Vorteile: Es kann die Intensität des Hintergrund-Beleuchtungslichtstrahls, der
von der Beleuchtungseinrichtung 34k bereitzustellen ist,
soweit gesenkt werden, daß der
Hintergrund-Beleuchtungslichtstrahl auch bei feiner Fokussierung
auf die Retina des Auges 31k dort keine Schädigung hervorruft.
Hierdurch ist es somit möglich,
den Hintergrund-Beleuchtungstrahl zu einem besonders kleinen Fleck auf
der Retina zu fokussieren, um ein möglichst kontrastreiches Rotreflexbild
zu erzeugen. Dieses wird dann auch bei geringer Intensität durch
die Kamera 167 mit hoher Qualität aufgenommen und für die Betrachtung in
den Strahlengang 19k verstärkt wieder eingekoppelt. Die
Kamera 167 kann hierzu auch einen Lichtverstärker, wie
etwa eine Vielkanalplatte oder dergleichen, umfassen.
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Ferner
ist es hierdurch möglich,
für den
Hintergrund-Beleuchtungstrahl Wellenlängen einzusetzen, welche mit
dem menschlichen Auge direkt nur schlecht oder gar nicht wahrnehmbar
sind. Dies sind beispielsweise Wellenlängen des nahen Infrarot oder
des Infrarot. Die Kamera 167 ist dann für diese Wellenlängen empfindlich,
und es können
durch diese Kamera 167 somit Intensitätsbilder bei diesen Wellenlängen aufgenommen
werden. Die entsprechenden Bilddaten werden von der Steuerung 61k umgesetzt
in eine durch das menschliche Auge wahrnehmbare Farbe, beispielsweise
grüne Farbe
und dann als zum Beispiel grüne
Bilder durch die Anzeige 173 dargestellt. Es hat sich nämlich gezeigt,
daß die
Retina des menschlichen Auges auch im Bereich des nahen Infrarot
und des Infrarot eine hohe Reflektivität aufweist, was somit diese
Strahlung auch als Hintergrund-Beleuchtungsstrahlung geeignet macht.
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Ebenfalls
in dem rechten Teilstrahl 20k sind Strahlteiler 151 und 177 angeordnet,
um einen Teilstrahl auf Kameras 163 und 167 auszukoppeln
und von einer weiteren LCD-Anzeige 173 erzeugte Darstellungen
in den Strahl 20k wieder einzukoppeln. Der Aufbau der Kameras 167, 163 und
der Anzeige 173 sowie der zugehörigen optischen Komponenten
für den
rechten Teilstrahl 20k ist symmetrisch zu dem vorangehend
erläuterten
Aufbau für
den linken Teilstrahl 19k. Der Betrachter, der in die Okulare 27k Einblick
nimmt, erhält
somit eine stereoskopische Darstellung des Rotreflexbildes.
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Die
Kameras 163 sind Normallichtkameras und dienen dazu, Bilder
von der Objektebene 7k aufzunehmen, die den Bildern entsprechen,
die ein Betrachter bei Einblick direkt in die Okulare 27k wahrnimmt.
Die von den Kameras 163 aufgenommenen Bilder bzw. deren
Bilddaten werden allerdings von der Steuerung 61k über eine
Datenleitung 181 an eine kopfgetragene Anzeigevorrichtung
("head mounted display") 183 übertragen und
dort durch in die Anzeigevorrichtung 183 integrierte Bildschirme,
welche schematisch in 17 mit 185 für das rechte
Auge des Benutzers und 186 für das linke Auge des Benutzers
bezeichnet sind, dargestellt. Damit erhält der die Anzeigevorrichtung 183 tragende
Benutzer, der keine Gelegenheit hat, in die Okulare 27k direkt
Einblick zu nehmen, ebenfalls eine stereoskopische Darstellung der
Objektebene 7k. Die Steuerung 61k bereitet dabei
die an die Vorrichtung 183 übertragenen Bilddaten derart
auf, daß in
den durch diese Daten repräsentierten
Bildern die von den Kameras 167 und 163 aufgenommenen
Bilder überlagert
sind, so daß auch der
die Anzeigevorrichtung 183 tragende Benutzer eine Darstellung
der Rotreflexbilder wahrnimmt, beispielsweise in grüner Farbe.
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Im
Hinblick auf eine weitere Reduzierung der thermischen Belastung
der Retina des Auges 31k aufgrund des Hintergrund-Beleuchtungsstrahls
ist es möglich,
daß die
Beleuchtungseinrichtung 35k den Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
nicht mit gleichförmiger
Intensität
sondern mit modulierter, beispielsweise gepulster Intensität emittiert.
Hierbei sind dann die Beleuchtungspulse synchronisiert mit Integrationszeiten
der Kameras 167, und zwar derart, daß der Hintergrund-Beleuchtungsstrahl
im wesentlichen abgeschaltet ist, wenn die Kameras 167 eine
Totzeit aufweisen, während
welcher Totzeiten die Kameras 167 auftreffendes Licht nicht
integrieren.
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In
den vorangehend beschriebenen Beispielen werden die Beleuchtungsstrahlen
entweder durch einen Spiegel über
dem Objektiv des Mikroskopiesystems in den Strahlengang desselben
eingekoppelt oder durch eine direkt an dem Objektiv erzeugte Lichtquelle
ohne Umlenkung an einem Spiegel so erzeugt, daß sie unmittelbar in dem Strahlengang
des Systems eingekoppelt sind. Diese beiden Methoden sind austauschbar, und
es kann jeweils ein Spiegel zur Einkopplung des Strahls durch eine
geeignete Lichtquelle zur unmittelbaren Erzeugung des Beleuchtungsstrahls
ersetzt werden und umgekehrt.
-
Ebenso
ist es möglich,
die Beleuchtungsstrahlen so zu führen,
daß sie
das Objektiv nicht durchsetzen sondern neben diesem vorbei auf die
Objektebene zu verlaufen. Hierzu können insbesondere auch Einschnitte oder
Ausnehmungen in den Linsen der Objektivanordnung vorgesehen sein,
um den Beleuchtungsstrahlen einen freien Durchtritt durch die Objektivanordnung
zu erlauben.
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In 16 ist
eine weitere Variante einer Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung dargestellt.
Diese umfasst eine Lichtleitfaser 111, welche zum Beispiel
durch die Sklera eines Auges 31j in den Augenkörper bis
in die Nähe
der Retina 34j des Auges eingeführt wird. Die Lichtleitfaser 111 weist
ein derart abgewinkeltes Ende 113 auf, daß dieses
der Pupille 32j des Auges zuweist. von dem Faserende 113 abgestrahltes
Licht beleuchtet dann die Pupille und die im Bereich der Pupille 32j angeordnete
Linse 33j des Auges von hinten.
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Eine
weitere Variante einer solchen Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung
ist in 16 als Lichtleitfaser 111' eingetragen.
Diese ist derart ausgebildet, daß sie entlang des Augapfels
außerhalb
des Auges bis hinter die Retina 34j vorgeschoben werden
kann. Die Lichtleitfaser 111' weist
ebenfalls ein abgewinkeltes Ende 113' auf, so daß die Retina 34j von
hinten beleuchtet wird. Durch die Retina 34j hindurch tretendes
Licht beleuchtet dann wiederum die Pupille 32j bzw. die
Linse 33j von hinten.
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In
den vorangehenden Ausführungsformen
wird die Objektebene jeweils durch Okulare beobachtet, welchen das
von der Objektebene ausgehende Licht als Beobachtungsstrahlenbündel 19, 20 zugeführt wird. Es
ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vorgesehen, die
Objektebene nicht nur unmittelbar mit Okularen sondern alternativ
oder ergänzend
hierzu auch mit einem Videosystem zu beobachten, welches eine in
einem Beobachtungsstrahlenbündel
angeordnete Kamera umfasst, die ein Bild aufnimmt, welches einem Betrachter
durch eine Anzeigevorrichtung, wie etwa einen Standbildschirm oder
ein Head-Mounted-Display oder dergleichen, dargestellt wird.
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In
den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen eingesetzte Filter
sind jeweils als Transmissionsfilter ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, eine
einem Transmissionsfilter entsprechende Filterwirkung durch einen
Reflexionsfilter zu realisieren. Ein Filter im Sinne der vorliegenden
Anmeldung kann somit einen Transmissionsfilter und einen Reflexionsfilter
umfassen.
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Zusammenfassend
wird ein Augenchirurgie-Mikroskopiesystem mit einer Objektivanordnung
vorgeschlagen, welches eine Hintergrund-Beleuchtungseinrichtung
aufweist, um bei einem augenchirurgischen Eingriff, insbesondere
einer Kataraktoperation, eine sogenannte Rotreflex-Hintergrund-Beleuchtung
zu erzeugen.
