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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Gewinnung von Bildern in hoher Qualität des Augenfundus.
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Der Augenfundus ist die innere Auskleidung des Augapfels, einschließlich Netzhaut, Papille und Makula. Eine zur Fundus-Bildgebung verwendete Kamera weist üblicherweise eine Lichtquelle, einen Sensor und eine Objektivlinse sowie unter anderem zusätzliche optische Elemente auf. Zur Fundus-Bildgebung wird das Licht üblicherweise über eines der gleichen optischen Elemente, die für die Bildaufnahme verwendet werden, an den Fundus abgegeben. Das optische Element kann ein Linsenelement sein, das häufig Objektivlinse genannt wird.
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Einfallendes Licht wird jedoch an der Oberfläche der Objektivlinse, Hornhaut, Vorder- und Rückseite der Augenlinse reflektiert; dieses reflektierte Licht wird häufig als „Geisterreflexionen“ beschrieben. Diese verschleiernden „Geisterreflexionen“ werden dann häufig durch den Sensor aufgenommen, was die Qualität des erfassten Fundusbildes verringert. Dies wird üblicherweise korrigiert, indem die Lichtquelle derartig abgedeckt wird, dass nur der Abschnitt der Objektivlinse, der den Augenfundus abbilden oder beleuchten wird, verwendet wird, während Abschnitte der Linse, die die verschleiernden Reflexionen erzeugen, nicht verwendet werden. Es ist jedoch schwierig, Reflexionen unter Verwendung einer abgedeckten Lichtquelle zu eliminieren, und ein Bild in guter Qualität, das anschließend von medizinischen Fachkräften zur Diagnose und Überwachung von Augenerkrankungen verwendet werden kann, ist daher unter Verwendung dieses Aufbaus schwierig zu gewinnen. Um diese verschleiernden Reflexionen zu vermeiden, können daher auch komplexe Anordnungen von Spiegeln, Polarisatoren und Beschichtungen optischer Elemente notwendig sein. Diese Anordnungen erhöhen jedoch die Komplexität des Bildgebungssystems, was Herstellungs- und Reparaturkosten erhöht. Zudem neigt ein komplexeres Bildgebungssystem dazu, weniger tragbar zu sein und eine spezielle Umgebung zu benötigen, in der es installiert, betrieben und gewartet werden kann. Für viele Menschen ist der Zugang zu diesen Diensten jedoch sehr schwierig, wenn sie in abgelegenen Gebieten leben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bildgebungssystem zur Bildgebung eines Augenfundus vorgesehen, wobei das Auge eine optische Achse besitzt, wobei das System aufweist:
- eine Lichtquelle,
- einen Beleuchtungspfad, entlang dessen sich Licht von der Lichtquelle zu dem Auge bewegt,
- einen Lichtsensor und eine Bildgebungsoptik, die eine Bildgebungsachse definieren,
- mindestens eine mit der optischen Achse ausgerichtete Objektivlinse;
wobei zumindest ein Teil des Beleuchtungspfads im Wesentlichen koaxial mit der Bildgebungsachse ist und die optische Achse in Bezug auf die Bildgebungsachse geneigt ist.
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Somit ist für den Fachmann ersichtlich, dass gemäß der Erfindung Reflexionen von Licht an der Objektivlinsenoberfläche nicht entlang der Bildgebungsachse zurückreflektiert werden, sondern vielmehr um den Neigungswinkel zwischen dem Beleuchtungspfad und der optischen Achse (und somit der Achse der Objektivlinse) von der Achse weg abgelenkt werden. Unerwünschte verschleiernde „Geisterreflexionen“ werden daher nicht durch den Sensor aufgenommen. Die Objektivlinse kann sowohl zur Beleuchtung als auch zur Bildgebung verwendet werden, und daher wird jegliche Reflexion von der Linsenoberfläche von der Beleuchtung nicht zu dem Sensor zurückreflektiert. Systeme des Standes der Technik verwenden üblicherweise komplizierte optische Elemente, wie beispielsweise einen gelochten Kopplungsspiegel und eine Schwarzpunktmaske, um verschleiernde Reflexionen zu verhindern. Dies bedeutet, dass zumindest bei Ausführungsformen der Erfindung die optische Ausbildung vereinfacht werden kann, da derartige Elemente nicht notwendig sind, um die verschleiernden Reflexionen zu verhindern. Vereinfachen der optischen Ausbildung kann die mechanische Komplexität, Größe und Gewicht einer Bildgebungseinrichtung, die das Bildgebungssystem gemäß der Erfindung aufweist, reduzieren, was die Tragbarkeit verbessert und die Kosten einer solchen Bildgebungseinrichtung reduziert. Bei einigen Ausführungsformen weist die Objektivlinse eine optische Objektivachse auf, die parallel zu der Bildgebungsachse ist, aber nicht notwendigerweise mit dieser zusammenfällt.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen befindet sich die Lichtquelle nicht auf derselben Achse wie der Sensor und die Bildgebungsoptik, die die Bildgebungsachse definieren. Dies kann die Ausbildung der Lichtquelle, die zur Beleuchtung des Auges verwendet wird, vereinfachen. Bei einer Reihe von Ausführungsformen, bei denen sich die Lichtquelle auf derselben Bildgebungsachse wie der Sensor und die Bildgebungsoptik befindet, wird eine Ringlichtquelle verwendet. Dies wäre üblicherweise notwendig, um zu ermöglichen, dass der Sensor das Auge unter Verwendung des von dem Augenfundus reflektierten Lichts abzubilden, ohne dass die Lichtquelle dieses reflektierte Licht daran hindert, den Sensor zu erreichen, wo das Bild aufgenommen wird. Bei einer Reihe derartiger Ausführungsformen weist das Bildgebungssystem ferner einen Strahlenteiler auf. Der Strahlenteiler kann beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel, normales Glas oder ein Spiegel mit anderen optischen Beschichtungen sein. Der Strahlenteiler kann verwendet werden, um von der Lichtquelle ausgestrahltes Licht derartig umzuleiten, dass der Teil des Beleuchtungspfads, auf dem sich das Licht nach Durchlaufen des Strahlenteilers bewegt, im Wesentlichen koaxial mit der Bildgebungsachse ist. Bei einer anderen Reihe von Ausführungsformen ist die Lichtquelle ein Satz einzelner Punktquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LED)-Chips, die in einer Ringform angeordnet sind.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen ist die Objektivlinse geneigt und von der Bildgebungsachse dezentriert. Die optische Achse des Auges ist bei solchen Ausführungsformen daher nicht mit der Mitte der Objektivlinse ausgerichtet. Der größte Teil des auf das Auge einfallenden Lichts und von dem Auge reflektiertes Licht durchläuft daher entweder die obere oder die untere Hälfte der Objektivlinse. Als Folge der geneigten optischen Achse des Auges kann ein Dezentrieren der Linse dem Licht, das entlang des Beleuchtungspfads zu dem Auge verläuft, und dem von dem Fundus zurückreflektierten Licht erlauben, entlang der Bildgebungsachse zu dem Sensor zu verlaufen.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen sind ein oder mehrere Motoren vorgesehen, um zumindest einen Teil der Bildgebungsoptik entlang der Bildgebungsachse zu bewegen. Bei einer Reihe von Ausführungsformen umfasst die Bildgebungsoptik eine oder mehrere zusätzliche Bildgebungslinsen. Dies kann die Abweichungen in der Brechkraft der Linsen menschlicher Augen sowie die Abweichungen in der Größe und Form der Augen kompensieren, die andernfalls zu einem Bild auf dem Sensor führen können, das nicht scharf eingestellt ist.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist das Bildgebungssystem ferner zusätzliche optische Elemente auf, wie beispielsweise Linsenelemente, eine Aperturblende, einen Filter, eine Sehfeldblende und eine Apertur. Die Linsenelemente, Aperturblende, Filter und Sehfeldblende können mit der Lichtquelle ausgerichtet sein. Die Sehfeldblende kann die Lichtmenge, die weitere optische Elemente in dem Bildgebungssystem durchläuft, steuern und begrenzen. Die Lichtintensität muss hoch genug sein, so dass das Signal-Rausch-Verhältnis des auf dem Sensor aufgenommenen Bildes hoch ist. Der Filter kann verwendet werden, um jegliche Wellenlängen des einfallenden Lichts, die nicht für die Bildgebung zu verwenden sind, herauszufiltern. Die Sehfeldblende kann verwendet werden, um die Größe/Winkelbreite des Objekts (des Augenfundus), das durch das Bildgebungssystem abgebildet wird, zu begrenzen. Die Sehfeldblende kann derartig eingestellt sein, dass ein bestimmtes Sichtfeld des Augenfundus durch das Bildgebungssystem abgebildet wird. Die Apertur kann mit einem transparenten Bereich innerhalb der Pupille des Auges ausgerichtet sein, so dass nur von dem Fundus reflektiertes und diese besondere Öffnung durchlaufendes Licht den Sensor erreichen wird.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist das Bildgebungssystem ein oder mehrere keilförmige optische Elemente auf. Da die optische Achse weg von der Bildgebungsachse geneigt ist und die eine oder mehreren Objektivlinsen in Bezug auf die optische Achse dezentriert sind, wird das auf den Sensor einfallende Bild verzerrt und teilweise unscharf sein. Falls beispielsweise eine Objektivlinse derartig dezentriert ist, dass Licht nur die obere Hälfte durchläuft, wird dann das Licht im unteren Teil des Bildes im Vergleich zu dem oberen Teil eine längere Strecke innerhalb des Linsenmaterials zurückgelegt haben. Keilförmige optische Elemente zwischen der Objektivlinse und dem Sensor werden daher diesen Effekt kompensieren, so dass das auf dem Sensor erfasste Bild scharf fokussiert und weniger verzerrt ist.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen ist die Lichtquelle eingerichtet, Licht mit einer ersten Wellenlänge zum Scharfstellen und mit einer zweiten Wellenlänge zur Bildgebung auszustrahlen. Bei einer Reihe von Ausführungsformen ist Licht mit der ersten Wellenlänge Infrarot (IR)-Licht und Licht mit der zweiten Wellenlänge sichtbares Licht. Das sichtbare Licht kann Weißlicht oder Rot, Grün und Blau sein, das verwendet wird, um RGB-Bilder zu erzeugen, oder es kann eine einzelne Wellenlänge oder andere Kombination von Wellenlängen sein. Sichtbares Licht veranlasst die Pupille des Auges, sich zusammenzuziehen, wohingegen Infrarotlicht dies nicht tut, da es für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Daher kann Infrarotlicht durch das Bildgebungssystem verwendet werden, die Position der einen oder mehreren Bildgebungslinsen zur Scharfstellung einzustellen. Wenn die Scharfstellung erzielt worden ist, dann kann sichtbares Licht verwendet werden, um ein Bild aufzunehmen. Sichtbares Licht wird daher nur verwendet werden, um das Auge für einen kurzen Zeitraum zu beleuchten, während dessen es minimale Pupillenkontraktion geben wird. Es ist auch möglich, ein multispektrales Bild des Fundus aufzunehmen, d.h. mehrere Fotos enger Wellenlänge, beispielsweise mehrere Bilder unterschiedlicher infraroter und sichtbarer Wellenlänge, um einen besseren Kontrast zwischen den Merkmalen des Fundus im Zusammenhang mit bestimmten Beschwerden, Blutgefäßen und Hintergrundgewebe des Fundus im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Verfahren zur sichtbaren Bildgebung zu schaffen.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen sind die eine oder mehreren Objektiv- und zusätzlichen Bildgebungslinsen achromatisch. Bei einem normalen Bildgebungssystem wird sich mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgestrahltes Licht unterschiedlich verhalten, während es mit unterschiedlichen optischen Elementen interagiert. Ein derartiger Effekt ist die chromatische Aberration. Falls eine Wellenlänge verwendet wird, um das Licht durch Bewegen der Bildgebungslinsen zu fokussieren, dann kann das Licht, wenn eine zweite Wellenlänge zur Bildgebung verwendet wird, aufgrund der unterschiedlichen Brennweiten bei unterschiedlichen Wellenlängen bei dieser Wellenlänge an sich nicht mehr scharfgestellt sein. Ein achromatisches optisches System begrenzt den Einfluss chromatischer Aberrationen derartig, dass Licht durch das achromatisch eingestellte optische System gleichermaßen bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen fokussiert sein wird. Die gebräuchlichste Art achromatischer Linse ist das achromatische Doublet, das aus zwei einzelnen Linsen besteht, die aus Gläsern mit unterschiedlichen Dispersionsbeträgen bestehen. Üblicherweise ist ein Element ein negatives (konkaves) Element mit relativ hoher Dispersion und ist das andere ein positives (konvexes) Element mit geringerer Dispersion. Die Linsenelemente sind nebeneinander montiert, oft miteinander zementiert und so geformt, dass die chromatische Aberration des einen durch die des anderen ausgeglichen wird.
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Um unerwünschte Reflexionen von der Linsenoberfläche zu dem Bildaufnahmesensor zu entfernen oder zu reduzieren, ist die optische Achse um einen Winkel z.B. zwischen 5 und 80°, z.B. zwischen 10 und 60°, z.B. zwischen 20 und 40° weg von der Bildgebungsachse geneigt. Der verwendete Winkel kann in Abhängigkeit von Faktoren, wie beispielsweise das Material, aus dem die Linse hergestellt ist, oder die Wellenlänge des zur Bildgebung verwendeten Lichts, variieren. Falls der Winkel zu groß ist, kann es schwieriger sein, das verzerrte und verschlechterte Bild zu kompensieren, was zu einer geringeren Bildqualität führt. Zusätzliche optische Elemente können dann erforderlich sein, um das durch die geneigte Objektivlinse verursachte verzerrte und verschlechterte Bild zu kompensieren. Falls andererseits der Winkel zu klein ist, kann dann reflektiertes Streulicht noch problematisch sein oder können die kleinen Toleranzen, die zum Entfernen der verschleiernden Reflexionen erforderlich sind, schwer zu erzielen sein. Der Neigungswinkel kann daher gemäß der hinnehmbaren Komplexität (wie beispielsweise zusätzliche optische Elemente) des Bildgebungssystems optimiert werden. Dieser optimierte Winkel kann gerade hoch genug gewählt werden, dass das von der geneigten Linsenoberfläche reflektierte Licht, das am wenigsten von dem Bildgebungspfad wegreflektiert wird, nicht durch den Sensor aufgenommen wird.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist das Bildgebungssystem ferner eine dezentrierte Linse für erneute Bildgebung auf. Die dezentrierte Linse für erneute Bildgebung kann sich auf der Bildgebungsachse derartig bei dem Sensor befinden, dass Licht, das von dem Augenfundus reflektiert worden ist, vor Durchlaufen der dezentrierten Linse für erneute Bildgebung die geneigte Objektivlinse durchlaufen haben wird. Unter dezentrierter Linse für erneute Bildgebung wird derartig dezentriert verstanden, dass die Bildgebungsachse nicht mit einer Mitte der Linse für erneute Bildgebung ausgerichtet ist. Der größte Teil des reflektierten Lichts durchläuft daher entweder die obere oder die untere Hälfte der Linse für erneute Bildgebung. Die dezentrierte Linse für erneute Bildgebung kann ermöglichen, dass das Licht von dem Auge auf dem Sensor fokussiert wird. Die dezentrierte Linse für erneute Bildgebung kann wirken, um das durch die dezentrierte und geneigte Objektivlinse verursachte verschlechterte und verzerrte Bild derartig zu kompensieren, dass das auf den Sensor einfallende Bild verbessert wird. Ein verbessertes und nicht verzerrtes Bild kann den notwendigen Bildverarbeitungsumfang reduzieren und kann klarere Endbilder liefern, die es medizinischen Fachkräften ermöglichen, Diagnosen zu stellen und Erkrankungen effektiver zu überwachen.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen ist das Bildgebungssystem in eine Fundus-Bildgebungseinrichtung eingebraut. Das Gerät kann tragbar oder feststehend sein.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist die Bildgebungseinrichtung einen Prozessor auf, der die Bewegung der Bildgebungslinse(n) unter Verwendung eines Regelkreises automatisch steuert. Das Bild des Fundus kann von dem Regelkreis zum Scharfstellen verwendet werden. Das Scharfstellen kann auch manuell sein und die Verwendung der Motoren, um die Bildschärfe zu gewährleisten, kann von der Person erfolgen, die die Bildgebung unter Verwendung des Bildgebungssystems durchführt. Infrarotlicht kann verwendet werden, um den Fundus zum Zwecke der Einstellung der Bildgebungslinsen zu beleuchten, so dass sich die Pupille des Auges nicht zusammenzieht. Das Scharfstellen kann unter Verwendung eines Kontrastverfahrens erzielt werden, wobei, falls die Bewegung der Linse den Kontrast erhöht, dann die Bildschärfe verbessert worden ist. Zu diesem Zweck kann die Kontrastmaximierung „Bergsteigeralgorithmus“ („hill climbing“) oder „Gradientenanstieg“ („gradient ascent“) verwendet werden. Die Eingangsbilder können vor etwaigen Kontrastberechnungen aufgewertet werden, um das Bildrauschen in den Kontrastalgorithmen zu reduzieren. Das Phasendetektionsverfahren kann auch zum Scharfstellen verwendet werden, indem Phasendetektionspixel in dem Sensor verwendet werden. Zusätzlich können Lichtmuster aktiv auf den Fundus projiziert werden, um einen teilweise schlechten Kontrast in dem Fundus bei IR-Wellenlängen zu kompensieren. Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist die Bildgebungseinrichtung ferner einen Scharfstellungsmechanismus auf, der eine oder mehrere bewegliche Bildgebungslinsen aufweist.
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Bei einer weiteren Reihe von Ausführungsformen weist der Scharfstellungsmechanismus den Sensor auf, der relativ zu den anderen optischen Elementen beweglich ist.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen verwendet der Prozessor Software, um das verzerrte und verschlechterte Bild zu korrigieren. Die Software kann das Bild bei der Nachverarbeitung korrigieren, d.h. nachdem das Bild aufgenommen worden ist, um das durch die dezentrierte(n) und geneigte(n) Objektivlinse(n) verursachte verschlechterte Bild derartig zu kompensieren, dass das auf den Sensor einfallende Bild verbessert wird. Eine derartige Umsetzung kann das Speichern von Linsenverzerrungswerten als Kalibrierungsdaten in einem Speicher der Bildgebungseinrichtung erfordern. Nachdem das Bild durch den Sensor gelesen und an den Prozessor und den Speicher gesendet wurde, können Kalibrierungsdaten aus dem Speicher gelesen werden und können Korrekturwerte verwendet werden, um die optische Verzerrung zu beheben und möglicherweise andere Bildartefakte zu korrigieren.
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Durch Entfernen oder Reduzieren der Verzerrung durch die geneigte optische Achse kann das von dem Sensor gewonnene Bild leichter analysiert werden. Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist die Bildgebungseinrichtung ferner eine austauschbare Datenspeichereinrichtung auf, wie beispielsweise eine Flash-Speicherkarte. Dies kann es einem Benutzer ermöglichen, die gespeicherten Daten (wie beispielsweise Bilder des Augenfundus) von der Bildgebungseinrichtung zu einem Speichereinrichtungsleser zu übertragen (z.B. Einführen in einen Speicherkartensteckplatz). Die gespeicherten Bilder können daher von einer externen medizinischen Fachkraft analysiert werden.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen kann die Bildgebungseinrichtung mit einem externen System über eine drahtlose Verbindung kommunizieren (z.B. über eine Radiofrequenz (RF)-Verbindung, wie beispielsweise eine Verbindung, die den Bluetooth™-, Wi-Fi-, GSM-, 4G/5G-Standards entspricht). Die Bildgebungseinrichtung kann eingerichtet sein, gespeicherte Bilddaten von der internen oder austauschbaren Datenspeichereinrichtung zu übertragen. Ein externes System kann somit Bilder des Augenfundus des Patienten empfangen, die von Spezialisten an einem anderen Ort bewertet werden können. Die von der Bildgebungseinrichtung aufgenommenen Bilder können daher verwendet werden, um den Patienten an fachärztliche Behandlung oder weitere Nachuntersuchungen zu überweisen.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist die Bildgebungseinrichtung eine Prozessoranordnung auf, die programmiert ist, einen Algorithmus künstlicher Intelligenz durchzuführen, der aufgenommene Bilder analysiert und Information darüber liefert, ob eine weitere Überweisung notwendig ist.
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Bei einer Reihe von Ausführungsformen weist die Bildgebungseinrichtung ferner einen Bildschirm auf. Überweisungsinformation kann an der Bildgebungseinrichtung angezeigt werden. Die gleiche Information kann auch oder stattdessen über die drahtlose Verbindung einem externen System zugeführt werden. Die Prozessoranordnung könnte den zuvor beschriebenen Prozessor umfassen oder die Bildgebungseinrichtung könnte einen separaten Kl-Prozessor umfassen.
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Merkmale jedes Aspekts oder jeder Ausführungsform, die hierin beschrieben sind, können gegebenenfalls auf jeden Aspekt oder jede Ausführungsform, die hierin beschreiben sind, angewendet werden. Wenn auf unterschiedliche Ausführungsformen Bezug genommen wird, versteht es sich, dass diese nicht notwendigerweise verschieden sind, sondern sich überlappen können.
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Ein nicht einschränkendes Beispiel wird nunmehr lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems des Stands der Technik ist;
- 2 eine schematische Darstellung des Bildgebungssystems gemäß der Erfindung ist, das zur Bildgebung des Augenfundus verwendet wird;
- 3 eine schematische Darstellung einer Bildgebungseinrichtung ist, die das Bildgebungssystem gemäß der Erfindung verwendet;
- 4 eine schematische Darstellung des Bildgebungssystems gemäß der Erfindung ist, das optische Korrekturelemente umfasst;
- 5 eine schematische Darstellung des Bildgebungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, das optische Korrekturelemente reduzierter Größe verwendet;
- 6 eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, das eine ringförmige Lichtquelle verwendet;
- 7a eine Ausführungsform einer ringförmigen Lichtquelle ist, die eine einzige Quelle verwendet;
- 7b eine zweite Ausführungsform einer ringförmigen Lichtquelle ist, die mehrere einzelne Quellen verwendet.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems 2 eines Standes der Technik, das verwendet wird, den Fundus 4 eines Auges 6 des Patienten abzubilden. Das Bildgebungssystem 2 weist eine Lichtquelle 8, einen Teil einer Kamera bildenden Lichtsensor 10 und eine Objektivlinse 12 auf. Eine Bildgebungsachse 14 wird durch eine Linie definiert, die senkrecht zu dem Lichtsensor 10 ist und sich aus dessen Mitte erstreckt und mit der Achse der weiteren optischen Elemente 21 zusammenfällt. Die optische Achse 16 wird durch eine Linie definiert, die sich aus der Mitte der Makula durch die Mitte der Pupille des abzubildenden Auges 6 des Patienten erstreckt. Bei diesem bekannten Bildgebungssystem 2 sind sowohl die Bildgebungsachse 14 als auch die optische Achse 16 miteinander ausgerichtet. Ein Lichtstrahl bewegt sich von der Lichtquelle 8 zu dem Auge 6, wobei die einen Beleuchtungspfad 18 definierende Mitte des Strahls gezeigt ist und die Ränder des Strahls durch gestrichelte Linien 19 gezeigt sind. Optische Elemente 20 sind entlang des Beleuchtungspfads 18 zwischen der Lichtquelle 8 und dem Auge 6 derartig verteilt, dass das einfallende Licht die optischen Elemente 20 durchläuft, bevor es von dem Fundus 4 des Auges 6 des Patienten reflektiert wird. Beispiele für optische Elemente, die in einem solchen Bildgebungssystem 2 verwendet werden können, sind eine Aperturblende, ein Filter und eine Sehfeldblende.
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Um ein Bild des Fundus 4 zu erzeugen, sendet die Lichtquelle 8 einen Lichtimpuls aus, der die optischen Elemente 20 durchläuft. Das Licht wird dann durch einen Strahlenteiler 22 derartig reflektiert, dass der stromabwärtige Abschnitt des Beleuchtungspfads 18, entlang dessen das Licht geleitet wird, im Wesentlichen koaxial mit der Bildgebungsachse 14 ist. Der Strahlenteiler 22 leitet das einfallende Licht entlang der optischen Achse 16. Das einfallende Licht durchläuft dann die Objektivlinse 12 und wird durch sie auf den Fundus 4 des Auges 6 fokussiert. Das Licht wird dann von dem Fundus entlang der Bildgebungsachse 14 reflektiert. Dieses reflektierte Licht 28 durchläuft zurück die Objektivlinse 12, den Strahlenteiler 22 und weitere optische Elemente 21, die das reflektierte Licht 28 auf den Sensor 10 fokussieren. Der Sensor 10 nimmt daher ein Bild des Fundus 4 des Auges 6 auf, das weiter gespeichert und analysiert werden kann, falls das Bildgebungssystem 2 in einer Bildgebungseinrichtung mit Sender- und Speicherfähigkeiten verwendet wird.
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Da die Objektivlinse 12 mit der optischen Achse 16, der Bildgebungsachse 14 und einem Teil des Beleuchtungspfads 18 ausgerichtet ist, wird auf die Objektivlinse 12 einfallendes Licht von der Linsenoberfläche 24 entlang der Bildgebungsachse 14 und durch die optischen Elemente 21 und 22 zu dem Lichtsensor 10 zurückreflektiert. Sowohl die Linsenreflexionen 26 als auch reflektiertes Licht von dem Fundus 28 werden durch den Lichtsensor 10 aufgenommen. Dies reduziert die Qualität des aufgenommenen Bildes bei Systemen des Standes der Technik, da die Linsenreflexionen 26 optische Artefakte in das aufgenommene Bild einbringen oder das Signal-Rausch-Verhältnis des aufgenommenen Bildes reduzieren können.
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2 ist eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems 102, das verwendet wird, den Fundus 104 eines Patientenauges 106 gemäß der vorliegenden Erfindung abzubilden. Das Bildgebungssystem 102 weist eine Lichtquelle 108, einen Lichtsensor 110 und eine Objektivlinse 112 auf. Die Bildgebungsachse 114 ist mit der Mitte des Sensors 110 ausgerichtet. Die optische Achse 116 erstreckt sich durch die Mitte des abzubildenden Auges 106 des Patienten und ist weg von der Bildgebungsachse 114 geneigt, im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Bildgebungssystem 2 des Standes der Technik, bei dem die Bildgebungsachse 14 und die optische Achse 16 fluchtend sind. Wie zuvor definiert die Mitte des Strahls von der Lichtquelle 108 einen Beleuchtungspfad 118. Optische Elemente, die Beleuchtungslinsen 42, eine Aperturblende 30, einen Filter 32, eine Sehfeldblende 34 und einen Strahlenteiler 122 umfassen, sind derartig mit dem Beleuchtungspfad 118 ausgerichtet, dass von der Lichtquelle 108 einfallendes Licht diese Elemente entlang des Beleuchtungspfads 118 durchläuft. Die Ränder des einfallenden Strahls sind durch die gestrichelten Linien 119 gezeigt. Der Strahlenteiler 122 kann ein halbdurchlässiger Spiegel sein; andere optische Beschichtungen können auch verwendet werden oder der Strahlenteiler 122 kann aus Glas gebildet sein.
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Um ein Bild des Fundus 104 zu erzeugen, strahlt die Lichtquelle 108 einen Lichtimpuls aus, der die Aperturblende 30, den Filter 32, die Sehfeldblende 34, den Strahlenteiler 122 und die Objektivlinse 112, wie in 3 gezeigt, entlang des Beleuchtungspfads 118 durchläuft. Das Licht wird von dem Fundus 104 reflektiert und kehrt durch die Objektivlinse 112, den Strahlenteiler 122, die Apertur 38 und die Bildgebungsoptik 44 zurück, um ein Bild auf dem Sensor 110 zu erzeugen; die Ränder des reflektierten Strahls sind durch die gestrichelten Linien 27 gezeigt. Die Aperturblende 30, der Filter 32 und die Sehfeldblende 34 sind mit der Lichtquelle 108 und dem Beleuchtungspfad 118 ausgerichtet. Die Apertur 38 und Bildgebungsoptik 44 sind mit dem Sensor 110 und der Bildgebungsachse 114 ausgerichtet.
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Das von der Lichtquelle 108 ausgestrahlte Licht durchläuft zuerst die Aperturblende 30. Die Aperturblende 30 ist eine Öffnung, welche die Lichtmenge begrenzt, die das Bildgebungssystem 102 durchläuft. Dies soll gewährleisten, dass genügend Licht von dem Fundus 104 derartig reflektiert wird, dass der Sensor 110 das reflektierte Licht erfassen kann, um ein Bild zu bilden, und dass nicht zu viel Licht auf den Fundus 104 einfällt, wodurch eine Überbelichtung des Sensors 110 verhindert wird.
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Das Licht kann dann optional einen Filter 32 durchlaufen. Der Filter 32 kann verwendet werden, um jegliche Wellenlängen des einfallenden Lichtimpulses herauszufiltern, die nicht erwünscht sind, für die Bildgebung und auf dem Sensor 110 verwendet zu werden, wo das reflektierte Licht erfasst und verwendet wird, um ein Bild des Fundus des Auges 104 des Patienten zu erzeugen. Das fokussierte Licht durchläuft dann die Beleuchtungslinsen 42 und die Sehfeldblende 34.
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Das Licht wird dann derartig weg von dem Strahlenteiler 122 reflektiert, dass der stromabwärtige Teil des Beleuchtungspfads 118a, entlang dessen das Licht verläuft, im Wesentlichen koaxial mit der Bildgebungsachse 114 ist. Das einfallende Licht bewegt sich daher weiter entlang des Beleuchtungspfads 118a zu der Objektivlinse 112.
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Das Licht wird durch die Objektivlinse 112 in das Auge 106 des Patienten fokussiert, wo es von dem Fundus 104 reflektiert wird. Dieses reflektierte Licht 27 folgt einem Bildgebungspfad, der im Wesentlichen koaxial mit dem Beleuchtungspfad 118 und der optischen Achse des Auges 116 ist. Das reflektierte Licht 27 wird durch die Objektivlinse 112 derartig gebeugt, dass der Pfad, entlang dessen sich das Licht bewegt, mit der Bildgebungsachse 114 ausgerichtet ist (d.h. im Wesentlichen koaxial). Das reflektierte Licht 27 durchläuft den Strahlenteiler 122, die Apertur 38 und Bildgebungsoptik 44, wo es auf den Sensor 110 fokussiert wird, um ein Bild des Fundus 104 des Auges 106 des Patienten zu erzeugen. Die Achse 117 der Objektivlinse 112 ist parallel zu der optischen Achse 116, fällt jedoch nicht mit dieser zusammen.
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Da die optische Achse 116 weg von der Bildgebungsachse 114 geneigt ist, wird auf die Objektivlinse 112 einfallendes Licht nicht von der Linsenoberfläche 124 zurück entlang der Bildgebungsachse 114 reflektiert, im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Bildgebungssystem 2 des Standes der Technik. Die Reflexionen 126 werden daher nicht auf den Sensor 110 einfallen, so dass unerwünschtes Streulicht nicht auf den Bildsensor fällt. Zudem ist die Objektivlinse 112 in Bezug auf die optische Achse des Auges 106 des Patienten derartig dezentriert, dass auf die Objektivlinse 112 einfallendes Licht auf den Fundus 104 des Auges 106 fokussiert werden kann. Das in das Auge 106 eintretende Licht und das von dem Fundus 104 reflektierte Licht durchlaufen daher in erster Linie die obere Hälfte der Objektivlinse 112. Die Dezentrierung der Objektivlinse 112 ist notwendig, um zu ermöglichen, dass das von dem Fundus 104 reflektierte Licht aufgrund der Neigung der Linse 112 auf den Sensor 110 fokussiert wird.
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Da die optische Achse 116weg von der Abbildungsachse 114 geneigt ist, werden Reflexionen von Licht 126 von der Objektivlinsenoberfläche 124 nicht entlang der Bildgebungsachse 114 zurückreflektiert. Diese unerwünschten verschleiernden „Geisterreflexionen“ 126 werden daher durch den Sensor 110 nicht aufgenommen, was das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu einem Bild des Fundus 4, das durch das in 1 gezeigte Bildgebungssystem 2 aufgenommen werden würde, verbessert.
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3 ist eine schematische Darstellung einer Bildgebungseinrichtung 29, die das in Bezug auf 2 beschriebene Bildgebungssystem 102 verwendet. Die Bildgebungseinrichtung 29 weist ferner einen Prozessor 31, einen festen internen Speicher oder ein austauschbares Datenspeichermedium 33, einen Sender 35, einen Anzeigebildschirm 37, eine Batterie 39, Kalibrierungsdaten 46 und eine externe Fokussierungskamera 41 auf, die in der Praxis an einem äußeren Abschnitt der Bildgebungseinrichtung montiert sein kann. Der Anzeigebildschirm 37 ist für den Benutzer an der Bildgebungseinrichtung 29 sichtbar und kann Drucktasten umfassen. Der Prozessor 31 ist programmiert, um Kalibrierungsdaten 46 zum Korrigieren von Bildartefakten, wie beispielsweise Verzerrungen und Farbschattierungen, zu verwenden. Der Prozessor 31 ist auch programmiert, um einen Algorithmus künstlicher Intelligenz durchzuführen, der aufgenommene Bilder analysiert und Information auf dem Anzeigebildschirm 37 vorsieht, der das Ergebnis dieser lokalen Kl-Analyse an dem aufgenommenen Bild ausgibt. Alles oder Teile der Kl-Analyse können von einem angeschlossenen PC oder Cloud-Dienst durchgeführt werden.
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Um ein ideales Bild des Fundus 104 zu erfassen, muss das Bildgebungssystem 102 zunächst fokussiert werden. Die externe Fokussierungskamera 41 kann verwendet werden, um ein Bild des Fundus 104 aufzunehmen. Eine automatische Scharfstellung kann unter Verwendung eines Regelkreises erzielt werden, der den Prozessor 31 aufweist. Das durch die externe Fokussierkamera aufgenommene Bild des Fundus 104 wird in den Prozessor 31 eingegeben und ein Algorithmus wird dann verwendet, um das Bildgebungssystem 102 scharfzustellen.
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In dem vorliegenden Beispiel kann die Lichtquelle 108 eingerichtet sein, Licht mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen auszustrahlen, beispielsweise mit einer infraroten und einer sichtbaren Wellenlänge. Anfänglich kann Licht mit einer Infrarotwellenlänge ausgestrahlt werden. Dieses Licht wird von dem Fundus 104 reflektiert und kann durch den Sensor 110 aufgenommen werden, wobei die aufgenommenen Bilder verwendet werden, um das System für das Auge 106 des Patienten scharfzustellen, indem die Fokuslinse 48 entlang der Bildgebungsachse 114 bewegt wird. Sobald die Scharfstellung erzielt ist, kann dann sichtbares Licht verwendet werden, um den Fundus 104 zu beleuchten, wobei der Sensor 110 das Bild mit sichtbarem Licht aufnimmt, das in dem Datenspeichermedium 33 gespeichert wird. Dabei können die Objektivlinse 112 und die Bildgebungsoptik 44 ein achromatisches optisches System bilden, sodass die Brennweite bei den zwei unterschiedlichen Wellenlängen gleich ist.
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Alternativ erfasst die externe Fokussierkamera 41 Licht mit einer Infrarotwellenlänge zum Scharfstellen, und das Bildgebungssystem 102 kann Licht mit einer sichtbaren Wellenlänge zur Bildgebung erfassen. Für das infrarote und sichtbare Licht könnte eine gemeinsame Lichtquelle verwendet werden oder könnten separate Lichtquellen verwendet werden.
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Die in dem Datenspeichermedium 33 gespeicherten Bilder können dann durch den Sender 35 an einen externen Server übertragen werden, wo die Bilder durch einen Algorithmus oder durch eine medizinische Fachkraft angesehen und analysiert werden können. Alternativ kann der Prozessor 31 die aufgenommenen Bilder lokal analysieren und Information auf dem Anzeigebildschirm 37 vorsehen, der das Ergebnis dieser lokalen Kl-Analyse an dem aufgenommenen Bild ausgibt. Der Anzeigebildschirm 37 kann auch verwendet werden, um die aufgenommenen Bilder derartig anzuzeigen, dass eine die Bildgebung durchführende medizinische Fachkraft die Bilder, die durch die Einrichtung 29 aufgenommen worden sind, unmittelbar ansehen könnte.
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4 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Bildgebungssystems 202 gemäß der Erfindung, die optische Korrekturelemente 50a-c umfasst. Das Neigen der Linse 212 verursacht unsymmetrische optische Verzerrungen in dem durch den Sensor 210 aufgenommenen Bild. Die Verzerrungen können teilweise oder vollständig durch Einbringen keilförmiger optischer Elemente oder gleichermaßen geneigter Linsen entlang des Bildgebungspfads des reflektierten Lichts 227 aufgehoben werden. Es sind drei keilförmige optische Elemente gezeigt - 50a, 50b, 50c. Die Elemente 50a bis c können sich auch an anderer Stelle entlang des Bildgebungspfads befinden, oder es können mehr oder weniger keilförmige optische Elemente vorhanden sein. Andere Teile des Systems sind die gleichen, wie sie mit Bezug auf 2 beschrieben sind, jedoch mit einem Präfix `2' anstelle von `1'.
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5 ist eine schematische Darstellung eines anderen Bildgebungssystems 302 gemäß der Erfindung, das optische Korrekturelemente 150a-c reduzierter Größe umfasst. Andere Teile des Systems sind die gleichen, wie sie mit Bezug auf 2 beschrieben sind, jedoch mit einem Präfix `3' anstelle von ‚1‘. Da der gesamte optische Bereich einer dezentrierten Linse 312, 150a, 150b nicht verwendet wird, kann der nicht verwendete Abschnitt der Linsen durch teilweises Abschneiden der Linse entfernt werden. Alternativ kann die Linse in der partiellen Keilform der Linsen 312, 150a, 150b hergestellt werden. Die Verwendung eines Linsenelements mit einer reduzierten Größe reduziert das Gewicht des gesamten Bildgebungssystems 302 und trägt dazu bei, die Gesamtgröße der Bildgebungseinrichtung weiter zu reduzieren.
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6 ist eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems 402 ähnlich dem Bildgebungssystem 102 von 2; jedoch verwendet das Bildgebungssystem 402 eine ringförmige Lichtquelle 408, sodass die Beleuchtungsachse 418 und die Bildgebungsachse 414 im Wesentlichen koaxial sind. Die Ringlichtquelle 408 ermöglicht, dass der Sensor 410 das Auge 406 unter Verwendung des reflektierten Lichts von dem Fundus 404 abbildet, ohne dass die Lichtquelle 408 dieses reflektierte Licht daran hindert, den Sensor 410 zu erreichen, wo das Bild aufgenommen wird. Andere Teile des Systems sind die gleichen, wie sie mit Bezug auf 2 beschrieben sind, jedoch mit einem Präfix `4' anstelle von ‚1‘.
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Die 7a und 7b zeigen zwei Ausführungsformen ringförmiger Lichtquellen, die in dem System von 6 verwendet werden können, in weiterer Einzelheit. 7a zeigt eine Lichtquelle 408a mit einer kreisförmigen LED 52a. 7b zeigt eine Lichtquelle 408b mit mehreren einzelnen Punktquellen 52b, wie beispielsweise LED-Chips, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind. Die Anzahl an LEDs kann variieren, wobei acht LEDs in 7b gezeigt sind. Die Wellenlängen jeder oder aller LEDs können eine einzelne Wellenlänge, mehrere schmale Wellenlängen oder Breitbandlicht sein, wie beispielsweise weiß, oder eine beliebige Kombination davon, einschließlich Licht außerhalb des sichtbaren Wellenlängenspektrums, wie beispielsweise Infrarot (IR)-Licht.
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Es versteht sich für den Fachmann, dass die Erfindung durch Beschreiben einer oder mehrerer spezifischer Ausführungsformen davon dargestellt worden ist, jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist; viele Veränderungen und Abwandlungen sind innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich.
