DE19650117A1

DE19650117A1 - Ophthalmikroskopische Vorrichtung zur Beobachtung und Untersuchung des Augenhintergrundes

Info

Publication number: DE19650117A1
Application number: DE1996150117
Authority: DE
Inventors: Juergen Prof Dr Dr Waldmann
Original assignee: MIRA GmbH
Current assignee: MIRA GmbH
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1998-06-04

Description

Die Erfindung betrifft eine ophthalmikroskopische Vorrichtung zur Beobachtung und Untersuchung des Augenhintergrundes mit Indentationsglas oder Indentationstrichter sowie Beobach tungstubus und Auflichtbeleuchtung.

Ophthalmoskope, sogenannte Augenspiegel, werden für Unter suchungen im aufrechten Bild eingesetzt und weisen eine eingebaute Lichtquelle auf. Hornhautlichtreflexe können mit einer entsprechenden Optik weitgehend ausgeschalten werden. Bei der Ophthalmoskopie wird eine visuelle Beobachtung des Augenhintergrundes z. B. mittels Hohlspiegel und einer Lupe vorgenommen. Hiermit kann visuell die Netzhautperipherie untersucht werden, wobei ein plastischeres Fundusbild auch der peripheren Anteile einschließlich Ora serrata und Ziliarkörper durch Anwendung bekannter Indentationsgläser oder eines Indentationstrichters möglich sind. Ein Indentationsglas besteht aus einem Kontaktglas mit drei zusätzlichen, in verschiedenen Winkel stehenden Spiegeln, wobei sich hier ein seitenverkehrtes Bild ergibt. Ein Indentationstrichter weist ein eingeschobenes Dreispiegelglas auf, wobei bei Aufsetzen der Vorrichtung der Bulbus eingedellt wird.

Darüber hinaus sind zur Erfassung und Bewertung von Bewe gungsvorgängen berührungslose optische Meßverfahren bekannt. Ein derartiges Meßverfahren beruht auf dem sogenannten Orts filterprinzip mit gitterförmiger Abtastung durch CCD-Sensor zeilen. So ist aus der DE-OS 28 09 355 eine optoelektronische Geschwindigkeits-Meßeinrichtung nach dem Ortsfilter-Verfahren bekannt, wobei dort zwei Gruppen von Lichtleitfasern vorhanden sind. Die Gruppen von Lichtleitfasern sind einseitig zusam mengefaßt und mit einem entsprechenden Photodetektor oder mehreren solcher Detektoren verbunden. Die übrigen Enden der Lichtleitfasern sind in einer Reihe angeordnet, und zwar derart, daß abwechselnd Lichtleiter der einen und Lichtleiter der anderen Gruppe vorgesehen sind. Mit dieser bekannten faseroptischen Sensoranordnung soll die Geschwindigkeit eines bewegten Objektes relativ zu einem festen Bezugspunkt auch bei einem relativ geringen Objektabstand meßbar sein. Von Nachteil ist jedoch dort, daß die Empfindlichkeit aufgrund des be grenzten optischen Signals, welches vom zu vermessenden Objekt ausgeht bzw. reflektiert wird, begrenzt ist.

Daher wurde gemäß DD 243 119 A1 vorgeschlagen, ein faseropti sches Ortsfilter als Differenzgitter so weiterzubilden, daß zusätzlich zu den Gitterelementen, die aus Sensorfasern bestehen, Beleuchtungslichtleitfasern vorzusehen sind, welche auf der gemeinsamen Gitterachse, vorzugsweise zwischen den Gitterelementen des Differenzgitters angeordnet sind.

Zur Vermeidung von niederfrequenten Störungen und Oberwellen wird das faseroptische Ortsfilter doppelt ausgeführt und in Richtung der Gitterachse um eine halbe Periode versetzt. Nachteilig ist bei der Lösung gemäß DD 243 119 A1 die Tatsache, daß durch die zwischengeschaltete Anordnung von Beleuchtungslichtleitfasern der Sensorkopf eine räumliche Vergrößerung erfährt und nur eine unzureichende Homogenität bei der Ausleuchtung hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit zu vermessender Objekte vorliegt.

Es verbleibt festzuhalten, daß auf der Basis faseroptischer Ortsfilter-Anemometrie lokale Meßverfahren für Mehrphasen strömungen bekannt sind. Ein faseroptisches Ortsfilter-Anemo meter besteht dabei aus einem Sensor, einem Elektronikteil zur Signalgewinnung und einer rechnergestützten Signalanalyse. Mit Hilfe einer entsprechenden Modellierung wird das erhaltene zeitabhängige Signal in Abhängigkeit vom konkreten Sensor aufbau und von der Struktur der Mehrphasenströmung gewonnen. Faseroptische Sensoren wurden bisher zur Untersuchung disper ser Mehrphasenströmungen, beispielsweise Staub-, Suspensions-, Blasen- und Aerosolströmungen benutzt. Zwischenzeitlich sind integrierte Mikrosensoren vorgestellt worden, die auch zur Untersuchung von Kapillargefäßen einsetzbar sind. Hier sei auf das deutsche Gebrauchsmuster 295 10 289.6 verwiesen.

Der bekannte Stand der Technik zeigt jedoch keinerlei Vor richtungen, mit deren Hilfe unmittelbare Schlüsse auf die Auswirkungen von z. B. Pharmaka oder Drogen unter Ausnutzung der Informationen im Augenhintergrund gewonnen werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine ophthalmikroskopische Vorrichtung zur Beobachtung und Untersuchung des Augenhinter grundes mit Indentationsglas oder Indentationstrichter sowie Beobachtungstubus und Auflichtbeleuchtung anzugeben, wobei es diese Vorrichtung gestattet, kapillare Strömungen und den Sauerstoff-Sättigungszustand von Gefäßen der Retina oder Choroidea festzustellen, ohne daß auf invasive Methoden zurückgegriffen werden muß.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bestimmte im Gehirn des Probanden vorliegende organische Verhältnisse sich in Veränderungen der Gefäße insbesondere der Choroidea des Auges niederschlagen. Eine frühzeitige Analyse dieser Ver hältnisse kann zur Erkennung pathologischer Zustände, wie beispielsweise Diabetes mellitus, herangezogen werden oder zur Untersuchung von Auswirkungen von Pharmaka oder Drogen Verwendung finden.

Die im Augenhintergrund erkennbaren Zusammenhänge stellen damit ein indirektes Abbild der Zustände des Gehirns dar.

Erfindungsgemäß wird bei der ophthalmikroskopischen Vor richtung der Beobachtungstubus so ausgebildet, daß dieser einen Strahlteiler aufnehmen kann. Der Strahlteiler dient erfindungsgemäß zum Projizieren des Bildes sowohl auf eine vorzugsweise Festkörper-Kamera als auch auf einen faser optischen Sensor zur Ortsfilteranemometrie mit Differenz gitter. Der faseroptische Sensor dient dabei der Bestimmung des Blutflusses, der Mikrozirkulation und/oder der Sauer stoffsättigung von Gefäßen der Retina und/oder der Choroidea.

Insbesondere gelingt es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Choroidea, d. h. die gefäß- und pigmentreiche Aderhaut des Auges, das Pigmentephitel und den die Stäbchen-Zapfen-Schicht der Netzhaut versorgenden hinteren Abschnitt der Tunica vasculosa bulbi zu untersuchen.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch eine optoelektronische visuelle Beobachtung des Augenhinter- und Augenvordergrundes vorgenommen werden, wobei die Beobachtung mittels Festkörper-Kamera auch zur Justage des faseroptischen Sensors dient. Der faseroptische Sensor kann in einer Ausge staltung der Erfindung so ausgebildet sein, daß mittels zusätzlicher Beleuchtungs-Lichtleitfasern und unterschied lichen Beleuchtungswellenlängen eine Kantenbeleuchtung möglich ist, so daß sich der faseroptische Sensor durch sich aus bildende Farbgrenzen z. B. bezogen auf ein Kapillargefäß aus richten läßt, d. h. in eine zum Gefäß parallele Lage justiert bzw. positioniert werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Auf lichtbeleuchtung so ausgebildet, daß sowohl Licht im sicht baren als auch im infraroten Bereich erzeugt werden kann, wodurch auswerteseitig in an sich bekannter Weise die Sauer stoffsättigung von Blut in den untersuchten Mikrogefäßen bestimmbar ist.

Vorzugsweise ist der Beobachtungstubus mit einer koaxialen Auflicht-Beleuchtungseinrichtung umgeben, wobei als Beleuchtungsmittel eine Gleichlichtquelle einsetzbar ist.

Durch ein im Strahlengang angeordnetes, als Bestandteil des Beobachtungstubus ausgebildetes Objektiv ist eine wünschens werte vergrößerte Abbildung des Augenhintergrundes auf der Festkörper-Kamera bzw. dem faseroptischen Sensor möglich, so daß einzelne Gefäße oder Gefäßabschnitte, insbesondere Kapil larstrukturen, gezielt untersucht werden können.

Mittels einer erfindungsgemäßen Bildverarbeitungs- und Aus werteeinrichtung z. B. in Form eines Personalcomputers, besteht die Möglichkeit, ein Bildmapping durchzuführen, wobei zeitab hängige Untersuchungen möglich sind.

Durch ein derartiges Bildmapping mit entsprechendem Vergleich können Wirkungsverläufe bzw. Wirkungszusammenhänge aufgedeckt werden, wobei durch wiederholte Untersuchungen zu vorgegebenen Zeitabschnitten auch Langzeitauswirkungen, z. B. von Pharmaka oder Drogen, feststellbar sind.

Durch Vergleichsmessungen hinsichtlich des Blutflusses im Kapillarbereich auf der Netzhaut, d. h. Messungen sowohl im Augenhinter- als auch Augenvordergrund besteht die Möglich keit, eine Früherkennung von Krankheiten nichtinvasiv durch zuführen, wobei als weitere Untersuchungsparameter die bereits erwähnte Bestimmung der Sauerstoffsättigung herangezogen wird.

Der erfindungsgemäß verwendete faseroptische Sensor ist so ausgebildet, daß das von bewegten Teilchen, z. B. Blutkörper chen, reflektierte Licht auf ein faseroptisches Differenz gitter abbildbar ist, wobei ausgangsseitig eine Reihe von Lichtimpulsen erhalten wird, welche von den im Anschluß an das Fasergitter befindlichen Photoempfängern erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Geschwindigkeit der Teilchen und damit die Strömungsgeschwindigkeit wird aus der ermittelten Frequenz und den geometrischen Daten des Faser gitters, d. h. der Gitterkonstante, sowie dem jeweiligen Abbildungsmaßstab berechnet. Durch den Einsatz eines inte griert-optischen Sensors umfassend ein Differenzgitter sowie Lichtleitern und entsprechenden Empfängern, ggfs. auch Beleuchtungslichtleitern, ist eine weitere Miniaturisierung der Gesamtstruktur des Sensors denkbar, wobei hier Gitter konstanten im Bereich von 10 bis 30 µm liegen. Mit einem derartigen integriert-optischen Sensor kann die Beobachtungs- und Untersuchungsvorrichtung weiter verkleinert werden, so daß deren Einsatz ambulant und mit geringem Aufwand durch den behandelnden Arzt möglich ist.

Es liegt im Sinne der Erfindung, daß der faseroptische Sensor auf der Basis der Ortsfilter-Anemometrie sich nicht nur zur Geschwindigkeitsmessung, sondern auch zur Bewegungsrichtungs-Er kennung sowie zur Erfassung der Teilchengröße und Teilchen konzentration innerhalb der untersuchten Gefäße herangezogen werden kann. Der eingesetzte Sensor wird von seiner konstruk tiven Ausbildung her so ausgestaltet, daß er zur Verwendung bei der Bestimmung der Geschwindigkeit einer Blutströmung im menschlichen Kapillarsystem des Auges mit dem Zweck der Beur teilung der Funktion der Mikrozirkulation geeignet ist. Durch die Kombination von visueller Erkennung und Aufzeichnung des Augenhintergrundes mittels der Festkörper-Kamera und dem faseroptischen Sensor kann in vorgegebenen Zeitabschnitten auch die relativ geringe Geschwindigkeit der Teilchen, die im Bereich von 0,4 bis maximal 7 mm/sec liegt, bestimmt werden.

Im Sinne der erwähnten wünschenswerten Miniaturisierung des faseroptischen Sensors kann die Anordnung von Gitterfasern mit unterschiedlichen Gitterkonstanten seitlich versetzt zu einer gedachten gemeinsamen Gitterachse erfolgen, wobei bei einer derartigen alternierenden Struktur des Sensorkopfes mit den Gitterfasern diese Struktur z. B. in Form einer Z- oder Säge zahnstruktur technologisch leichter umsetzbar ist, indem entsprechend gestaltete Ätzgräben auf einem Substrat ausge bildet werden, und in diese Gräben dann ein Einsetzen der entsprechenden Fasern erfolgt. Vorzugsweise werden also faseroptische Sensoren eingesetzt, die eine gitterförmige Anordnung von Lichtleitfasern unter Bildung eines Sensorkopfes aufweisen. Das auf die Lichtleitfasern fallende Intensitäts muster, erzeugt durch die Bewegung von Teilchen in dispersen Mehrphasenströmungen oder optischen Inhomogenitäten der zu untersuchenden Oberfläche, wird an entsprechende photosensi tive Selektoren weitergeleitet. Die Ausbildung eines Diffe renzgitters ist dann zweckmäßig, wenn niederfrequente Stör anteile aus dem Signal eliminiert werden sollen, wobei bei dem Differenzgitter davon ausgegangen wird, zwei um eine halbe Gitterkonstante versetzte Einfachgitter anzuordnen.

Alles in allem gelingt es, mit der erfindungsgemäßen Kom bination umfassend eine Festkörper-, insbesondere CCD-Kamera, und einen faseroptischen Sensor, eine ophthalmikroskopische Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe eine Vielzahl von Informationen aus dem Augenhintergrund eines Probanden gewonnen werden kann, um unmittelbare Rückschlüsse z. B. auf den Einfluß von Pharmaka oder Drogen ziehen zu können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit bekannten, aus der faseroptischen Sensortechnik vorliegenden Auswerteeinrich tungen verbunden werden, wobei zusätzlich der aus der visu ellen Beobachtung gewonnene Informationsgehalt zur Diagnose heranziehbar ist. Darüber hinaus dient die visuelle Beobach tungseinrichtung bestehend aus der erwähnten Festkörper-Kamera sowie einem Monitor, dem Justieren des entsprechend positio nierbaren faseroptischen Sensors bezogen auf ausgewählte Abschnitte des Gefäßsystems bzw. einer selektierten Kapillare. Damit ermöglicht die Erfindung eine umfassende Untersuchung des Fundus oculi, d. h. des Augenhintergrundes, nämlich der Netzhaut, der Netzhautgefäße und der Sehnervpapille, so daß dort sich vollziehende Veränderungen, die z. B. pathognomonisch für bestimmte Augenleiden und Allgemeinerkrankungen, wie z. B. Pateriosklerose, Diabetes mellitus, TBK und Toxoplasmose sind, frühzeitig festgestellt werden können, ohne daß es weiterer invasiver Methoden bedarf. Damit wird insbesondere über die ergänzende Möglichkeit der Untersuchung von Sauerstoffsättigung und Kapillarströmung sowie von Zirkula tionen eine eindeutigere Bestimmung der Anomalien des Fundus oculi möglich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Figuren sowie eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

Hierbei zeigen

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgehend von einem Beobachtungstubus und

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit Darstellung der Verbindung der einzelnen Komponenten gemäß Ausführungsbeispiel.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird zunächst vom zu untersuchenden Objekt, nämlich dem Auge 1 eines Probanden ausgegangen. Die Untersuchungsvorrichtung umfaßt einen Beobachtungstubus 2, an dessen objektseitigen Ende ein Inden tationsglas oder ein Indentationstrichter mit entsprechender Vergrößerungseinrichtung 3 bzw. Objektiv angeordnet ist.

Eine vorzugsweise koaxiale Auflichtbeleuchtungseinrichtung 4 führt Strahlung im sichtbaren und Infrarotbereich zu. Zweck mäßigerweise wird eine Gleichlicht-Ringleuchte oder eine Kaltkathodenröhre eingesetzt. Darüber hinaus kann die Strah lung auch über Lichtwellenleiter möglichst homogen und gleichmäßig verteilt eingebracht bzw. zugeführt werden.

Innerhalb des Beobachtungstubus 2 ist ein Strahlteiler 5 angeordnet, welcher zum einen das erhaltene Bild auskoppelt und auf eine Festkörper-Kamera 6 projiziert. Die Festkörper-Ka mera 6 kann beispielsweise eine an sich bekannte CCD-Ma trixkamera sein.

Am dem Objekt abgewandten Ende des Beobachtungstubus 2 ist dieser mit einer Aufnahmeeinrichtung für den faseroptischen Sensor 7 versehen. Diese Aufnahmeeinrichtung kann so ausge bildet sein, daß eine X-Y-Positionierung des faseroptischen Sensors 7 möglich ist, um diesen auf ein bestimmtes Kapillar gefäß oder dergleichen selektiv ausrichten zu können. Ergän zend besteht die Möglichkeit nicht nur der karthesichen Positionierung in X- und Y-Richtung, sondern auch eines um die optische Achse möglichen Verdrehens des faseroptischen Sensors 7. Die Verteilungsverhältnisse der projizierten Strahlung mittels des Strahlteilers 5 betragen 70-90% zum Sensor 7 und ca. 30-10% zur Kamera 6.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird also von einer an sich bekannten video-ophthalmikroskopischen Beobachtungsvorrichtung ausgegangen, die hinsichtlich der Auflichtbeleuchtung so erweitert wurde, daß nunmehr auch Strahlung im infraroten Bereich erzeugt werden kann. Die bekannte Vorrichtung ist dann durch Aufnahme des Strahlteilers 5 so ausgebildet, daß zusätzlich der erwähnte faseroptische Sensor 7 eingesetzt werden kann, mit dessen Hilfe z. B. die Strömungsgeschwin digkeit von Teilchen im Kapillarsystem ermittelt werden kann und/oder der Sauerstoffsättigungsgrad ermittelbar ist.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild wird wiederum vom Auge 1 ausgegangen, sowie eine Vergrößerungs einrichtung 10 erwähnt, die mit einem Dreispiegelhaftglas 11 zum Erhalt eines dreidimensionalen Abbildes in Verbindung steht. Ebenso ist eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 4 als Gleichlichtquelle vorgesehen und ein faseroptischer Sensor 7 angeordnet. Die Beobachtung des vom Dreispiegelhaftglas 11 erhaltenen Bildes erfolgt mittels einer CCD-Farbkamera 12, die der Festkörper-Kamera 6 bei der Beschreibung gemäß Fig. 1 entspricht.

Ausgangsseitig ist die CCD-Farbkamera 12 mit einem Farbmonitor 13 verbunden. Das Bildsignal der CCD-Farbkamera 12 wird darüber hinaus entweder unmittelbar einem Farbdrucker 14 zugeführt oder gelangt als weiteres Eingangssignal auf eine elektronische Auswerteeinrichtung 15, z. B. einen Personal computer.

An diese elektronische Auswerteeinrichtung wird über einen geeigneten Signalverstärker 16 der faseroptische Sensor 7 angeschlossen.

Das auf dem Farbmonitor 13 erkennbare Bild des Augenhinter grundes kann zur Justage des Gitters des faseroptischen Sensors 7 benutzt werden. Darüber hinaus ist ein Mapping erhaltener Bilder möglich, wobei diese mit Ergebnissen aus der Geschwindigkeit und Sättigungsmessung mittels des faseropti schen Sensors ergänzt und entsprechend dokumentiert werden können.

Durch die Anordnung gemäß Ausführungsbeispiel ist eine dynamische Messung sowie ein zeitabhängiges Messen gegeben, wobei auch Veränderungen der Netzhautgefäße über einen vor bestimmten längeren Zeitraum bestimmbar sind.

Bei der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorrichtung gelingt es, durch den Erhalt gleichzeitiger Untersuchungs ergebnisse hinsichtlich visuellem Abbild und ergänzenden Merkmalen des untersuchten Abschnittes des Augenhintergrundes hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit und/oder Sauerstoff konzentration neue Erkenntnisse über Anomalien und krankhafte Veränderungen des Fundus oculi, insbesondere der Präkapillaren der Netz- und Aderhaut zu gewinnen, ohne daß auf invasive oder andere ergänzende Methoden zurückgegriffen werden muß.

Bezugszeichenliste

1

Auge

2

Beobachtungstubus

3

Vergrößerungseinrichtung/Objektiv

4

Auflicht-Beleuchtungseinrichtung

5

Strahlteiler

6

Festkörper-Kamera

7

faseroptischer Sensor

10

Vergrößerungseinrichtung

11

Dreispiegelglas

12

CCD-Farbkamera

13

Farbmonitor

14

Farbdrucker

15

Auswerteeinrichtung/Personalcomputer

16

Verstärker

Claims

1. Ophthalmikroskopische Vorrichtung zur Beobachtung und Untersuchung des Augenhintergrundes mit Indentationsglas oder Indentationstrichter sowie Beobachtungstubus und Auflicht beleuchtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachtungstubus (2) einen Strahlteiler (5) zum Projizieren des Bildes auf eine vorzugsweise Festkörper-Kamera (6) einerseits sowie auf einen faseroptischen Sensor (7) zur Ortsfilter-Anemometrie mit Differenzgitter andererseits auf weist, wobei der faseroptische Sensor (7) zur Bestimmung des Blutflusses, der Mikrozirkulation und/oder der Sauerstoff sättigung von Gefäßen der Retina und/oder der Choroidea dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (4) Lichtstrahlung im sicht baren und infraroten Bereich erzeugt, wobei der faseroptische Sensor (7) Photoempfänger aufweist, welche im entsprechenden Wellenlängenbereich selektiv sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der faseroptische Sensor (7) am Ende des Beobachtungstubus (2) und zur optischen Achse justierbar angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Auge (1) gewandte Ende des Beobachtungstubus (2) mit einer koaxialen Auflicht-Beleuchtungseinrichtung (4) umgeben ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines im Strahlengang angeordneten Objektives (3; 10) eine vergrößerte Abbildung auf der Festkörper-Kamera (6) und/oder dem faseroptischen Sensor (7) erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Kamera (6) farbselektiv ist und mit einer Bildverarbeitungseinrichtung sowie einem Monitor (13) ver bunden ist, wobei die erhaltene Bildinformation zum Justieren und Positionieren des faseroptischen Sensors (7) nutzbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der faseroptische Sensor (7) mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung (15) in Verbindung steht, welche ebenso am Ausgang der Festkörper-Kamera (6) oder der Bildverarbeitungs einrichtung angeschlossen ist.