DE19710906B4

DE19710906B4 - Operationsmikroskop mit einer Pupillenlageerffassungsanordnung

Info

Publication number: DE19710906B4
Application number: DE1997110906
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Möller
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1997-03-15
Filing date: 1997-03-15
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2017-03-16
Also published as: DE19710906A1

Abstract

Operationsmikroskop (1; 101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung umfassend
– eine Beobachtungseinrichtung (5; 105) zur Beobachtung eines Auges (3; 103),
– eine der Beobachtungseinrichtung (5; 105) zugeordnete Beleuchtungseinrichtung (7; 12),
– eine das Auge (3; 103) im infraroten Spektralbereich beleuchtende IR-Beleuchtungseinrichtung (13; 12) und
– eine das Auge (3; 103) im infraroten Spektralbereich abbildende IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) zur Erzeugung eines IR-Bilds, dessen Auswertung die Erfassung der Lage der Pupille (11; 111) des Auges (3; 103) ermöglicht,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abbildungsstrahlengang (17; 117) der IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) außerhalb des Strahlengangs (19, 21; 119, 121) der Beobachtungseinrichtung (5; 105) verläuft und daß
die IR-Beleuchtungseinrichtung (13; 12) das Auge (3; 103) entlang des Strahlengangs (27; 127) der Beleuchtungseinrichtung (7; 12) beleuchtet.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Operationsmikroskop ist z.B. aus der WO 95/27453 bekannt. Dieses bekannte Operationsmikroslop wird bei Laserbehandlungen der Hornhaut eines Auges eingesetzt und umfasst eine Beobachtungseinrichtung zum Beobachtung des zu behandelnden Auges und umfasst eine der Beobachtungseinrichtung zugeordnete Beleuchtungseinrichtung, welche gemäß Seite 10 dieser Druckschrift von einer Kaltlichtquelle gebildet wird. Die Pupillenlageerfassung wird mit Hilfe einer das Auge im infraroten Spektralbereich beleuchtenden IR-Beleuchtungseirrichtung und einer das Auge im infrarotem Spektralbereich abbildenden IR-Abbildungseinrichtung durchgeführt. Dabei erzeugt die von einer Videokamera mit vorgeschaltetem Infrarotfilter gebildete IR-Abbildungseinrichtung ein Bild des Auges, dessen Auswertung die Erfassung der Lage der Pupille ermöglicht. Durch die Kenntnis der jeweiligen Pupillenlage kann dann die Laserstrahlung über einen bewegbarer Zielspiegel stets exakt auf den zu behandelnden Augenbereich gelenkt werden.

Die IR-Abbildungseinrichtung gemäß der WO 95/27453 umfasst ferner einen Strahlteilerspiegel, der im Strahlengang der Beobachtungseinrichtung des Operationsmikroskops angeordnet ist. Ein derart angeordneter Strahlteilerspiegel kann die Abbildungsqualität der IR-Abbildungseinrichtung und/oder die Beobachtungsqualität des Mikroskops verschlechtern.

In der US 5,013,146 ist ein ophthalmologisches Messgerät mit einem Laserprojektionsteil und einer Ausrichtungslichtquelle beschrieben. Das von der Ausrichtungslichtquelle und von dein Laserprojektionsteil auf das Auge auftreffende und von diesem reflektierte Licht wird zur Ausrichtungs- und Augenlageerfassung in einer Beobachtungseinrichtung auf eine Indexplatte abgebildet. Bei dem ophthalmologischen Messgerät fallen damit der Abbildungsstrahlengang von Ausrichtungs- bzw. Augenlageerfassung mit dem Beobachtungsstrahlengang der Beobachtungseinrichtung zusammen.

Die US 5,557,350 offenbart eine Beobachtungseinrichtung mit CCD-Kamera zur Untersuchung eines Auges. In dieser Beobachtungseinrichtung ist eine IR-Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten Lichtquelle vorgesehen. Das Licht dieser Lichtquelle gelangt über ein Einkoppelelement in den Beobachtungsstrahlengang. Das an einem untersuchten Auge reflektierte Licht von dieser Lichtquelle wird über den Beobachtungsstrahlengang der CCD-Kamera zugeführt.

Aus der US 5,644,375 ist eine ophthalmologische Vorrichtung mit Video-Kamera zur Untersuchung des menschlichen Auges bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Beobachtungseinrichtung mit mehreren IR-Lichtquellen. Das Licht einer ersten IR-Lichtquelle wird in einen Beobachtungsstrahlengang für die Video-Kamera eingekoppelt. Das an einem untersuchten Auge reflektierte IR-Licht von dieser Lichtquelle gelangt dann aus dem Beobachtungsstrahlengang über ein Auskoppelelement zu einem ersten Positionserfassungselement. Das Licht der zweiten Lichtquelle trifft schräg auf das untersuchte Auge; wo es unter einem Winkel reflektiert wird, um mit einem zweiten Positionserfassungselement detektiert zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Operationsmikroskop mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung bereitzustellen, welches bei großer Zuverlässigkeit der Pupillenlageerfassung eine von der Pupillenlageerfassung möglichst ungestörte Beobachtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Trennung des Abbildungsstrahlengangs der IR-Abbildungseinrichtung von dem Strahlengang der Beobachtungseinrichtung des Operationsmikroskops kann ein der Pupillenlageerfassung zugeordnetes optisches Element im Beobachtungsstrahlengang und somit eine potentielle Störung der Beobachtung entfallen. Indem die Infrarotbeleuchtungseinrichtung das Auge entlang des Strahlengangs der Beleuchtungseinrichtung für den sichtbaren Spektralbereich beleuchtet, stehen auch un Hinblick auf die Abbildung durch die IR-Abbildungseinrichtung im infraroten Spektralbereich alle für die Beobachtung im sichtbaren Spektralbereich bewährten Beleuchtungsmöglichkeiten zur Verfügung. Auf diese Weise kann z.B. das Auge auch im infraroten Spektralbereich gleichmäßig und/oder zentriert ausgeleuchtet werden.

Ein für die Pupillenlageerfassung vorteilhafter, möglichst großer Hell/Dunkel-Kontrast zwischen Iris und Pupille im Infrarotbild des Auges kann dann erreicht werden, wenn der Abbildungsstrahlengang der IR-Abbildungseinrichtung schräg zum Beleuchtungsstrahlengang der IR-Beleuchtungseinrichtung verläuft. Die Anmelderin hat dabei herausgefunden, dass der Winkel zwischen diesen beiden Strahlengängen vorteilhafterweise in einem Bereich von ca. 10° bis ca. 20° liegt. Bei einem Winkel kleiner als ca. 10° wäre der Hell/Dunkel-Kontrast nicht groß genug, da hierbei das vom Augenfundus, d.h. der Netzhaut, durch die Pupille hindurch zurückreflektierte IR-Beleuchtungslicht von der IR-Abbildungseinrichtung erfasst würde und das IR-Bild der Pupille aufhellen würde. Bei einem Winkel größer als ca. 20° könnte der Abbildungsstrahlengang der IR-Abbildungseinrichtung durch die während des Operierens nahe am Patientenauge liegenden Chirurgenhände beeinträchtigt sein. Ferner könnte bei einem Winkel größer als ca. 20° zwischen Beobachtung und IR-Abbildung ein Parallaxeneffekt eine auf der Pupillenlageerfassung basierende Pupillenzentrierung erschweren oder sogar stören. Dieser Parallaxeneffekt tritt dann auf, wenn das Operationsmikroskop nicht auf die Pupillenebene fokussiert ist und die Fokusebene der IR-Abbildungseinrichtung mit der Fokusebene der Beobachtungseinrichtung stets übereinstimmt, z:B. weil sowohl das Operationsmikroskop als auch die IR-Abbildungseinrichtung beim Fokussieren des Operationsmikroskops auf das Patientenauge hin oder davon weg verschoben werden.

Wenn der Abbildungsstrahlengang der IR-Abbildungseinrichtung schräg zum Strahlengang der Beobachtungseinrichtung verläuft, kann auf ein der IR-Abbildungseinrichtung zugeordnetes Umlenkelement zwischen Mikroskopobjektiv und Patientenauge verzichtet werden. Dadurch kann der gesamte, zwischen der vorderen Fläche des Mikroskopobjektivs und dem Auge vorhandene Raum als Arbeitsbereich genutzt werden, welcher dem Chirurgen für die Behandlung des Auges zur Verfügung steht.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt die der Beobachtungseinrichtung des Mikroskops zugeordnete Beleuchtungseinrichtung die IR-Beleuchtungseinrichtung. Hier wird also der Infrarot-Anteil der konventionellen Mikroskopbeleuchtung für die Pupillenlageerfassung genutzt. Versuche der Anmelderin haben überraschenderweise gezeigt, daß in Kombination mit dem vom Strahlengang der Beobachtungseinrichtung getrennten IR-Abbildungsstrahlengang auch Lichtquellen mit nur geringem IR-Anteil eine zuverlässige Pupillenlageerfassung ermöglichen. So wurde z.B. herausgefunden, daß selbst der geringe IR-Anteil der unreflektierten Beleuchtungslichtkomponente einer Kaltlichtquelle mit IR-entspiegeltem Reflektor bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop zur Pupillenlageerfassung ausreicht. Es kann somit auf eine gesonderte IR-Beleuchtungseinrichtung für die Pupillenlageerfassungsanordnung verzichtet werden. Insbesondere dann, wenn der Mikroskop-Beleuchtungsstrahlengang koaxial zum IR-Beleuchtungsstrahlengang sein soll, kann durch diese Ausführungsform auf ein dichroitisches Umlenkelement verzichtet werden, welches üblicherweise das infrarote bzw. sichtbare Lichts in den Strahlengang des sichtbaren bzw. infraroten Beleuchtungslichts einkoppelt.

Wenn die Beobachtungseinrichtung orthogonal zur Beobachtungsrichtung motorisch verstellbar ist, kann das Sehfeld des durch das Mikroskop beobachtenden Chirurgen stets auf die Pupille des behandelten Patientenauges zentriert sein. Dazu wird die Pupillenlageinformation zur motorischen Verstellung einer X-Y-Kupplung verwendet, welche die Beobachtungseinrichtung bzw. das Mikroskop eventuellen Pupillenbewegungen nachfährt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In 1 ist mit 1 ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung bezeichnet. Das Operationsmikroskop 1 ist ein Stereomikroskop und wird im Rahmen von ophthalmologischen Operationen zur Beobachtung eines Patientenauges 3 verwendet. Das Operationsmikroskop 1 umfaßt zur Beobachtung des Patientenauges 3 eine Beobachtungseinrichtung 5 und eine dieser Beobachtungseinrichtung 5 zugeordnete Beleuchtungseinrichtung 7 im sichtbaren Spektralbereich.

Bei vielen ophthalmologischen Operationen, z.B. Kataraktoperationen, ist es wichtig, die von der Iris 9 umgebene und vor der Linse 10 befindliche Pupille 11 stets im Sehfeld des operierenden Chirurgen zu halten. Zu diesem Zweck weist das Mikroskop 1 eine Pupillenlageerfassungsanordnung mit einer das Auge 3 im infraroten Spektralbereich beleuchtenden IR-Beleuchtungseinrichtung 13 und mit einer IR-Abbildungseinrichtung 15 auf. Die IR-Abbildungseinrichtung 15 ist z.B. eine CCD-Kamera mit vorgeschaltetem, nur den IR-Anteil des elektromagnetischen Spektrums durchlassenden Filter und erzeugt ein Bild des Auges 3, welches die Erfassung der Lage der Pupille 11 ermöglicht.

Im Sinne einer von der Pupillenlageerfassung möglichst ungestörten Beobachtung erfindungswesentlich ist der Verlauf des Strahlengangs 17 der IR-Abbildungseinrichtung 15 außerhalb der Beobachtungsstrahlengänge 19 und 21 der für stereoskopische Beobachtung ausgebildeten Beobachtungseinrichtung 5.

Da der Strahlengang 17 der IR-Abbildungseinrichtung 15 bei dieser Ausführungsform zudem schräg zu den Beobachtungsstrahlengängen 19 und 21 verläuft, kann der Bereich d zwischen der vorderen Fläche eines Objektivs 23 und dem Auge 3 von Bauteilen der Pupillenlageerfassungsanordnung freigehalten werden. Somit umfaßt der dem Chirurgen frei zugängliche Arbeitsbereich den gesamten Bereich d zwischen Mikroskop 1 und dem Patienten.

Die IR-Beleuchtungseinrichtung 13 umfaßt eine im infraroten Spektralbereich emittierende IR-Lichtquelle 25 und einen auf der optischen Achse 27 des Objektivs 23 angeordneten dichroitischen Umlenkspiegel 29, welcher infrarotes Licht reflektiert und sichtbares Licht hindurchläßt. Dadurch kann das Licht einer der Beleuchtungseinrichtung 7 zugeordneten, im visuellen Spektralbereich emittierenden Lichtquelle 31 über einen gleichfalls auf der optischen Achse 27 angeordneten Umlenkspiegel 33 durch den dichroitischen Umlenkspiegel 29 hindurch auf das zu beobachtende Auge 3 gelenkt werden.

Die Beobachtungseinrichtung 5 umfaßt neben dem Objektiv 23 des Mikroskops 1 ein Zoom-System 35 und zwei Okulare 37.

Da der Strahlengang der IR-Abbildungseinrichtung 15 weder durch das Objektiv 23 noch durch das Zoom-System 35 verläuft, ist der Bereich des Auges 3, welcher von der IR-Abbildungseinrichtung 15 abgebildet und zur Pupillenlageerfassung herangezogen wird, unabhängig von der mit Hilfe des Zoom-Systems 35 einstellbaren Vergrößerung des Mikroskops 1. Damit kann eine Anpassung der die Pupillenlage ermittelnden Bildverarbeitung des IR-Bilds und des Einfangbereichs der Pupillenlageerfassungsanordnung auf die jeweilige Mikroskopvergrößerung entfallen. Ferner ist die Apertur der IR-Abbildungseinrichtung 15 aufgrund der gesonderten Anordnung von Beobachtungseinrichtung 5 und IR-Abbildungseinrichtung 15 nicht durch die Apertur des Operationsmikroskops 1 begrenzt.

Da die Größe der Pupille in dem IR-Bild von der jeweiligen Vergrößerung des Mikroskops 1 unabhängig ist, kann die für die Pupillenlageerfassung erforderliche Bildverarbeitung von einer für jeden einzelnen Patienten konstanten Pupillengröße ausgehen, wodurch die Zuverlässigkeit der Pupillenlageerfassung erhöht wird.

Im Hinblick auf ein für die Pupillenlageerfassung möglichst gleichmäßig im infraroten Spektralbereich ausgeleuchtetes Auge 3 beleuchtet die Infrarotbeleuchtungseinrichtung 13 das Auge 3 entlang des im Bereich vor dem Auge 3 mit der optischen Achse 27 des Mikroskops 1 zusammenfallenden Strahlengangs der im visuellen Spektralbereich beleuchtenden Beleuchtungseinrichtung 7.

Die Pupillenlage wird dann am zuverlässigsten erfaßt, wenn zwischen dem IR-Bild der Iris 9 und dem IR-Bild der Pupille 11 ein großer Hell/Dunkel-Kontrast vorhanden ist. Zu diesem Zweck verläuft der Abbildungsstrahlengang 17 der IR-Abbildungseinrichtung 15 schräg zu dem der optischen Achse 27 folgenden Beleuchtungsstrahlengang der IR-Beleuchtungseinrichtung 13. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel α zwischen dem Abbildungsstrahlengang 17 und dem IR-Beleuchtungsstrahlengang in einem Bereich von ca. 10° bis ca. 20° liegt.

Die bei der Pupillenlageerfassung durchgeführte Bildverarbeitung erfolgt in einer Verarbeitungs- und Steuereinheit 39, welcher über eine Leitung 41 die Daten des von der IR-Abbildungseinrichtung 15 erzeugten IR-Bilds übermittelt werden.

Die Verarbeitungs- und Steuereinheit 39 ist ferner über eine Steuerleitung 43 mit einer X-Y-Kupplung 45 verbunden, mit welcher die Beobachtungseinrichtung 5 orthogonal zur optischen Achse 27, d.h. in X- und in Y-Richtung, verschiebbar ist. Das Mikroskop 1 ist über diese motorisch verstellbare X-Y-Kupplung 45 an einem teilweise dargestellten Stativ 47 angeordnet.

Bei einer Bewegung des Patientenauges 3, z.B. bei einer Blickrichtungsänderung dieses Auges 3, verschiebt sich die Lage der Pupille 11 in dem von der IR-Abbildungseinrichtung 15 erzeugten IR-Bild. Diese Pupillenverschiebung wird von der Bildverarbeitungs- und Steuereinheit 39 hinsichtlich Geschwindigkeit und Ortsveränderung erfaßt und es werden von der Verarbeitungs- und Steuereinheit 39 über die Leitung 43 entsprechende Steuersignale an die motorisch verstellbare X-Y-Kupplung 45 gegeben, welche das eigentliche Mikroskop 1 derart der Pupillenbewegung des Auges 3 nachführt, daß die optische Achse 27 des Objektivs 23 bzw. des Mikroskops 1 durch das Zentrum der Pupille 11 verläuft.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die den Elementen von 1 entsprechenden Elemente von 2 die gleichen Bezugszeichen vermehrt um die Zahl 100 aufweisen. Für die Beschreibung dieser Elemente wird deshalb auf die Beschreibung von 1 verwiesen.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 umfaßt die Beleuchtungseinrichtung 12, welche der Beobachtungseinrichtung 105 des Mikroskops 101 zugeordnet ist, die IR-Beleuchtungseinrichtung der Pupillenlageerfassungsanordnung. Bei dieser Ausführungsform wird also der infrarote Anteil des von der Lichtquelle 14 emittierten Lichts zur Pupillenlageerfassung benutzt. Damit kann insbesondere auf ein infrarotes Licht umlenkendes und sichtbares Licht hindurchlassendes Umlenkelement verzichtet werden.

Claims

Operationsmikroskop (1; 101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung umfassend – eine Beobachtungseinrichtung (5; 105) zur Beobachtung eines Auges (3; 103), – eine der Beobachtungseinrichtung (5; 105) zugeordnete Beleuchtungseinrichtung (7; 12), – eine das Auge (3; 103) im infraroten Spektralbereich beleuchtende IR-Beleuchtungseinrichtung (13; 12) und – eine das Auge (3; 103) im infraroten Spektralbereich abbildende IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) zur Erzeugung eines IR-Bilds, dessen Auswertung die Erfassung der Lage der Pupille (11; 111) des Auges (3; 103) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbildungsstrahlengang (17; 117) der IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) außerhalb des Strahlengangs (19, 21; 119, 121) der Beobachtungseinrichtung (5; 105) verläuft und daß die IR-Beleuchtungseinrichtung (13; 12) das Auge (3; 103) entlang des Strahlengangs (27; 127) der Beleuchtungseinrichtung (7; 12) beleuchtet.
Operationsmikroskop (1; 101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang (17; 117) der IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) schräg zum Beleuchtungsstrahlengang (27; 127) der IR-Beleuchtungseinrichtung (13; 12) verläuft.
Operationsmikroskop (1; 101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen dem Abbildungsstrahlengang (17; 117) der IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) und dem Beleuchtungsstrahlengang (27; 127) der IR-Beleuchtungseinrichtung (13; 12) in einem Bereich von ca. 10° bis ca. 20° liegt.
Operationsmikroskop (1; 101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang (17; 117) der IR-Abbildungseinrichtung (15; 115) schräg zum Strahlengang (19, 21; 119, 121) der Beobachtungseinrichtung (5; 105) verläuft.
Operationsmikroskop (101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Beobachtungseinrichtung (105) zugeordnete Beleuchtungseinrichtung (12) als IR-Beleuchtungseinrichtung dient.
Operationsmikroskop (1; 101) mit einer Pupillenlageerfassungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungseinrichtung (5; 105) zur Pupillenzentrierung orthogonal zur jeweiligen Beobachtungsrichtung motorisch verstellbar ist.