DE19734902A1 - Vorrichtung zur Verbesserung oder Wiederherstellung der Sehfähigkeit eines Auges mit geschädigtem Vorderabschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung oder Wiederherstellung der Sehfähigkeit eines Auges mit geschädigtem Vorderabschnitt, insbesondere geschädigter Hornhaut und intakter Retina.

Irreversible Schädigungen der Hornhaut oder des gesamten Vorderabschnittes des Au­ ges sind häufig als eine starke Vernarbung, die die Hornhaut weiß und undurchsichtig erscheinen läßt, ausgebildet. Hornhauttransplantationen führen in vielen Fällen nicht zum Erfolg, weil die transplantierten Hornhäute abgestoßen werden oder sich ebenfalls eintrüben. Solche irreversiblen Eintrübungen der Hornhaut können z. B. auch nach Ex­ plosionsverletzungen, Verätzungen oder nach Infektionskrankheiten auftreten. In den meisten Fällen bleibt die Retina intakt, so daß die Ursache für die vollständige Erblin­ dung allein in der mangelnden Transparenz der Hornhaut bzw. des Vorderabschnittes des Auges begründet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Sehhilfe darstellt, durch welche die Sehfähigkeit wenigstens für eine grobe optische Orientierung in der Umwelt wieder hergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination einer vor dem Auge positionierbaren optischen Einrichtung, welche an einer Sekundärlichtquelle ein Bild er­ zeugt, und einer in das Auge implantierbaren optischen Abbildungseinrichtung, welche das an der Sekundärlichtquelle erzeugte Bild auf der Retina, insbesondere Fovea, abbil­ det.

Die vor dem Auge positionierbare optische Einrichtung kann am Kopf des Patienten, insbesondere mit Hilfe einer Spezialbrille, in welcher die Einrichtung angeordnet ist, vor dem Auge bzw. den Augen positioniert werden. In bevorzugter Weise ist die Sekundär­ lichtquelle als streuendes Medium (Streuscheibe) ausgebildet. Zur Verwendung eines streuenden Mediums ergibt sich eine einfache Möglichkeit der Bildübertragung. Solche Streuscheiben findet man beispielsweise im Sucher von Spiegelreflexkameras oder bei Mikrofilmbetrachtungsgeräten. Wenn die Schädigung des Auges in einer Hornhautein­ trübung besteht, kann die Hornhaut als streuendes Medium ausgenützt werden. Hierzu wird das Bild (Szene) der Umgebung mit Hilfe einer Projektionseinrichtung (Projektionsoptik) auf die eingetrübte Hornhaut projiziert. Die Dicke der Hornhaut liegt im Bereich von 0,5 mm, so daß je nach Grad der Eintrübung von einer Einfach- oder schwachen Mehrfachstreuung ausgegangen werden kann. Das Licht eines jeweiligen Bildpunktes des reellen auf der Hornhaut erzeugten Bildes wird in alle Richtungen im Auge gestreut, wobei das Licht in der Ebene der als Streuscheibe wirkenden Hornhaut nur aus einem kleinen Streukreis um das Zentrum des Bildpunktes kommt.

Mit Hilfe einer hinter der Hornhaut implantierten optischen Abbildungseinrichtung, insbe­ sondere in Form einer Abbildungslinse, kann das reelle Bild, welches auf die trübe Hornhaut projiziert ist, auf der Retina abgebildet werden. Bei heller Beleuchtung ist die Wahrnehmung des Bildes bei noch vorhandener Empfindlichkeit des Auges sicher mög­ lich.

In bevorzugter Weise ist die Abbildungslinse als Intraikularlinse ausgebildet, welche in der Nähe oder im Kapselsack des Auges implantierbar ist.

Um die gewünschte Streuscheibenwirkung an der Hornhaut zu erreichen, kann die Hornhaut durch operative Maßnahmen für eine verbesserte Abbildung verdünnt sein. Zur Abbildung des gestreuten Lichts kann auch ein Mehrlinsensystem im Auge implan­ tiert werden. Ferner kann für die Projektion vor dem Auge ein Mehrlinsensystem, insbe­ sondere ein Mokroobjektiv zur Abdeckung eines größeren Feldes verwendet werden.

Ferner können bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die vor dem Auge positionierbare optische Einrichtung als Fernsehkamera und die Sekundärlichtquelle als in das Auge implantierbares optoelektronisches Minidisplay ausgebildet sein, wobei das von der Fernsehkamera erzeugte Fernsehbild drahtlos auf das Minidisplay übertragen wird. Das Minidisplay kann im Kapselsack des Auges oder in der Nähe des Kapselsac­ kes implantierbar sein. In bevorzugter Weise ist das Minidisplay als Leuchtdiodenraster ausgebildet, dessen Leuchtdioden unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Ein derar­ tiges Minidisplay ist auf dem Markt erhältlich, beispielsweise als ein von der Firma Moto­ rola hergestelltes LED-Raster auf einem Mikrochip.

Die Leuchtdioden sind im Raster in einem Abstand von höchstens 100 µm, insbesonde­ re höchstens 80 µm, voneinander angeordnet. Die Abbildung des am Leuchtdiodenra­ ster erzeugten Bildes auf der Retina, insbesondere Fovia, erfolgt bevorzugt mit Hilfe eines Mikrolinsensystems. Hierbei können jeweils 25 × 25 Mikrolinsen mit einem Durch­ messer von ca. 0,4 mm pro Linse in einem Linsenfeld angeordnet werden, wobei jede Mikrolinse 4 × 4 Leuchtdioden abbildet.

Die Abbildung erfolgt in der Weise, daß die von den einzelnen Mikrolinsen erzeugten Bilder auf der Retina ineinander geschachtelt sind. Hierzu wird die Gesamtfläche des Leuchtdiodenrasters verkleinert und die jeweilige Leuchtdiode vergrößert abgebildet. Das Mikrolinsenfeld ist hierbei relativ nahe am Leuchtdiodenraster angeordnet. Das Ver­ hältnis von Bildweite zu Gegenstandsweite beträgt etwa 5.

Die Abbildung mit Hilfe einer einzelnen Abbildungslinse in klassischer Weise kann dann erreicht werden, wenn diese Linse im hinteren Teil des Bulbus in der Nähe der Retina angeordnet wird.

Eine weitere Ausführungsform kann darin bestehen, daß mit Hilfe der vor dem Auge angeordneten Projektionseinrichtung ein Bild eines miniaturisierten Fernsehmonitors auf die Cornea, welche als Streuscheibe und Sekundärlichtquelle wirkt, projiziert wird. Die­ ses reelle Bild kann dann wiederum mit Hilfe einer implantierten Abbildungseinrichtung, beispielsweise einer Intraokularlinse, auf der Retina abgebildet werden. Bei den Ausfüh­ rungsformen, bei welchen die Hornhaut als Streumedium ausgenützt wird, ist es jedoch erforderlich, daß die Vorderkammer klar ist.

Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine spezielle Ausführungsform des Abbildungssystems im zweiten Aus­ führungsbeispiel;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Abbildungssystems im zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel; und

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vor dem Auge eine Projekti­ onseinrichtung 1 angeordnet, welche in ihrem bildseitigen Brennpunkt ein reelles Bild aus der Umgebung auf der trüben Hornhaut erzeugt. Die Projektionseinrichtung 1 kann in einer Brille angeordnet sein und aus einer Projektionslinse bestehen. Zur Erfassung eines größeren Feldes können auch mehr Linsen, beispielsweise in Form eines Mikroob­ jektives zum Einsatz kommen.

Die trübe Cornea 4 wirkt wie eine Streuscheibe. Das Licht der Bildpunkte des auf der Cornea 4 erzeugten reellen Bildes wird in das Auge in alle Richtungen gestreut und von einer bevorzugt im Kapselsack oder in der Nähe des Kapselsackes angeordneten In­ traokularlinse 5 auf der Retina 10, insbesondere im Bereich der Fovea 11, abgebildet.

Die Intraokularlinse 5 kann jedoch auch im hinteren Abschnitt des Bulbus angeordnet werden. Je nach Position der Intraokularlinse wird das reelle Bild auf der Hornhaut 4 mit einem unterschiedlichen Abbildungsmaßstab auf der Retina abgebildet. Zur Verände­ rung des Abbildungsmaßstabes kann auch ein Mehrlinsensystem implantiert sein.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung der Abbildungslinse bzw. Intraokularlinse 5 in der Nähe oder im Kapselsack des Auges, dessen Bulbuslänge ca. 24 mm beträgt, ergibt sich eine Vergrößerung der Abbildung auf der Retina um den Faktor 2. Die Größe der Fovea 11, welche das Gebiet der Retina mit dem höchsten Auflösungsvermögen ist, hat einen Durchmesser von ca. 1 mm. Dies entspricht einem Sehwinkelbereich von ca. 2-4°. Demgemäß wird in bevorzugter Weise durch die vor dem Auge angeordnete Projektionseinrichtung 1 der Winkelbereich von ca. 2-4° auf einem Durchmesser von ca. 0,5 mm auf der Augenhornhaut 4 abgebildet. Diese Abbildung kann mittels einer einfachen Linse, welche die Projektionseinrichtung 1 bildet, durchgeführt werden. Aus­ gehend von einer Adaption der Optik auf die Ferne ergibt sich für diese Linse eine Brennweite von ca. 7 mm. Neben dem zentralen Bereich auf der Fovea 11 würde auch ein größerer Winkelbereich auf die Retina 10 abgebildet werden, so daß sowohl der zentrale Bereich als auch der Randbereich zur Wahrnehmung genützt werden können.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die vor dem Auge posi­ tionierbare optische Einrichtung eine Fernsehkamera 2, insbesondere in Form einer mi­ niaturisierten Videokamera, die ebenfalls in einer Spezialbrille am Kopf des Patienten positioniert werden kann, verwendet. Mit Hilfe der miniaturisierten TV-Kamera wird ein Fernsehbild der Umgebung entworfen und drahtlos auf ein optoelektronisches Minidis­ play 3, welches als Sekundärlichtquelle wirkt und in das Auge implantierbar ist, übertra­ gen. Mit Hilfe einer ebenfalls im Auge implantierten optischen Einrichtung 6, von der in den Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele dargestellt sind, wird das am Minidisplay 3 erzeugte Bild auf der Retina 10, insbesondere im Bereich der Fovea 11, abgebildet. Das Minidisplay 3 ist im Kapselsack des Auges oder in unmittelbarer Nähe des Kapselsackes implantiert. Die optische Abbildungseinrichtung 6, z. B. Diaphragma und/oder Mikrolin­ sensystem ist unmittelbar hinter dem Minidisplay 3 angeordnet. In bevorzugter Weise beträgt der Abstand zwischen dem Minidisplay 3 und der Abbildungseinrichtung 6 ca. 3 mm und der Abstand der Abbildungseinrichtung 6 von der Retina 10 ca. 15 mm.

Unter der Voraussetzung, daß man Schrift auch noch in einem Feldwinkel von ca. 6° ohne Augenbewegung lesen kann, ergibt sich für das auf der Retina 10 abgebildete Bild ein Durchmesser von ca. 1,5 mm und eine Auflösung von 15 µm.

Für eine derartige Abbildung eignet sich eine in der Fig. 3 dargestellte Anordnung, bei welcher für die optische Abbildungseinrichtung 6 ein Mikrolinsenfeld, bestehend aus Mi­ krolinsen 8, zum Einsatz kommt. Jede Mikrolinse besitzt einen Durchmesser von etwa 0,4 mm. Das Minidisplay 3 besitzt ein Leuchtdiodenraster, besteht aus Leuchtdioden 7.

Die Anordnung der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist derart, daß das Feld 25 × 25 Linsen 8 aufweist, von denen jede Linse 4 × 4 Leuchtdioden 7 auf der Retina in einem Durchmesser von 1,5 mm abbildet. Die Leuchtdioden können einen Durchmesser von etwa 3 µm und einen maximalen Abstand von ca. 80 µm zueinander aufweisen. Bei dem oben erläuterten Verhältnis von Gegenstandsweite (Abstand zwischen dem Display 3 und den Mikrolinsen 8) zu Bildweite (Abstand der Mikrolinsen 8 zur Retina 10) von 3 : 15 ergibt sich eine Vergrößerung, welche durch die jeweilige Mikrolinse erzielt wird, um den Faktor 5.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden daher die von den jeweiligen Mikrolin­ sen erzeugten Abbildungen auf der Retina 10 ineinander geschachtelt. Dabei ergibt sich eine Verkleinerung der Gesamtfläche des Leuchtdiodenrasters auf dem Minidisplay 3 und eine Vergrößerung der jeweiligen Abbildungen der Leuchtdioden 7.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich als Brennweite für die jeweilige Mikro­ linse f = 2,5 mm und eine numerische Apertur der jeweiligen Linse von ca. 0,1. Um ein zusammenhängendes Bild auf der Retina 10 zu erhalten, sind die Leuchtdioden 8 be­ züglich der jeweiligen Linsenachsen der sie abbildenden Mikrolinsen 8 in bestimmter Weise dezentriert angeordnet. Bei der Herstellung des Leuchtdiodenrasters für das Mi­ nidisplay 3 läßt sich dies berücksichtigen. Bei anderen Gegenstands- und Bildweiten ändert sich die Brennweite der jeweiligen Mikrolinse entsprechend.

Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Abbildungseinrichtung 6 in Form einer einfachen Abbildungslinse 9 ausgebildet, die im hinteren Teil des Bulbus angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Gegenstandsweite g größer als die Bildweite b. Die Verkleinerung kann bei dieser Ausführungsform klassisch erfolgen.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel kann anstelle des in der Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsbeispiels zur Anwendung kommen. In diesen Anwendungsfällen ist die Cornea trüb und wirkt wie eine Streuscheibe, und die Vorderkammer ist transparent. Bei dieser Ausführungsform kann mit einem miniaturisierten Fernsehmonitor 12 ein Bild er­ zeugt werden, das auf die Cornea mit Hilfe der Projektionseinrichtung 1, wie beim Aus­ führungsbeispiel der Fig. 1, projiziert wird. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird das auf diese Weise auf der trüben Augenhornhaut 4 erzeugte reelle Bild des Monitors gestreut und durch die implantierte Intraokularlinse 5 auf der Retina 10 abgebildet.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Verbesserung oder Wiederherstellung der Sehfähigkeit eines Auges mit geschädigtem Vorderabschnitt, insbesondere geschädigter Hornhaut und intakter Retina, gekennzeichnet durch die Kombination einer vor dem Auge positionierbaren optischen Einrichtung (1; 2; 12), welche an einer Sekundärlichtquelle (3; 4) ein Bild erzeugt und einer in das Auge implantierbaren optischen Abbildungseinrichtung (5; 6; 9), welches das an der Sekundärlichtquelle erzeugte Bild auf der Retina abbildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Auge positionierbare Einrichtung (1; 2; 12) in einer Brille angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abbildungseinrichtung (5; 6; 9) das an der Sekundärlichtquelle (3; 4) erzeugte Bild im Bereich der Fovea (11) abbildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Auge positionierbare optische Einrichtung als Projektionseinrichtung (1) ausgebildet ist, welche das Bild auf die infolge der Schädigung wie eine Streu­ scheibe wirkende Hornhaut (4) des Auges projiziert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsein­ richtung (1) eine Brennweite von etwa 7 mm aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projekti­ onseinrichtung (1), mit welcher ein reelles Bild auf die Augenhornhaut (4) proji­ zierbar ist, einen Winkelbereich von etwa 2-4° auf einem Durchmesser von etwa 0,5 mm auf die Augenhornhaut abbildet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtung (1) aus einer oder mehreren Linsen besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Auge implantierbare optische Abbildungseinrichtung eine Abbildungslinse (5) ist, welche das am geschädigten Augenteil, insbesondere der Hornhaut (4) gestreute Licht auf der Retina (10) abbildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse (5) eine Intraokularlinse ist, welche im Kapselsack oder in der Nähe des Kapsel­ sackes in das Auge implantierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Auge positionierbare optische Einrichtung als Fernsehkamera (2) und die Sekundärlichtquelle als in das Auge implantierbares optoelektronisches Mini­ display (3) ausgebildet sind und daß eine Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, welche das von der Fernsehkamera (2) erzeugte Fernsehbild drahtlos auf das Minidisplay (3) überträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Minidisplay (3) in den Kapselsack oder in die Nähe des Kapselsackes implantierbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mini­ display (3) ein Leuchtdiodenraster aufweist, dessen Leuchtdioden (7) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (7) einen Abstand von höchstens 100 µm, insbesondere höchstens 80 µm, von­ einander aufweisen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche des Leuchtdiodenrasters durch die optische Abbildungseinrich­ tung (6) verkleinert auf der Retina (10) abbildbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leuchtdioden (7) des Leuchtdiodenrasters durch die optische Ab­ bildungseinrichtung (6) vergrößert abbildbar sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abbildungseinrichtung (6) aus einem Linsenfeld mit mehreren Mikro­ linsen (8) besteht, wobei mittels einer Mikrolinse (8) mehrere Leuchtdioden (7) auf der Retina, insbesondere im Bereich der Fovea, abbildbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Mikrolinse (8) derart ausgebildet ist, daß die Abbildungen der meh­ reren Leuchtdioden (7), welche von der jeweiligen Mikrolinse (8) auf der Retina erzeugbar sind, ineinander schachtelbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer zusammenhängenden Abbildung auf der Retina die von einer jeweiligen Mikrolinse (8) abbildbaren Leuchtdioden (7) bezüglich der Linsenachse der jeweiligen Mikrolinse (8) dezentriert angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die opti­ sche Abbildungseinrichtung als im hinteren Teil des Bulbus angeordnete Abbil­ dungslinse (9) ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Projektionseinrichtung (1) ein von einem Fernsehmonitor (12) erzeug­ tes Bild auf die wie eine Streuscheibe wirkende Hornhaut (4) als Sekundärlicht­ quelle projizierbar ist.