DE19857000A1 - Anordnung und Verfahren zur Vermessung von Teilabschnitten des Auges, insbesondere der Vorderkammertiefe - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Vermessung von Teilabschnitten des Auges, vorzugsweise zur Ermittlung der Vorderkammertiefe VKT, DOLLAR A bestehend aus einer seitlich zum Auge unter einem Winkel zur Beobachtungsachse einstrahlender spaltförmigen Beleuchtung und einer die vom Auge kommenden Streubilder erfassenden Empfängeranordnung mit nachgeordneter Signalverarbeitung, wobei die Beleuchtung vorteilhaft über eine Abbildungsoptik, vorzugsweise eine anamorphotische Optik, vorzugsweise eine Zylinderlinse erfolgt und die die spaltförmige Beleuchtung vorzugsweise durch eine Reihe von punktförmigen Lichtquellen gebildet ist.

Description

Es sind Anordnungen bekannt, welche als Zusatzeinheit zu einer Spaltlampe eine Vermessung der Vorderkammertiefe (VKT) realisieren.

In bekannter Weise wird ein Lichtspalt auf die Patientenhornhaut projiziert; die Beobachtung des dabei entstehenden Lichtschnittes erfolgt mittels eines Spaltlampenmikroskopes.

Die Zusatzeinheit erzeugt durch eine Pupillenteilung ein Doppelbild, bei welchem ein Teilbild verschiebbar ist. Durch Einstellung der Koinzidenz von Hornhaut- und Linsenschnittbild kann die VKT auf manuell-optischem Weg ermittelt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine vereinfachte Anordnung zur Messung der VKT, die auch einfach in bereits bestehende Meßaufbauten integriert werden kann.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das Probandenauge wird seitlich unter einem festen Winkel durch einen hellen Lichtspalt beleuchtet. Die dabei entstehenden Lichtschnitte am Auge werden mit einem optischen System auf einen Empfänger, vorzugsweise eine CCD-Kamera abgebildet.

Beleuchtung und Beobachtung bilden dabei einen festen Winkel, vorzugsweise ca. 33°. Im Beobachtungssystem ist eine Lichtquelle integriert (z. B. LED oder Laserdiode), auf welche der Proband fixiert.

Das Videosignal der Kamera wird auf einem Monitor oder LC Display dargestellt.

Der Bediener kann sich während der gesamten Zeit der Einjustierung und der Vermessung des Probanden davon überzeugen, daß der Proband richtig fixiert - und somit das Meßergebnis unverfälscht - ist.

Fig. 1a, b zeigt schematisch die erfindungsgemäße Anordnung.

Der Lichtspalt wird durch eine Zeile lichtstarker LEDs (1) gebildet, welche einen definierten Abstand zu einem Spalt fester Breite (2) besitzen.

Der auf diese Weise beleuchtete Spalt wird durch eine Zylinderlinse (3) als Spaltbild 4 auf das Probandenauge 5 abgebildet. Als vorteilhaft erwiesen sich eine 1 : 1-Abbildung eines 0,3 mm breiten Spaltes mit einer Apertur von 0,125 sowie der Einsatz von Weißlicht-LED.

Die zum Einsatz kommenden LED haben typischerweise eine Lebensdauer von mindestens 10 000 Stunden. (Im Vergleich: Halogenlampe 100-200 Stunden).

Es gibt keine Verschleißerscheinungen durch hohe Temperaturbelastung wie bei einer Halogenlampe.

Es erfolgt eine Abbildung des Probandenauges mit den relevanten Bildausschnitten über eine Abbildungsoptik 6 auf vorzugsweise einen CCD-Sensor 8. Die Abbildung wird telezentrisch durchgeführt, um den Einfluß der Probandenjustierung zu minimieren. Das Videosignal wird auf einem Monitor oder LC Display dargestellt, sodaß der Bediener in ungezwungener Haltung die Probandenjustierung und Vermessung vornehmen kann.

Das Meßverfahren beruht nicht auf der meßbaren Verschiebung von Teilbildern; somit kann die Pupillenteilung entfallen.

Das Signal der CCD-Kamera wird mittels Frame Grabber FG in den Speicher eines Rechners C übernommen.

Mit Hilfe geeigneter Bildverarbeitungssoftware werden Abstände im Schnittbild ermittelt, aus denen die VKT (Genauigkeit 0,1 mm) errechnet wird.

Eine Verbesserung der relevanten Bildinhalte (z. B. durch Ausschalten von Umgebungslicht) wird erreicht, indem die Beleuchtungs-LED in geeigneter Form synchron zu den Videohalbbildern getaktet ein- und ausgeschaltet werden.

Zur Abbildung des Auges (5) auf die CCD-Kamera (8) genügt ein Achromat (6) definierter Brennweite. Die Festlegung der Brennweite erfolgt in Abhängigkeit vom gewünschten Bildausschnitt am Auge, der abgebildet werden soll.

In der bildseitigen Brennweite des Achromaten (6) wird gemäß Fig. 1b eine Blende (7) angeordnet, welche die Telezentriebedingung erfüllt.

Dieser einfache Aufbau des Abbildungssystems sichert die unkomplizierte Integrations­ möglichkeit in andere Systeme.

Die Einblendung eines Fixierlichtes FI (LED) erfolgt beispielsweise über einen Strahlteiler 9 in Fig. 1b.

Nachstehend wird anhand von Fig. 2 dargestellt, wie anhand des Bildes auf der CCD-Matrix die VKT ermittelt wird.

Dargestellt ist das Reflexbild FI des Justierlasers sowie das Streulicht der Hornhaut SH und der Linse SL bei eingeschalteter Beleuchtung.

Bestimmung des Abstandes der Vorderkanten der Streubilder von Hornhaut und Linse in digitalisierten Aufnahmen

Ausgangspunkt der Bildverarbeitung ist (n mal) ein Paar unmittelbar nacheinander aufgenommener Bilder: Bild 1 mit eingeschalteter Spaltbeleuchtung ("Hellbild"), Bild 2 ohne Spaltbeleuchtung mit Bild der Fixierlampe ("Dunkelbild"). Die Verarbeitung vollzieht sich in folgenden wesentlichen Schritten:

• - Detektion der Pupille im Dunkelbild: histogrammbasierte Auswahl eines Schwellwertes zur Binarisierung bei Berücksichtigung von Randbedingungen. Bestimmung einer die Pupille umschreibenden Ellipse durch Auswertung der Kovarianzmatrix des Binärbildes.
• - Detektion des Fixierpunktes in der Pupille im Dunkelbild: Bestimmung aller zusammenhängender Regionen, deren Grauwerte oberhalb des 0.9-Quantils der Grauwertverteilung im Dunkelbild liegen. Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes für jede Region, das von Fläche, Form und Abstand zum Pupillenmittelpunkt abhängt. Auswahl des Schwerpunktes der wahrscheinlichsten Region als Fixpunkt.
• - Berechnung des Differenzbildes Hellbild minus Dunkelbild und Rauschunterdrückung im Differenzbild durch Medianfilterung.
• - Bestimmung des Kantenverlaufs der Streubilder von der Linse SL und der Hornhautvorderfläche SH im Differenzbild: histogrammbasierte Auswahl eines Schwellwertes zur Binarisierung bei Berücksichtigung von Randbedingungen. Grobdetektion der Kanten als Ort der Schwellwertüberschreitung in vorgegebenem Bereich um den Fixierpunkt. Feindetektion der Kanten als Ort des Wendepunktes des Grauwertverlaufs im Zeilenprofil, der der grobdetektierten Position am nächsten liegt. Eliminierung von Reflexkanten durch Ausreißerdetektion im Kantenverlauf (Entfernung eines vorgegebenen Anteils von Punkten, der am weitesten vom mittleren Kantenverlauf entfernt ist).
• - Bestimmung des Abstandes X der Vorderkanten von Hornhaut- und Linsenstreubild (in Pixeln): Approximation des Kantenverlaufs durch Ellipsen (restringierte Minimierung der Quadratfehlersumme). Berechnung des Abstandes der Schnittpunkte dieser Ellipsen mit der Horizontalen durch den Fixierpunkt.

Berechnung der Vorderkammertiefe aus o. g. Abstand

Umrechnung des in Pixel vorliegenden Abstandes X in mm über den Abbildungsmaßstab der Optik und die Pixelgröße der CCD-Matrix.
r = Hornhautradius,
n = Brechzahl des Kammerwassers,
ω = Winkel zw. Beleuchtung und Beobachtung

Der Hornhautradius kann vorzugsweise mittels eines Keratometers gemessen und berechnet werden.

Claims (9)

1. Anordnung zur Vermessung von Teilabschnitten des Auges, vorzugsweise zur Ermittlung der Vorderkammertiefe VKT bestehend aus einer seitlich zum Auge unter einem Winkel zur Beobachtungsachse einstrahlender spaltförmigen Beleuchtung und einer die vom Auge kommenden Streubilder erfassenden Empfängeranordnung mit nachgeordneter Signalverarbeitung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtung über eine Abbildungsoptik, vorzugsweise eine anamorphotische Optik, vorzugsweise eine Zylinderlinse erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die spaltförmige Beleuchtung durch eine Reihe von punktförmigen Lichtquellen gebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Lichtquellen Weißlicht-LED sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei den Lichtquellen in Beleuchtungsrichtung ein Spalt nachgeordnet ist.

6. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Beleuchtungswinkel vorzugsweise in einem Bereich um 33 Grad zur Beobachtungsachse.

7. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Detektion mittels einer CCD-Kamera erfolgt.

8. Verfahren zum Betrieb eines ophthalmologischen Untersuchungsgerätes nach einem der Ansprüche, vorzugsweise zur Bestimmung der VKT, wobei im Detektionsbild die Lage unterschiedlicher Streubilder ermittelt und aus dieser Lage eine Berechnung des Abstandes von Teilabschnitten des menschlichen Auges, vorzugsweise des Vorderkammertiefe erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die seitliche Beleuchtung synchronisiert zur Bilderzeugung der CCD-Kamera an- und ausgeschaltet wird und jeweils Bildpaare zur weiteren Verarbeitung herangezogen werden.