DE2536801A1

DE2536801A1 - Vorrichtung zur messung der groesse einer augenpupille

Info

Publication number: DE2536801A1
Application number: DE19752536801
Authority: DE
Inventors: Daniel Dr Bracher; Walter Dr Phil Lotmar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-23
Filing date: 1975-08-19
Publication date: 1976-03-04
Also published as: CH581986A5; US4007980A

Description

Dipl.-lng. Ludewig

Dipl.-Phys- ^Buse Dlpl.-Phy·. Mentzel

Patentanwälte 56 Wuppertal-Barmen

UnMdBnJTiU Tel. 553611/12

Dr. Daniel Bracher, Beethovenstr. 10, 3073 Gümligen (Schweiz)

Vorrichtung zur Messung der Grosse einer Augenpupille

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Grosse einer Augenpupille, mit mindestens einer Messlichtquelle zur Beleuchtung des Auges und mindestens einem Messlichtempfänger zur Aufnahme des vom Auge zurückgeworfenen Messlichtes.

Die qualitative oder quantitative Beobachtung des Pupillenreflexes beim Menschen, d.h. der Aenderung der Pupillengrösse infolge äusserer Reize, ist deshalb von klinischer Bedeutung, weil aus dem normalen beziehungsweise gestörten Verhalten dieses Reflexes Schlüsse auf den Funktionszustand derjenigen Nervenbahnen und Gehirnteile gezogen werden können, die an der Reizleitung vom Reizort bis zu den die Pupillengrösse steuernden Muskeln beteiligt sind. Als Reize kommen dabei nicht nur optische, sondern auch akustische, taktile, thermische und andere in Betracht, so dass die Zahl der prüfbaren Nervenbahnen recht gross ist. Diese Art der Funktionsprüfung ist für den Arzt vor allem dann von grossem Wert, wenn er es mit nicht kollaborationsfähigen Subjekten, wie etwa Bewusstlosen oder Neugeborenen, zu tun hat.

Verfahren für die Messung des Pupillenreflexes bei kollaborierenden Subjekten sind bekannt. Die Versuchsperson wird angewiesen, mit

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offenem Auge ein bezeichnetes Ziel zu fixieren, und die Pupille wird vor, wahrend und nach Applikation des Reizes beispielsweise kinematographisch aufgenommen oder mit einer Fernsehkamera abgetastet, oder es wird das Auge beleuchtet, und die Iris und Pupille werden auf eine Photozelle abgebildet. Alle bekannten Verfahren sind aber bei nicht kollaborierenden Subjekten mit Schwierigkeiten verbunden.

Im vorliegenden Fall ist davon auszugehen, dass das zu untersuchende Subjekt die Augen im allgemeinen geschlossen hält, wobei aber die Augapfel willkürliche und nicht voraussehbare Bewegungen ausführen können. Auch wenn man in solchen Fällen die Lider künstlich offenhalten würde, so wäre doch eine eindeutige Messung des Pupillendurchmessers nach bekannten Verfahren wesentlich erschwert, da die Pupille durch die nicht fixierbaren Augenbewegungen perspektivisch verzerrt würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine von Augenbewegungen unabhängige Beleuchtung der Iris des Auges, eine gleichfalls von Augenbewegungen unabhängige Aufnahme des zurückgeworfenen Messlichtes durch den Messlichtempfänger und im aufgenommenen Messlicht eine praktisch vollständige Ausschaltung von störendem Streulicht bzw. des durch die Pupille gehenden Messlichtes ermöglicht.

Erfindungsgemäss ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der Messlichtquelle ein optisches System zur Umlenkung des von der Messlichtquelle divergent ausgestrahlten Messlichtes auf die Iris des Auges angeordnet ist und dass die Messlichtquelle, das optische System und der Messlichtempfänger in einem Kontaktkörper for das Auge enthalten sind, der dazu ausgebildet ist, auf dem Äuge zu haften und von diesem mitbewegt zu werden.

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Bei einer solchen Vorrichtung macht der Kontaktkörper nach seinem Aufsetzen auf das Auge alle Augenbewegungen mit. Der Kontaktkörper kann aber so leicht ausgebildet werden, dass sein Gewicht bei liegendem Patienten ohne Schaden ertragen wird. Man kann in diese Anordnung auch noch eine Reizlichtquelle einbeziehen, ohne dass das Gesamtgewicht zu Bedenken Anlass gäbe.

Da bei der erfindungsgemässen Vorrichtung divergentes Licht der Messlichtquelle durch das optische System erfasst und in Ringform von der Seite her auf die Iris des Auges geworfen wird, ergibt sich in vorteilhafter Weise vor dem Auge ein freier Raum um die Achse, in welchem der oder die Messlichtempfänger sowie allenfalls die Reizlichtquelle ohne Störung des die Iris beleuchtenden Messlichtes untergebracht werden können.

Ferner bringt die genannte seitliche Beleuchtung der Iris den beträchtlichen Vorteil mit sich, dass das durch die Pupille des Auges gehende Messlicht auf die seitlichen Partien des Augenhintergrundes trifft, so dass etwaige reflektierte Anteile nicht zum Messlichtempfänger, der das von der Iris zurückgeworfene Licht aufzunehmen hat, gelangen können.

Da zudem sowohl das umlenkende optische System als auch der oder die Messlichtempfänger in dem auf dem Auge haftenden Kontaktkörper enthalten sind, tritt in vorteilhafter Weise kein die Messung störendes Streulicht auf, das dort entsteht, wo ein grosser Unterschied des Brechungsindex vorliegt. Vom Messlichtempfänger kann aber nur Streulicht aufgenommen werden, das allenfalls an den Grenzflächen zwischen dem Kontaktkörper und dem Auge entstehen würde. Da jedoch zwischen dem auf dem Auge haftenden Kontaktkörper und dem Auge selbst kein Luftzwischenraum vorhanden ist, liegt an dieser Stelle ein höchstens sehr kleiner Unterschied des Brechungsindex des Materials des Kontaktkörpers, z.B. eines Kunststoffes, und der Flüssigkeitsschicht auf dem Auge vor, so dass praktisch

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auch kein Streulicht erzeugt wird.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Schnitt durch den Augapfel ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,

Fig. 2 in kleinerem Massstab eine Variante des Kontaktkörpers der Vorrichtung der Fig. 1,

Fig. 3 in einem Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Linsenanordnung der Fig. 3,

Fig. 5 in einem Schnitt einen Kontaktkörper, der insbesondere bei Neu- und Frühgeborenen anwendbar ist,

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Kontaktkörper der Fig. 5.

Gemäss Fig. 1 ist ein Augapfel 1 in einem Schnitt dargestellt, wobei der Augapfel eine Hornhaut 2, eine Bindehaut 3, eine Iris oder Regenbogenhaut 4, eine Pupille 5, eine Linse B, und eine Netzhaut 7 aufweist. Dem Auge 1 ist ein aus einem durchsichtigen Material, vorzugsweise einem Kunststoff bestehendes Kontaktglas aufgesetzt, dessen Kontaktfläche der Form des zu untersuchenden Auges angepasst ist. Zwischen das Auge 1 und das Kontaktglas 6 ist in bekannter Weise eine dünne Flüssigkeitsschicht 9 gebracht worden, die einen optischen Kontakt bewirkt. Fest verbunden mit dem Kontaktglas 8 sind zwei Lichtquellen 10 und 11, von denen die Lichtquelle 10 Messlicht und die Lichtquelle 11 Reiz.licht aussendet, sowie mehrere Empfänger 12, von denen hier zwei dargestellt sind. Die am Kontaktglas 8 angebrachten Halterungen für die Licht-

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quellen und Empfänger sind der Uebersichtlichkeit halber weggelassen. Eine geeignete Halterung kann beispielsweise eine auf das Kontaktglas 8 geschobene und mit ihm verbundene Hülse sein, die an denjenigen Berührungsstellen mit dem Kontaktglas B die in der nachstehend beschriebenen Weise Reflexionsflächen für das Messlicht sind, ausgeschnitten ist. Zuführungsleitungen 13, 14 und 15 zu den Lichtquellen 10, 11 und den Empfängern 12 sind angedeutet.

Während das Reizlicht der Lichtquelle 11 im sichtbaren Spektralbereich liegen muss, da die Netzhaut 7 ja darauf ansprechen soll, gilt für das die Iris 4 beleuchtende Messlicht der Lichtquelle 10 das Gegenteil. Für letzteres wird daher zweckmässigerweise vom Auge nicht wahrgenommenes, beispielsweise ultrarotes Licht verwendet. Die Empfänger 12 müssen dann ebenfalls für die betreffende Lichtart empfindlich sein. Eine derartige Trennung der Spektralbereiche bietet den zusätzlichen Vorteil, dass etwaiges Streulicht von der Reizlichtquelle in einfacher Weise durch nicht dargestellte Lichtfilter von den Messlichtempfängern 12 ferngehalten werden kann.

Als Lichtquellen 10 und 11 für das Mess- und Reizlicht werden mit Vorteil sogenannte Leuchtdioden verwendet, wie sie kommerziell erhältlich sind. Diese weisen zwar keine hohe Lichtstärke, dafür aber eine relativ kleine Leuchtfläche auf, d.h. sie sind angenähert punktförmig, was für die Verwendung in der vorliegenden Vorrichtung günstig ist. Die geringe Lichtstärke andererseits wird durch die Kürze der Lichtwege von der Lichtquelle zum Empfänger in ausreichender Weise wettgemacht.

Es besteht jedoch ein Interesse daran, einen möglichst grossen Teil der Strahlung der Messlichtquelle 10 auszunützen, um das Signal, d.h. die Aenderung der Pupillengrösse, möglichst gut vom stets vorhandenen Untergrund (Streulicht, Instabilität des Empfän-

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gers und der nachgeschalteten Verstärker) abzuheben. Zu diesem Zweck ist das Kontaktglas 8 der vorliegenden Vorrichtung als optisches Samme 1system besonderer Art ausgebildet, das nachfolgend noch beschrieben wird.

Ferner ist es von Vorteil, nicht nur einen, sondern mehrere Empfänger 12 vorzusehen, die unabhängig voneinander oder in Serie arbeiten können. Als solche werden mit Vorteil Miniatur-Photodioden benutzt, wie sie kommerziell erhältlich sind. Die von ihnen gelieferten Signale können in bekannter Weise elektronisch verarbeitet und beispielsweise von einem Registriergerät aufgezeichnet werden.

In dem in Fig. 1 dargestellten optischen System weist das Kontaktglas B eine polierte Torusfläche 16 und eine polierte Zylinderfläche 17 auf, wobei die letztere aus Herstellungsgründen auch leicht kegelig sein kann. Durch die brechende Torusfläche 16 wird der auf sie auftreffende, von der Lichtquelle 10 ausgehende Strahlen-Hohlkegel gesammelt, so dass er nach Totalreflexion an der polierten Zylinderfläche 17 in relativ konzentrierter Form auf die interessierende, aus der Iris 4 und der Pupille 5 bestehende Fläche, welche die Messebene bildet, trifft. Ein Teil des auf die Iris 4 fallenden Lichtes wird durch diese absorbiert, ein anderer Teil diffus zurückgestrahlt. Ein gewisser Anteil des rückgestrahlten Lichtes erreicht die Empfänger 12 und wird angezeigt. Aendert sich nun die Grosse der Pupille, beispielsweise als Reaktion auf einen von der Reizlichtquelle 11 ausgehenden, plötzlich einsetzenden Lichtreiz, der als Strahlenbündel 1B die Netzhaut 7 trifft, so ändert sich damit auch die Grosse der im Messlicht-Strahlenkegel liegenden Iris-Oberfläche und damit die Stärke des rückgestrahlten Lichtanteils. Die Anzeige des oder der Empfänger ändert damit nach Richtung und Stärke der Pupillenänderung und kann in ihrem zeitlichen Verlauf aufgezeichnet werden. Allfällige Bewegungen des Auges 1 sind hierbei ohne Einfluss auf

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das Messergebnis, da das Kontaktglas 8 und damit alle beschriebenen Messelemente die Augenbewegung mitmachen.

Ein gutes Haften des Kontaktglases B auf dem Auge 1 kann in bekannter Weise durch leichtes Ansaugen erreicht werden. Der hierfür am Kontaktglas anzubringende feine Saugkanal ist in Fig. 1 nicht dargestellt.

Eine weitere Ausführungsform des Kontaktglases ist in Fig. 2 dargestellt. Beim dargestellten Kontaktglas 19 sind die sammelnde Fläche und die totalreflektierende Fläche zusammengefasst als polierte, sammelnde, torische Mantelfläche 20, während die Eintrittsflache 21 des Kontaktglases 19 für das von der Lichtquelle 10 ausgehende Licht eine kegelige Fläche ist.

In Fig. 3 ist eine weitere Form des Kontaktglases dargestellt. Das Kontaktglas 22 unterscheidet sich vom Kontaktglas θ der Fig. 1 dadurch, dass Linsen 23 vorhanden sind, durch welche jeweils ein gewisser Sektor der Messebene, d.h. der Ebene der Iris 4 und der Pupille 5, auf einen der Empfänger 12 abgebildet wird, während bei der Vorrichtung der Fig. 1 rückgestrahltes Licht von jedem Punkt der Iris nach allen Empfängern gelangen kann. Im Falle der Fig. 3 ist demnach eine Differenzierung der Pupillenreaktion nach verschiedenen Sektoren der Iris möglich·. Dies ist medizinisch ebenfalls von Interesse, da auch die Koordination der verschiedenen, die Irisbewegung verursachenden Muskelbündel Störungen aufweisen kann.

Gemäss Fig. 3 sind die Linsen 23 des Kontaktglases 22 in einem Einsatzstück 24 enthalten, das in eine entsprechende Vertiefung des Kontaktglases 22 einsetzbar bzw. aus dieser herausnehmbar ist. Bei Bedarf kann das dargestellte Einsatzstück gegen ein anders geformtes Einsatzstück ohne Linsen ausgewechselt werden. Das Einsatzstück weist eine beispielsweise aus einem undurchsichtigen Kunst-

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stoff bestehende Fassung 25 für einen aus Glas oder einem durch- -sichtigen Kunststoff bestehenden Linsenkörper 26 auf, in welchem die Linsen 23, z.B. asphärische Linsen, geformt sind. Die Empfänger 12 sind über den Linsen 23 auf der oberen Fläche der Fassung 25 angebracht. Der dargestellte Linsenkörper 26 weist zudem eine weitere, zentrale Linse 27 auf, die dazu dient, das Licht der Reizlichtquelle 11 durch die Pupille 5 hindurch auf die in Fig. nicht dargestellte Netzhaut des Auges zu richten, vgl. die Netzhaut 7 in Fig. 1. Der Vorteil der Verwendung einer solchen Linse im Strahlengang der Reizlichtquelle besteht darin, dass mit ihrer Hilfe ein Bild der kleinen Leuchtfläche der Lichtquelle 11 in der Pupillenebene erzeugt werden kann. Da dieses Bild kleiner als der kleinste vorkommende Pupillendurchmesser ist, so bleibt die Grosse des vom Reizlicht getroffenen Netzhautbereichs unabhängig von der Pupillengrösse, was bei der Anordnung nach Fig. 1 nicht der Fall ist. Eine derartige Abhängigkeit ist indessen für wohldefinierte Untersuchungen unerwünscht. Im übrigen entspricht das in Fig. 3 dargestellte Kontaktglas 22 dem Kontaktglas 8 der Fig. 1, insbesondere was den Strahlengang des Lichtes der Messlichtquelle 10 bis zur Iris 4 betrifft.

Wie aus der Draufsicht der Fig. 4 auf das Einsatzstück 24 (ohne Empfänger 12) ersichtlich isti können beispielsweise vier Abbildungslinsen 23 und die zentrale Beleuchtungslinie 27 vorgesehen werden.

Die Verwendung der bisher beschriebenen, beispielsweisen Vorrichtungen ist bei Pupillenmessungen an Früh- und Neugeborenen erschwert oder praktisch verunmöglicht, weil das gemäss den Fig. 1 bis 3 kreis- bzw. zylinderförmige optische System des Kontaktglases eine im Vergleich zur schmalen Lidspalte eines Früh- oder Neugeborenen zu grosse Breitenabmessung aufweist. Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform des Kontaktglases beseitigt diesen Nachteil. Das dargestellte Kontaktglas 28 weist einen

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schalenförmigen Kontaktteil 29 auf, der gleich wie bei den bisher beschriebenen Kontaktgläsern gestaltet ist, jedoch einen kleineren Krümmungsradius von beispielsweise 7 mm hat. Das optische System zur Umlenkung des Lichtes einer nicht dargestellten Messlichtquelle weist im Schnitt (Fig. 5) die gleiche Form wie die vorgängig anhand der Fig. 1 und 3 beschriebenen Kontaktgläser auf, d.h. eine sammelnde Torusflache 30 und eine totalreflektierende Zylinderfläche 31. Jedoch ist der durch diese Flächen begrenzte Kontaktglasteil radial ausgeschnitten, wie dies aus Fig. 6 hervorgeht. Die verbleibenden Sektoren des optischen Systems weisen eine Breite 32 von beispielsweise 5,5 mm auf, die der Lidspalte des Früh- oder Neugeborenen angepasst ist. Im übrigen weist das Kontaktglas 28 wie dasjenige der Fig. 3 eine Vertiefung 33 auf, in welche ein entsprechend dimensioniertes Einsatzstück mit Linsen eingelegt werden kann. Die weiteren Teile der Vorrichtung, insbesondere die Messlichtquelle und die Messempfänger, die in Fig. und 6 nicht dargestellt sind, entsprechen den vorgängig beschriebenen Ausführungsformen. Es hat sich gezeigt, dass mit der beschriebenen Vorrichtung Pupillenmessungen bei Früh- und Neugeborenen möglich sind.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Messung der Grosse einer Augenpupille, mit mindestens einer Messlichtquelle zur Beleuchtung des Auges und
mindestens einem Messlichtempfänger zur Aufnahme des vom Auge zurückgeworfenen Messlichtes, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der Messlichtquelle ein optisches System zur Umlenkung des von der Messlichtquelle divergent ausgestrahlten
Messlichtes auf die Iris des Auges angeordnet ist und dass die Messlichtquelle, das optische System und der Messlichtempfänger in einem Kontaktkörper für das Auge enthalten sind, der dazu
ausgebildet ist, auf dem Auge zu haften und von diesem mitbewegt zu werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine brechende torische, sammelnde und eine
totalreflektierende Fläche aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die totalreflektierende Fläche mindestens angenähert zylindrisch
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die totalreflektierende Fläche kegelig ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine brechende konische und eine torische,
sammelnde, totalreflektierende Fläche aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper mehrere Messlichtempfänger trägt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messlichtquelle zur Ausstrahlung unsichtbaren, z.B. ultraroten Lichtes ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messlichtquelle eine Leuchtdiode mit angenähert punktförmiger Leuchtfläche ist.
9. Vorrichtung rrach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtempfänger eine Photodiode ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, z.B. aus Glas oder Kunststoff, in welchen mindestens ein Teil des optischen Systems eingearbeitet ist.
11..Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper ein mehrere Linsen zur Abbildung je eines Sektors der Iris des Auges aufweisendes, aus dem Kontaktkörper herausnehmbares Einsatzstück enthält, wobei in der Bildebene jeder Linse ein an der oberen Fläche des Einsatzstücks befestigter Messlichtempfänger angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kontaktkörper zusätzlich eine Reizlichtquelle angeordnet ist, die zur Beleuchtung des Augenhintergrundes mit einem innerhalb der Augenpupille liegenden Strahlenbündel ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzstück eine im Strahlengang der Reizlichtquelle angeordnete Sammellinse enthält.

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14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem optischen System zwei gegenüberliegende Sektoren ausgeschnitten sind.

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