DE3525588C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von mechanischen Eigenschaften der Augen­ muskulatur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere eine verbesserte Schieldia­ gnostik und -therapie ermöglichen soll.

Das Schielen (Strabismus) des menschlichen Auges wird bekanntlich operativ korrigiert, indem man bestimmte Muskeln oder Muskelgruppen des okulomotorischen Systems verkürzt und/oder ihren Ansatzpunkt versetzt. Trotz hochentwickelter theoretischer Modelle ist es schwierig, die Wirkung eines bestimmten Eingriffs individuell vorherzusehen. Entsprechend hoch ist der Anteil der Patienten, die nachoperiert werden müssen; er liegt bei 20-50%.

Es wurde bereits vorgeschlagen, mechanische Eigenschaften der Augenmuskulatur vor oder während der Operation zu messen und damit quantitative Aussagen zu gewinnen, die geeignet sind, den Chirurgen bei der Durchführung des Eingriffs zu leiten. So ist aus der US-PS 44 13 635 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die aus einer Zange und einem damit verbundenen Dynamometer besteht. Der Chirurg ergreift mit der Zange den Augapfel und lenkt ihn um einen bestimmten Betrag aus. Der Hub der Zange und die am Augapfel auftretenden Kräfte werden gemessen, und man stellt Kraft-Dehnungs-Diagramme auf. Problematisch bei diesem Vorgehen ist, daß die auslenkende Kraft von Hand auf den Augapfel gegeben wird. Die Dosierung der Kraft erfolgt daher subjektiv, und ein genaues Reproduzieren einer Einzelmessung ist kaum möglich. Weiterhin ist die Geschwindigkeit, mit der der Augapfel ausgelenkt werden kann, durch die Motorik der menschlichen Hand begrenzt. Man kann daher im wesentlichen nur das lineare Kraft-Deh­ nungsverhalten der Augen untersuchen, während geschwindig­ keits- und beschleunigungsabhängige Kräfte, die Rückschlüsse auf Viskosität und Masse des Systems erlauben, der Messung nicht zugänglich sind. Ein schwieriges Problem liegt auch darin, die Position der Pinzette während der Auslenkbewegung mit der erforderlichen Genauigkeit zu erfassen.

Nach dem Artikel von J. G. Thomas "The Torque-Angle Transfer Function of the Human Eye" in Kybernetik, 3. Band, Heft 5, 1967, Seiten 254 bis 263 ist ein kontaktlinsenförmiger Mitnehmer vorgesehen, der an dem Augapfel des Patienten festgesaugt wird. Der Mitnehmer trägt ein Stück ferromagne­ tisches Material und einen Beschleunigungsmesser. Er wird elektromagnetisch angeregt, wodurch man ein zeitveränder­ liches Drehmoment auf den Augapfel gibt, und die resultie­ rende Bescheunigung mißt. Man gewinnt einen Frequenzgang des Auges, der modellabhängig gedeutet werden kann.

Nachteilig bei diesem Vorgehen ist die große Massenträgheit des Mitnehmers, der durch das ferromagnetische Ankerelement zusätzlich belastet wird. Die Meßgenauigkeit wird dadurch beeinträchtigt. Die Anregung ist auf einfache periodische, insbesondere sinusförmige Bewegungen beschränkt. Es besteht keine Möglichkeit, die Augenposition mit einiger Genauig­ keit zu messen; weder die Mittellage des Auges, noch die Amplitude der dem Auge aufgeprägten Auslenkung werden er­ faßt. Es gestaltet sich so schwierig, eine bestimmte Messung zu reproduzieren, und die an verschiedenen Patienten ge­ wonnenen Daten zu vergleichen. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Augenmuskulatur bei der Messung überlastet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei quantitativer Erfassung der Augenposition neben der Bestim­ mung linearer Kraft-Dehnungskenngrößen eine Messung von geschwindigkeits- und beschleunigungsabhängigen Kräften an der Augenmuskulatur und dem das Auge umgebenden, halten­ den und/oder lagernden Gewebe und damit Viskositäts- und Massenbestimmungen ermöglichen, so daß man ohne wesentliche apparative Umbauten in einer oder einigen wenigen Messun­ gen eine Gesamtinformation über den mechanischen Teil des okulomotorischen Systems erhält.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine dynamische Kraft-Dehnungsmessung, bei der man eine Positionsänderung des Augapfels und eine damit einhergehend an dem Augapfel wirkende, auslenkungs- und geschwindigkeits- und/oder beschleunigungsabhängige Kraft simultan und unabhängig von der subjektiven Empfindung quantitativ erfaßt. Die mechanische Erregung erlaubt es, durch eine Lagemessung an dem Erreger präzise Aussagen über die momentane Augenposition zu gewinnen. Weiter kann die Kraftaufgabe und -messung mit einem mechani­ schen System bewirkt werden, dessen mechanische Eigenschaf­ ten bekannt oder leicht bestimmbar sind, so daß man eine direkte Erfassung der auf das Auge wirkenden Kraft gegebenen­ falls unter Ansatz einer rechnerischen Korrektur erhält. Dem Auge können Bewegungen aufgegeben werden, die alle Frequenzkomponenten enthalten, die zur Bestimmung der einzel­ nen mechanischen Parameter erforderlich sind, so daß ge­ schwindigkeits- und beschleunigungsabhängige Kräfte erfaßt und zur Bestimmung von Viskositäten und Massen ausgewertet werden können. Man erhält so mit kurzer Meßzeit gut reprodu­ zierbare mechanische Kenngrößen des gesamten okulomotori­ schen Systems, an denen sich ein Chirurg bei einer Schiel­ operation orientieren kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt der Positions­ messer in einem rückgekoppelten Lagerregelkreis des Erregers. Dieser erlaubt es, nahezu beliebige Anregungsformen des Augapfels zu verwirklichen, die präzise nachgefahren werden. Anspruch 3 kennzeichnet einen bevorzugten Proportional- Differentialregelkreis, in dem eine Steuerung nicht nur anhand der momentanen Position, sondern auch anhand der momentanen Geschwindigkeit des Erregers erfolgt. Man kann damit eine vorgegebene Sollbewegung des Erregers mit hoher Genauigkeit durchführen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Amplitude der Erregerbewegung begrenzt, und zwar in vorzugsweise einstellbarer Weise. Hierzu können mechanische Festanschläge oder elektronische Schaltmittel einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen. Besonders einfach ist die Verwendung eines elektronischen Fensterkomparators, dem das Ausgangssignal des Positionsmessers überstellt wird. Der Fensterkomparator kann einen in dem elektrischen Versorgungskreis des Erregers liegenden Schalter ansteuern und den Erreger abschalten, wenn seine Amplitude eine vor­ gegebene Schranke übersteigt. Die erfindungsgemäße Hub­ begrenzung des Erregers stellt sicher, daß der Augapfel nur in bestimmten Grenzen ausgelenkt und die Augenmuskulatur nicht überansprucht wird.

Es kann eine weitere Sicherheitseinrichtung vorhanden sein, die anspricht, wenn die am Augapfel gemessene Kraft eine vorgebbare Schranke überschreitet, und eine weitere Aus­ lenkung des Erregers verhindert, z. B. indem dieser abge­ schaltet wird. Damit ist unabhängig von dem Hub des Erregers gewährleistet, daß keine zu starken Kräfte auf den Augapfel wirken, wodurch wiederum einer Überbeanspruchung oder gar Verletzung der Augenmuskulatur vorgebeugt wird.

Der beispielsweise mit Dehnungsmeßstreifen oder piezo­ elektrisch arbeitende Kraftmesser sollte sich in unmittel­ barer Nähe des Augapfels an dem Mitnehmer befinden. In dieser Bauform ist der Einfluß von Reibungskräften der Mechanik, die das Meßergebnis verfälschen könnten, besonders gering, und der Kraftmesser zeigt ein promptes Ansprech­ verhalten. Am einfachsten mißt man eine bezüglich des Aug­ apfels näherungsweise tangentiale Kraftkomponente.

Die Erfindung sieht weiterhin eine zur Erfassung von Kopf­ bewegungen der zu untersuchenden Person dienenden Meßeinrich­ tung vor. Diese kann beispielsweise einen Ultraschallsender und -empfänger für eine Ultraschall-Laufzeitmessung ent­ halten, die eine sehr genaue Information über die Lage des Kopfes liefert. Anhand dieser kann man Kopfbewegungen des Patienten während der Messung an seinem Auge kompen­ sieren, wodurch Meßgenauigkeit und Sicherheit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung gleichermaßen verbessert werden.

In einer konstruktiv besonders unaufwendigen Bauform dient als mechanischer Erreger der winkelbegrenzt drehende Anker eines Elektromotors. Die Rotation des Ankers kann über eine Verlängerung der Ankerwelle direkt auf den Mitnehmer gegeben werden. Das angekoppelte Auge führt dann eine Dreh­ bewegung aus, die für die Bestimmung mechanischer Eigen­ schaften der Augenmuskulatur sehr aussagekräftig ist, und die Koppelung zwischen Erreger und Mitnehmer ist im Aufbau höchst einfach. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Drehbewegung des Ankers über einen Zahnstangentrieb in die hin- und hergehende Linearbewegung einer Schubstange umzuwandeln, die Teil eines an dem Mitnehmer angreifenden Gelenkarms sein kann. Vorzugsweise kommt ein Zweigelenkarm in Betracht, bei dem sich die Gelenkachsen der beiden Gelenke parallel zueinander und quer zu der Längsrichtung des Gelenk­ arms erstrecken können. Ein solcher Gelenkarm kann einer­ seits so an den Mitnehmer angekoppelt werden, daß dieser eine Schwenkbewegung in einer von dem Gelenkarm aufgespann­ ten Ebene durchführt. Andererseits kann man den Gelenkarm auch zur Erzeugung einer Drehbewegung exzentrisch an dem Mitnehmer angreifen lassen, wobei man diesen mittig drehbar festhält. Es lassen sich also mit denselben Gelenkfreiheits­ graden und geringem Umbauaufwand verschiedene, höchst aus­ sagekräftige Bewegungsabläufe des Augapfels erzeugen. Im Interesse eines einfachen Umbaus empfiehlt sich eine Schnell­ verbindung zwischen Gelenkarm ud Mitnehmer. Letzterer wird vorzugsweise von einer Saugglocke gebildet, die auf den Augapfel paßt. An der Rückseite dieser Saugglocke können sich ein oder mehrere konische Verankerungsöffnungen be­ finden, in die ein am freien Ende des Gelenkarms befind­ licher Stift kraft- oder formschlüssig eingreift. Man kann so die Messung vorbereiten, indem man die Saugglocke an dem Auge des Patienten anbringt, und dann bei Beginn der Messung einfach den Gelenkarm einstecken und bei Bedarf umstecken.

Ein weiterer Vorteil eines Gelenkarms mit einer linear bewegten Schubstange liegt in der einfachen Positionsmessung. Die Schubstange kann einen Sender für Schallwellen oder elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht oder In­ frarotstrahlung tragen, dem ein gehäusefester, positions­ empfindlicher Detektor zugeordnet ist. Umgekehrt besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Detektor in fester Anordnung an der Schubstange vorzusehen und ihn die Strahlung eines gehäusefesten Senders empfangen zu lassen. In beiden Fällen erhält man ein präzises, leicht weiterzuverarbeitendes Positionssignal.

In einer bevorzugten Weiterbildung enthält der Gelenkarm ein Drehgelenk mit zu seiner Längsrichtung paralleler Dreh­ achse und Drehfreiheit für wenigstens eine Vollumdrehung. Durch dieses Drehgelenk wird der Mitnehmer weitgehend von Unwuchten, Erschütterungen, Stößen usw. entkoppelt. Weiter­ hin soll der Gelenkarm eine Kupplung enthalten, mittels derer er sich trennen läßt, wobei ein Halbteil dem Erreger, und das andere dem Mitnehmer zugeordnet ist. Dieser Aufbau erlaubt es, das Erregerteil auszutauschen und insbesondere separat von dem Mitnehmer zu sterilisieren und steril aufzu­ heben. Der Erregermotor kann insofern eine besondere Behand­ lung empfehlenswert erscheinen lassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Teilweise schematisch zeigt

Fig. 1 einen Patienten bei der Messung mit der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung bei teil­ weise geöffnetem Gehäuse;

Fig. 3 die Strichzeichnung eines Gelenkarms der Vor­ richtung, der einen an dem Augapfel festgelegten Mitnehmer in einer Ebene schwenkt, die von dem Gelenkarm aufgespannt wird; Endstellungen der Schwenkbewegung sind dabei stark überhöht mit durchgezogenen Linien, und eine Mittelstel­ lung gestrichelt angedeutet;

Fig. 4 eine entsprechende Darstellung eines Gelenkarms, der einen mittig drehbar gelagerten Mitnehmer in Rotationsbewegung versetzt;

Fig. 5 ein Zwischenstück zum Umrüsten des Gelenkarms für die Mitnehmerbewegung nach Fig. 3 und 4 und eine Schnellverbindung zwischen Gelenkarm und Mitnehmer, teilweise im Schnitt nach V-V von Fig. 4;

Fig. 6 das Blockschaltbild eines rückgekoppelten Lage­ regelkreises für den mechanischen Erreger der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur Bestimmung von mechanischen Eigenschaften der Augenmuskulatur während einer Messung. Die zu untersuchende Person befindet sich in Rückenlage. Die Augenoberfläche ist lokal anästhesiert, wobei durch Wahl und Dosierung des Anästhetikums sichergestellt ist, daß die Augenmuskulatur in ihren mechanischen Eigenschaften vernachlässigbar wenig beeinflußt wird. Auf den Augapfel ist ein als Saugglocke ausgebildeter Mitnehmer 10 aufgesetzt, der im wesentlichen die Form und Größe einer Kontaktlinse hat. Ein Sauganschluß 12 an dem Mitnehmer 10 führt zu einer Unterdruckquelle, z. B. einer Wasserstrahlpumpe, die einen Unterdruck erzeugt. Mittels dieses Unterdrucks saugt sich der Mitnehmer 10 an dem Augapfel fest.

Weiter hat die Vorrichtung ein Gehäuse 14, das einen mechani­ schen Erreger enthält. Dieser führt eine wohldefinierte angetriebene Bewegung aus, die über einen Gelenkarm 16 auf den Mitnehmer gegeben wird. Teil des Gelenkarms 16 ist eine Schubstange 18, die aus dem Gehäuse 14 heraus­ ragt und eine hin- und hergehende Linearbewegung ausführt. An die Schubstange 18 ist mit einem abknickenden Gelenk 20 eine Mittelstange 22 angelenkt, die ihrerseits über ein zweites abknickendes Gelenk 24 mit einem Stift 26 verbunden ist. Der Stift 26 setzt an der Rückseite des Mitnehmers 10 an. Er ist im wesentlichen radial bezüglich des Augapfels orientiert und schließt mit der Mittelstange 22 einen näherungsweise rechten Winkel ein. Das Gelenk 20 zwischen Schubstange und Mittelstange befindet sich dagegen im wesentlichen in Strecklage. Im Bereich des Stifts 26, d. h. in unmittelbarer Nachbarschaft des Mitnehmers 10, ist ein Kraftmesser vorgesehen, der beispielsweise mit Dehnungsmeßstreifen oder piezoelektrisch arbeiten kann und die an dem Mitnehmer 10 angreifende Tangentialkraft mißt. Das Signal des Kraftmessers wird über ein Kabel 28 geleitet, das mit einem Steckkontakt 30 an dem Gehäuse 14 endet.

Die Achsen der Gelenke 20, 24 erstrecken sich parallel zueinander und quer zu der Längsrichtung des Gelenkarms 16. Im Bereich der Mittelstange 22 dicht vor dem Stift 26 ist überdies ein Drehgelenk 32 angedeutet, dessen Dreh­ achse in Längsrichtung des Gelenkarms 16 liegt und das Drehfreiheit für wenigstens eine Vollumdrehung bietet. Durch dieses Drehgelenk 32 wird der Mitnehmer 10 weitgehend von Bewegungen des Gehäuses 14 entkoppelt.

Das Gehäuse 14 hat die Grundform eines Quaders mit einem mittig daran ansetzenden, nach unten abstehenden Stativ­ fuß 34 oder Griff. Weiterhin kragt seitlich von dem Quader ein Halter 36 aus, an dem ein Stab 38 ansetzt. Der Stab 38 erstreckt sich näherungsweise parallel zu dem Gelenk­ arm 16, und er hat auch im wesentlichen dessen Länge. Sein freies Ende kommt während der Messung im Bereich der Stirn der zu untersuchenden Person zu liegen. An dem Stabende befinden sich Teile einer Meßeinrichtung, die dazu dient, Kopfbewegungen der zu untersuchenden Person zu erfassen. Dies kann insbesondere in einer Ultraschallmessung geschehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich am Ende des Stabs 38 ein Ultraschallempfänger 40. An der Stirn der zu untersuchenden Person ist in starrer Anord­ nung ein Ultraschallsender 42 befestigt, der dem Empfänger 40 im Abstand gegenüberliegt und ein gepulstes Signal gegen den Empfänger 40 abstrahlt. Anhand einer Laufzeitbestimmung des Signals erhält man eine präzise Information über die Lage des Kopfes relativ zu dem Gehäuse 14 der Vorrichtung. Man kann so bei der mechanischen Erregung des Augapfels Kopfbewegungen kompensieren, wodurch die Meßgenauigkeit verbessert und die Sicherheit vor einer möglichen Überbean­ spruchung des Auges erhöht wird.

Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, den Augapfel in eine passive Bewegung zu versetzen und alle mechanischen Komponenten des Auges mit adäquaten Kräften anzuregen. Die Kopfbewegungen der zu untersuchenden Person sind langsam im Vergleich zu der angeregten Augapfelbewe­ gung, so daß sie leicht ausgeregelt werden können. Da auch nur sehr kurze Meßzeiten erforderlich ist, ist es durch die Bewegungskompensation sogar möglich, die Vorrichtung während der Messung in der Hand zu halten.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Blick in das Innere der Vorrichtung. Als mechanischer Erreger dient der winkel­ begrenzt drehende Anker eines Elektromotors. Der Anker bewegt sich zwischen zwei Festanschlägen 46, die sich vor­ zugsweise an dem Gehäuse 14 verstellen lassen. Sein Winkel­ hub ist überdies in noch nachstehend näher beschriebener Weise elektronisch begrenzt.

Die Rotation des Ankers kann über eine Verlängerung der Ankerwelle direkt auf den Mitnehmer 10, und damit auf den Augapfel gegeben werden (nicht dargestellt). Bevorzugt wird aber eine Bauform, bei der die Rotation des Ankers in eine hin- und hergehende Linearbewegung einer Schub­ stange 18 umgesetzt wird, die Teil des an dem Mitnehmer 10 angreifenden Gelenkarms 16 ist. Die Bewegungsumsetzung erfolgt über einen Zahnstangentrieb. Die Ankerwelle trägt ein Zahnsegment, das mit der Verzahnung einer Zahnstange 48 kommt, die längsbeweglich in dem Gehäuse 14 geführt ist. An der Zahnstange 48 setzt stirnseitig in starrer Anordnung die Schubstange 18 an. Diese ist entsprechend der Drehwinkelbegrenzung des Ankers in ihrem Axialhub be­ schränkt.

Die momentane Lage des mechanischen Erregers wird mit einem Positionsmesser erfaßt. Dieser besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Sender 50 für Schallwellen oder elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht oder Infrarotstrahlung, und einem zu­ gehörigen positionsempfindlichen Detektor 52. Als Sender 50 kann insbesondere eine Leuchtdiode Verwendung finden. Der Sender sitzt im Innern des Gehäuses 14 an der Schub­ stange 18, mit der er starr verbunden ist, und er strahlt gegen den Detektor 52 ab. Umgekehrt können natürlich auch ein gehäusefester Sender 50 und ein positionsempfindlicher Detektor 52 an der Schubstange 18 vorgesehen sein (nicht dargestellt). In beiden Fällen liefert der Detektor 52 ein für die momentane Erregerlage charakteristisches Signal.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Anschluß 54 des Gehäuses 14 an eine äußere Steuer- und Auswerteeinheit 56. Weiter­ hin sind im Innern des Gehäuses 14 befindliche elektronische Bauelemente 58 angedeutet. An der Schubstange 18 befindet sich eine Kupplung 60, die es erlaubt, den Gelenkarm 16 zu trennen, wobei der eine Abschnitt mit einem Stummel der Schubstange 18 dem Gehäuse 14, und der andere Abschnitt dem Mitnehmer 10 zugeordnet ist. Dadurch besteht die Möglich­ keit, den Erregerteil der Vorrichtung auszuwechseln, und insbesondere getrennt von dem Gelenkarm 16 zu sterilisieren und steril aufzubewahren. Das getrennte Sterilisieren kann sich wegen der Empfindlichlichkeit der Motorteile und der Elek­ tronik empfehlen.

Fig. 2 zeigt weiterhin in näheren Einzelheiten die Gelenke 20, 24, 32 des Gelenkarms 16. Im Bereich des Stifts 26, der an den Mitnehmer 10 angekoppelt ist, befindet sich ein Kraftmesser mit zwei Dehnungsmeßstreifen 62, die radial bezüglich des schematisch angedeuteten Augapfels 64 orien­ tiert sind und eine tangentiale Kraftkomponente messen.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ankopplung des Gelenkarms 16 an den Mitnehmer 10 führt letzterer eine Schwenkbewegung in einer Ebene aus, die von dem Gelenkarm 16 aufgespannt wird. Es ist dies die Zeichenebene der Fig. 3. Die Winkel­ auslenkung des Mitnehmers 10 ist hier stark überhöht gezeich­ net, um die Gelenkfunktion zu verdeutlichen. Entsprechend dem Hub der Schubstange 18 führt der Anlenkpunkt 20 der Mittelstange 22 eine reine Linearbewegung aus. Der Gelenk­ punkt 24 zwischen Mittelstange 22 und Stift 26 bewegt sich dagegen auf einem Kreisbogen parallel zu der Oberfläche des Augapfels. Entsprechend ändert sich der zwischen der Mittelstange 22 und dem Stift 26 eingeschlossene Winkel, der in der gestrichelt eingezeichneten Mittellage einem rechten Winkel nahekommt, um eine im wesentlichen tangen­ tiale Krafteinleitung auf dem Mitnehmer 10 zu bewirken. Die Zwei-Gelenk-Anordnung des Gelenkarms 16 bietet also die nötige Freiheit für eine Schwenkbewegung des Augapfels in einer durch seinen geometrischen Mittelpunkt gelegten Ebene.

Derselbe Gelenkarm kann aber auch dazu dienen, den Aug­ apfel um eine Achse zu drehen, die seinen geometrischen Mittelpunkt durchstößt. Wie in Fig. 4 gezeigt, greift man dazu mit dem Gelenkarm 16 außermittig an dem Mitnehmer 10 an, während man diesen gleichzeitig im Zentrum faßt und drehbar lagert. Letzteres kann mit Hilfe einer Stange 66 erfolgen, die starr mit dem Gehäuse 14 der Vorrichtung verbunden ist, z. B. nach Art des in Fig. 1 gezeigten Stabs 38. Die für den außermittigen Angriff an dem Mitnehmer 10 erforderliche Gelenkfreiheit wieder wiederum von zwei Gelenken 20, 24 mit paralleler, im wesentlichen quer zu der Längsrichtung des Gelenkarms sich erstreckender Achse gewährleistet. Außerdem mißt man mit demselben Kraftmesser wiederum eine bezüglich des Augapfels im wesentlichen tangen­ tiale Kraft.

Im Interesse einer einfachen Montage und Umrüstung der Vorrichtung empfiehlt sich eine Schnellverbindung zwischen Gelenkarm 16 und Mitnehmer 10. Wie in Fig. 5 gezeigt, weist hierzu der Mitnehmer 10 an seiner Rückseite eine Konus­ bohrung 68 auf. Für die in Fig. 3 illustrierte Schwenkbewe­ gung des Mitnehmers 10 greift in diese Konusbohrung 68 unmittelbar der das Ende des Gelenkarms 16 bildende Stift 26 ein. Die Spitze 70 des Stifts 26 ist dazu konisch gestal­ tet, so daß man eine formschlüssige Verbindung erhält. Doch ist auch eine kraftschlüssige Verbindung des Stifts 26 möglich.

Für die Drehbewegung des Mitnehmers gemäß Fig. 4 kommt ein Zwischenstück 102 zum Einsatz, das mit einem konischen Zapfen 104 in die Konusbohrung 68 paßt. In axialer Verlänge­ rung dieses Zapfens 104 weist das Zwischenstück 102 einen Achsstummel 106 auf, der sich in einem Wälzlager 108 an der Stange 66 drehbar lagern läßt. Weiter hat das Zwischen­ stück 102 einen Angriffspunkt, an dem der Stift 26 des Gelenkarms 16 mit bezüglich der Drehachse des Mitnehmers 10 im wesentlichen radialer Orientierung festlegbar ist. Dieser Angriffspunkt ist durch eine Konusbohrung 110 an dem Zwischenstück 102 illustriert. Man erkennt, daß man unter Verwendung ein und desselben Gelenkarms 16 die Bewe­ gungsform des Mitnehmers 10 durch einfaches Einschalten des Zwischenstücks 102 wechseln kann, wobei man mit dem­ selben Kraftmesser stets im wesentlichen tangential an dem Augapfel 64 angreifende Kräfte mißt.

Das Meßprinzip der Erfindung geht dahin, dem Augapfel eine wohldefinierte Bewegung aufzugeben und die dabei am Aug­ apfel auftretenden Kräfte zu messen. Es wird daher ein Weg des Erregers in Abhängigkeit von der Zeit vorgegeben und der Erreger entsprechend gesteuert. Ein Vorteil dieses Prinzips liegt darin, daß man die momentane Erregerposition rauscharm erfassen und in einem rückgekoppelten Lagerregel­ kreis auswerten kann, wobei außerdem die Möglichkeit besteht, Kopfbewegungen der zu untersuchenden Person zu kompensieren.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild eines Lagerregelkreises. An einem Eingang steht ein von dem Positionsmesser 78 ge­ lieferter Meßwert "Weg" an, der die Ist-Position des Erre­ gers charakterisiert. Ein zweiter Eingang empfängt einen Meßwert "Kopflage" von der Meßeinrichtung 90 zur Erfassung von Kopfbewegungen der zu untersuchenden Person. Beide Meßwerte werden bei 76 superponiert. Das erhaltene additive oder subtraktive Signal wird zur weiteren Verarbeitung einem Meßausgang "Weg" 100 überstellt; es kennzeichnet einen hinsichtlich der Kopfbewegung korrigierten momentanen Ist-Wert der Erregung. An einem weiteren Eingang 74 steht ein Sollwert für die momentane Erregerposition an. Dieser Sollwert kann einem Funktionsgenerator entnommen sein. Weiterhin kann er von einem Rechner geliefert werden, wo er beispielsweise in Form einer Tabelle mit der Zeit als Parameter abgespeichert ist. Man kann dabei annähernd be­ liebige Anregungsformen z. B. in Form einer Sinus-, Drei­ ecks- oder Rechteckfunktion verwirklichen. Sollwert und Istwert werden bei 86 überlagert, um ein Regeldifferenz­ signal 80 zu erhalten. Dieses wird einem Steuermodul 82 überstellt, das vorzugsweise die Funktion eines Proportional- Differentialreglers oder Proportional-Differential-Integral­ reglers hat. Ein Ausgang des Steuermodus 82 ist über geeig­ nete Verstärker, Treiberstufen usw. mit dem Elektromotor 84 des Erregers verbunden. Dieser erhält einen Ankerstrom, durch den die Ist-Position des Erregers der Soll-Position nachgefahren wird, so daß der Erreger die gewünschte zeit­ liche Auslenkung erfährt.

An einem weiteren Eingang des Lagerregelkreises steht der Meßwert "Kraft" an, der von dem Kraftmesser 96 an den Mit­ nehmer 10 geliefert wird. Diesem Meßwert "Kraft" wird über einen Umsetzer 88 ein proportionaler Anteil des Meßwerts "Weg" überlagert. Hiermit kompensiert man federelastische Eigenschaften des Meßkopfes, insbesondere die Elastizität der an den Kraftmesser 96 angeschlossenen elektrischen Zuführung. Das erhaltene Überlagerungssignal wird zur weiteren Verarbeitung an einem Meßausgang "Kraft" 98 ab­ genommen.

Der Lageregelkreis enthält schließlich eine Sicherheits­ schaltung, die anspricht, wenn der Hub des Erregers oder die an dem Mitnehmer 10 gemessene Kraft eine bestimmte, vorzugsweise variabel vorgebbare Grenze überschreitet. Die Sicherheitsschaltung wird in dem Blockschaltbild durch zwei Fensterkomparatoren 92, 94 und ein logisches ODER repräsentiert. Der erste Fensterkomparator 92 erhält das am Meßausgang "Kraft" 98 anstehende Signal und vergleicht, ob es innerhalb einer vorgegebenen Pegelbreite liegt. Die­ selbe Feststellung trifft der zweite Fensterkomparator 94 für die Auslenkung des Erregers, und zwar anhand des am Meßausgang "Weg" 100 anstehenden Signals. Übersteigt eine der beiden Größen die vorgegebene Grenze, wird der Erregerantrieb entsprechend angesteuert und vorzugsweise einfach abgeschaltet.

Die beschriebene Vorrichtung erlaubt es, annähernd beliebige Anregungsformen für den Augapfel bei Frequenzen bis ca. 40 Hz zu verwirklichen. Die maximale Amplitude der Augenaus­ lenkung liegt bei ca. 20°.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Bestimmung von mechanischen Eigenschaften der Augenmuskulatur mit einem im wesentlichen starr an dem Augapfel festlegbaren Mitnehmer und mit einem Kraftmesser zur Erfassung der bei einer Auslenkung des Mitnehmers an dem Augapfel auftretenden Kraft, gekennzeichnet durch einen an den Mitnehmer (10) koppelbaren mechanischen Erreger, der den Augapfel (64) in eine passive Bewegung versetzt, die Frequenz­ komponenten zum Hervorrufen von geschwindigkeits- und/oder beschleunigungsabhängigen Kräften enthält, und durch einen Positionsmesser (78) zur Bestimmung der momentanen Erregerlage.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsmesser (78) in einem rückgekoppelten Lage­ regelkreis des Erregers liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lageregelkreis einen Proportional-Diffe­ rential-Regler oder Proportional-Differential-Integral­ regler enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Erregerbewegung vor­ zugsweise variabel mechanisch und/oder elektronisch be­ grenzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch eine Sicherheitseinrichtung, die anspricht, wenn die am Augapfel (64) gemessene Kraft eine vorgebbare Schranke überschreitet, und eine weitere Auslenkung des Erregers verhindert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der beispielsweise Dehnungsmeß­ streifen enthaltende oder piezoelektrisch arbeitende Kraft­ messer (96) in unmittelbarer Nähe des Augapfels (64) an dem Mitnehmer (10) befindet und eine bezüglich des Aug­ apfels (64) näherungsweise tangentiale Kraft mißt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine zur Erfassung von Kopfbewegungen der zu untersuchenden Person dienende Meßeinrichtung (90), die insbesondere einen Ultraschallsender (42) und -empfänger (40) enthalten kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Erreger der winkelbegrenzt drehende Anker eines Elektromotors dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Ankers über eine Verlängerung der Ankerwelle direkt auf den Mitnehmer (10) gegeben wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Ankers vorzugsweise über einen Zahn­ stangentrieb (44, 48) in die hin- und hergehende Linear­ bewegung einer Schubstange (18) umgewandelt wird, die Teil eines an dem Mitnehmer (10) angreifenden Gelenkarms (16) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Positionsmesser (78) mit einem von der Schubstange getragenen Sender (50) für Schallwellen oder elektromagne­ tische Strahlung, insbesondere Licht oder Infrarotstrahlung, dem ein gehäusefester positionsempfindlicher Detektor (52) zugeordnet ist, oder umgekehrt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Gelenkarm (16) zur Erzeugung einer Schwenkbewegung an den Mitnehmer (10) ankoppeln läßt, die in einer von dem Gelenkarm (16) aufgespannten Ebene erfolgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Gelenkarm (16) zur Erzeugung einer Drehbewegung exzentrisch an den mittig drehbar gehalterten Mitnehmer (10) ankoppeln läßt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ge­ kennzeichnet durch eine Schnellverbindung zwischen Gelenk­ arm (16) und Mitnehmer (10).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mitnehmer (10) eine Saugglocke ist, an deren Rückseite sich wenigstens eine insbesondere konische Ver­ ankerungsöffnung (68) befindet, in die ein am freien Ende des Gelenkarms (16) befindlicher Stift (26) formschlüssig oder kraftschlüssig eingreift.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (26) gelenkig mit einer Mittelstange (22) und die Mittelstange (22) gelenkig mit der Schubstange (18) verbunden ist, wobei sich die Gelenkachsen parallel zueinander und quer zu der Längsrichtung des Gelenkarms (16) erstrecken.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkarm (16) vorzugsweise im Bereich der Mittelstange (22) ein Drehgelenk (32) mit zur Längsrichtung des Gelenkarms (16) paralleler Drehachse und Drehfreiheit für eine Vollumdrehung enthält.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekenn­ zeichnet durch eine Kupplung (60), die es erlaubt, den Gelenkarm (16) zu trennen.