DE3533693A1 - Applanationstonometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Applanationstonometer, insbesondere zur Applanationstonometrie nach Goldmann, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Nach der von Fick d.Ä., Imbert sowie Goldmann entwickelten Theorie kann der Innendruck im Auge dadurch hinreichend genau bestimmt werden, daß man mittels eines Druckkörpers die Hornhaut abplattet, und die zur Erzielung einer bestimmten Abplattungsfläche benötigte Kraft erfaßt. Nach den Berechnungen von Goldmann sollte der Durchmesser der abgeplatteten Fläche 3,06 mm sein, da sich bei diesem Durchmesser die Eigensteifigkeit der Cornea und die Kapil­ laradhäsion der Tränenflüssigkeit an der Hornhautoberflä­ che gerade die Waage halten, so daß die zur Abplattung benötigte Kraft bezogen auf die Abplattungsfläche gerade dem im Auge herrschenden Druck entspricht.

Bei dem von Goldmann entwickelten Spaltlampentonometer ist der Durchmesser der abgeplatteten Fläche visuell mittels einer Skala im Beobachtungsstrahlengang bestimmt worden. Ein Bestimmung des Applanationsdurchmessers durch die untersuchende Person ist ferner auch bei dem in der DE-AS 12 91 438 beschriebenen Tonometer sowie den in dieser Druckschrift als Stand der Technik angegebenen Applana­ tionstonometern vorgesehen (Auf den vorstehend sowie im folgenden angegebenen Stand der Technik wird im übrigen zur Erläuterung aller nicht im einzelnen beschriebenen Merkmale ausdrücklich Bezug genommen.)

Die Bestimmung des Applanationsdurchmessers durch die Untersuchungsperson hat den Nachteil, daß subjektive Beurteilungen in den Meßvorgang einfließen, so daß relativ große Fehler bei der Bestimmung des Durchmessers der applanierten Fläche auftreten können.

Deshalb ist verschiedentlich vorgeschlagen worden die applanierte Fläche bzw. deren Durchmesser mit einem (ob­ jektiven) Meßverfahren zu bestimmen.

Beispielsweise ist aus der DE-PS 20 40 238 ein Flächensen­ sor für die applanierte Fläche bekannt, der die Wider­ standsänderung einer Elektrodenanordnung aufgrund der Benetzung mit Tränenflüssigkeit zur Bestimmung der Größe der Fläche verwendet.

Ferner ist aus der DE-OS 26 43 879 ein optischer Sensor für die applanierte Fläche bekannt. Hierzu ist der Druck­ körper als Prisma ausgebildet, das von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Die Eintritts- und Austrittsflächen des Prismas sind so ausgebildet, daß das Beleuchtungslicht an den Stellen total reflektiert wird, an denen der Druckkör­ per auf der Cornea aufliegt, während das Beleuchtungslicht an den Stellen, an denen der Druckkörper nicht aufliegt, nicht reflektiert wird. Die Intensität des total reflek­ tierten Lichts wird mit einem Detektor gemessen, dessen Ausgangssignal als Maß für die Größe der applanierten Fläche herangezogen wird.

Diese bekannten Sensoren für die Größe der applanierten Fläche haben eine Reihe von Nachteilen:

Die elektrischen Eigenschaften der Corneaoberfläche wech­ seln von Messung zu Messung. Hierzu wird auf den Artikel von H.J. Schlegel "Versuche zu einer elektronischen Appla­ nationstheorie" in Ber. Dtsch. Ophthal. Ges. 67, S.239-245 verwiesen. Deshalb ist der in der DE-PS 20 40 238 be­ schriebene Impedanzsensor für applanierte Fläche mit einem relativ großem Fehler behaftet.

Vor allem aber weisen die vorstehend genannten Sensoren für die applanierte Fläche - wie erfindungsgemäß erkannt worden ist - einen systematischen Meßfehler aufgrund des Anhaftens von Tränenflüssigkeit am Druckkörper auf: Durch Kapillaradhäsion haftet Tränenflüssigkeit auch seitlich von der applanierten Fläche an, so daß mit den bekannten Sensoren nicht die Größe der tatsächlich applanierten Fläche, sondern ein gegenüber dieser Fläche vergrößertes Flächenareal gemessen wird.

Darüberhinaus haben die meisten bekannten Applanationsto­ nometer den Nachteil, daß die Kraft, mit der der Druckkör­ per an das Auge angedrückt wird, nicht lageunabhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Applana­ tionstonometer anzugeben, bei dem eine exakte Bestimmung des im Auge herrschenden Drucks möglich ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß bei den bekannten Tonometern zwei Fehlerquellen für die Druckbestimmung auftreten können: Zum einen wird die Applanationsfläche durch die aufgrund der Kapillaradhäsion zusammengezogene Tränenflüssigkeit vergrößert, die am Druckkörper und an der Cornea aufgrund der Oberflächenbenetzung anhaftet. Zum anderen treten bei manchen der bekannten Verfahren Fehler bei der Kraftbestimmung auf, die insbesondere durch eine lageabhängige Kraftapplikation hervorgerufen werden.

Zur Beseitigung dieser Fehlerquellen wird erfindungsgemäß von einem Applanationstonometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen, und dieses Tonometer durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils weitergebildet:

Erfindungsgemäß wird die abgeplattete Fläche der Cornea mit einem Flächensensor gemessen. Da mit dem Flächensensor jeweils die applanierte Oberfläche und der sie umgebende Flüssigkeitsring gemessen wird, wird erfindungsgemäß vor der eigentlichen Applanationsmessung die Größe des Flüs­ sigkeitsrings bestimmt. Diese Information erhält man - wie ebenfalls erfindungsgemäß erkannt worden ist - aus dem Ausgangssignal des Flächensensors bei "Null-Applanation", d.h. in dem Moment, in dem der Druckkörper "gerade" die Hornhautoberfläche berührt. Mit der so bestimmten Größe des Flüssigkeitsrings wird dann während der Messung das Meßergebnis für die applanierte Fläche korrigiert, d.h. im wesentlichen die Fläche des umgebenden Flüssigkeitsrings von der gemessenen Fläche subtrahiert. Damit erhält man unabhängig von der spezifischen Oberflächenbenetzung immer den tatsächlichen Applanationsdurchmesser, der die Anwen­ dung des IMBERT-FICK'schen Gesetzes erlaubt.

Zusätzlich wird die Kraft, mit der die Abplattung hervor­ gerufen wird, während der Messung bestimmt. Diese Bestim­ mung der tatsächlich angreifenden Kraft kann entweder durch die Auswertung der spezifischen Daten des verwende­ ten Antriebs oder durch die Verwendung einer Kraftmeßein­ richtung erfolgen.

Somit erhält man eine genaue Messung sowohl der tatsäch­ lich an der Hornhautoberfläche angreifenden Kraft als auch der tatsächlich applanierten Fläche, die eine exakte Bestimmung des Innendrucks erlauben; bei den bekannten Verfahren dagegen wird der tatsächlich herrschende Druck aufgrund des angelagerten Flüssigkeitsrings in der Regel unterschätzt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:

In den Ansprüchen 2 bis 4 sind Ausführungen des Flächen­ sensors angegeben, die beispielsweise bei dem erfindungs­ gemäßen Tonometer verwendet werden können:

Bei dem in Anspruch 2 beanspruchten kapazitiven Flächen­ sensor wird die gute elektrische Leitfähigkeit der wasser­ reichen Cornea ausgenutzt. Die Applanationsfläche dient als eine Platte eines Kondensators, gegen die eine mit einem Dielektrikum beschichtete Metallplatte als Sensor­ fläche und als Druckkörper gedrückt wird. Damit ensteht eine der Applanationsfläche proportionale Kapazität, die mit den in der Elektrotechnik bekannten Verfahren bestimmt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn gemäß Anspruch 3 die von der Cornea und dem Druckkörper gebildete Kapazität als frequenzbestimmendes Glied eines Oszillators genutzt wird, da dann die Kapazitätsmessung mit Hochfrequenzströmen erfolgen kann, für die der Wider­ stand der Cornea und damit die Abweichung vom idealen Kondensatorverhalten besonders gering ist. Anders als bei dem aus der DE-PS 20 40 238 bekannten Flächensensor gehen damit von Auge zu Auge und von Messung zu Messung unter­ schiedliche Leitfähigkeiten praktisch nicht in die Bestim­ mung der applanierten Fläche ein.

In Anspruch 4 ist gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung der abgeplatteten Fläche ein optischer Sensor sein kann. Dieser optische Sensor nutzt die unter­ schiedlichen Brechungs- und Reflexionseigenschaften bei der Berührung von Medien mit unterschiedlichem Brechungs­ index.

Die Strahlführung im Meßkopf kann dabei so ausgelegt werden wie dies beispielsweise in der DE-OS 26 43 879 beschrieben ist. Ferner kann sie auch so beschaffen sein, daß dort, wo die Hornhaut bzw. die Tränenflüssigkeit als wässriges Medium anliegt, die Strahlen vom Einfallslot weg zur Hornhaut hin gebrochen werden, während die Grnezflä­ chen gegen Luft total reflektieren. In jedem Falle kann aus der Differenz zwischen einfallendem und reflektiertem Licht, das mit einem Intensitätssensor gemessen wird, auf die Größe der benetzten Sensorfläche geschlossen werden. Ferner ist es auch möglich, mit einem ortsauflösenden Sensor zu arbeiten, um beispielsweise den Durchmesser der applanierten Fläche direkt zu bestimmen.

Um jeden Einfluß störenden Umgebungslichts auszuschließen, ist es gemäß Anspruch 5 besonders vorteilhaft, als Licht­ quelle des optischen Sensors eine Infrarotleuchtdiode zu verwenden, die mit einem modulierten Signal angesteuert wird.

In Anspruch 6 ist eine weitere Möglichkeit für den Flä­ chensensor gekennzeichnet: Auf der Sensoroberfläche, die an der Hornhaut anliegt, ist ein Vielzahl von Leiterbahnen aufgebracht, die mit hochohmigen Eingangsanschlüssen der Steuereinheit verbunden sind. Die vergleichsweise gut leitende Hornhaut bzw. die Tränenflüssigkeit schliessen die direkt anliegenden Leiterbahnen kurz auf ein Poten­ tial, das beispielsweise an der Stirnstütze des Tonometers anliegt. Zur Berechnung der applanierten Fläche "zählt" die Steuereinheit die kurz geschlossenen Leiterbahnen. Auch dieser Flächensensor hat gegenüber dem aus der DE-PS 20 40 238 bekannten Sensor den Vorteil, daß individuelle Schankungen im Widerstand der Cornea keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

In den Ansprüchen 7 folgende sind Möglichkeiten beschrie­ ben, die tatsächlich an der Cornea angreifende Kraft genau zu bestimmen.

Die in den Ansprüchen 7 und 8 gekennzeichneten Antriebe bieten nicht nur die Möglichkeit, die zum Erzielen der gewünschten Applanationsfläche erforderlichen Kräfte im Bereich ca 1 bis 5 Pond einfach und schnell - so daß keine Verfälschungen des Meßergebnisses auftreten können - auf den Druckkörper aufzubringen, sondern erlauben auch in einfacher Weise, aus dem Speisestrom die aufgebrachte Kraft zu bestimmen.

In Anspruch 9 ist eine besonders vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Tonometers gekennzeichnet. Bei diesem Tonometer wird ein axialer Kraftaufnehmer verwen­ det, der mit dem Flächensensor in Kontakt steht, so daß sich der momentane Druck bei beliebiger Kraftausübung bestimmten läßt.

Damit ist es auch möglich, gemäß Anspruch 10 auf jeden Antrieb zum Aufbringen der für die Applanation benötigten Kraft zu verzichten. Die bloße Annäherung mit der Untersu­ cherhand genügt, um eine Applanation zu erzielen, die den gewünschten Bereich (Durchmesser der applanierten Fläche = 5 mm) überdeckt.

Damit wird es möglich, das eigentliche Tonometer auf die Größe eines "Kugelschreibers inmitten einer Visierlupe" zu reduzieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben, in der zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Tonometers, nämlich einen kapazitiven Flächensensor, und

Fig. 2 einen Teil eines erfindungsgemäßen Tonometers, nämlichen einen "Potentiallinien-Flächensensor".

Fig. 1 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Applana­ tionstonometers, nämlich als Flächensensor ausgebildeten Druckkörper. Der Druckkörper weist eine elektrisch leiten­ de Platte 1 auf, die mit einem Dielektrikum 2 beschichtet ist. Die Platte 1, das Dielektrikum 2 und die Hornhaut 3 des applanierten Auges bilden einen Kondensator, dessen Kapazität C _x mit dem in Fig. 1 schematisch angedeuteten Meßkreis gemessen wird. Dieser Meßkreis kann beispielswei­ se über die Stirnstütze des Tonometers geschlossen werden. Die Kapazität des Kondensators ist dabei ein Maß für die applanierte Fläche sowie den diese Fläche umgebenden Tränenflüssigkeitsring 4.

Zur Bestimmung der Größe des Rings 4, d.h. der Größe der Benetzung der Sensorfläche wird erfindungsgemäß die Kapa­ zität des gebildeten Kondensators bei Null-Applanation, d.h. in dem Moment gemessen, in dem die Sensorfläche die Hornhaut 3 gerade berührt, ohne sie abzuplatten. Mit dieser Messung vor Beginn der eigentlichen Applanation kann die nicht dargestellte Steuereinheit jederzeit die bei einer bestimmten Kraft gemessene Applanationsfläche um den momentanen Anteil des die eigentliche Applanationsflä­ che umgebenden Flüssigkeitsrings 4 korrigieren, da die Breite b des Flüssigkeitsrings 4 aus der "Null-Messung" bekannt ist.

Damit erhält man die tatsächliche Applanationsfläche, beispielsweise mit einem Durchmesser von 3,06 mm, für die dann das IMBERT-FICK'sche Gesetz gilt, so daß der Innen­ druck des Auges leicht über die zur Erzielung dieser Fläche benötigte Kraft ohne systematischen Fehler bestimmt werden kann.

Ausdrücklich wird jedoch darauf hingewiesen, daß sich das erfindungsgemäße Applanationstonometer nicht nur für Messungen nach Goldmann eignet, bei denen die Kraft be­ stimmt wird, die zum Erzielen einer abgeplatteten Fläche mit einem Durchmesser von 3,06 mm benötigt wird, sondern auch für andere Messungen, beispielsweise für Messung in der Veterinärmedizin, bei denen u.U. andere Durchmesser der applanierten Fläche erforderlich sind, oder zu Messun­ gen in der Humanmedizin, bei denen Kraft/Applanationsflä­ che-Kennlinien aufgenommen werden.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung des Flächen­ sensors eines erfindungsgemäßn Applanationstonometers. Der nicht im einzelnen dargestellte Druckkörper weist auf seiner Anlagefläche eine Vielzahl von Leiterbahnen 10₁ bis 10₁₂ auf, die mit Eingängen einer Steuereinheit 11 verbun­ den sind. Legt man an das applanierte Auge ein Potential, beispielsweise wiederum über die Stirnstütze des Tonome­ ters an, so werden (bei dem gezeigten Beispiel) die Lei­ terbahnen 10₄ bis 10₉ durch die applanierte Hornhaut 3 bzw. den sie umgebenden Tränenflüssigkeitsring 4 - in Fig. 2 nur durch einen Kreis 12 angedeutet - "kurzgeschlossen", d.h. die entsprechenden Eingänge der Stuereinheit liegen beispielsweise auf "1"-Potential. Damit erlaubt auch der in Fig. 2 dargestellte "Potentialliniensensor" eine genaue Bestimmung der applanierten Fläche, die wiederum in der vorstehend erläuterten Weise von der nicht im einzelnen dargestellten Steuerelektronik um die Fläche des Rings 4 korrigiert wird, so daß man die tatsächlich applanierte Fläche erhält.

Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch beschrieben worden. Es versteht sich von selbst, daß innerhalb des allgemeinen Erfindungsgedankens die verschiedensten Modi­ fikationen möglich sind:

Als Steuereinheit kann eine analoge oder digitale Schal­ tung oder auch ein Computer verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, einen Einchip-Mikroprozessor zu verwenden, der insbesondere dann wenn ein Gerät ohne Antrieb für die Applanationskraft verwendet wird, den Aufbau eines kompakten und leichten Geräts ermöglicht, das nur noch Kugelschreibergröße hat.

Das erfindungsgemäße Applanationstonometer kann aber auch in eine Spaltlampe oder eine Beobachtungslupe integriert werden.

Neben der besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der ein Flächen- und ein Kraftsensor verwendet werden, und der Benutzer selbst die Applanationskraft ausübt, können natürlich auch Geräte verwendet werden, bei denen ein lageunabhängiger Antrieb für die Applanations-Kraft, beispielsweise ein Drehspul- oder ein Tauchspulantrieb verwendet wird. Diese Antriebe haben den Vorteil, daß mit ihen ein schneller Kraftanstieg realisierbar ist. Die von dem Antrieb aufgebrachte Kraft kann über den Speisestrom bestimmt werden. Natürlich ist es aber auch möglich, einen zusätzlichen Kraftaufnehmer zu verwenden.

In jedem Falle erhält man ein genaues und dennoch kompak­ tes Gerät, das in der Human- und Veterinärmedizin univer­ sell verwendbar ist.

Claims (10)

1. Applanationstonometer mit einem an die Hornhaut des zu untersuchenden Auges anlegbaren Druckkörper, der mit einer bestimmten Kraft vorspannbar ist, einer Meßeinrichtung für die Applanationfläche und einer Steuereinheit, die aus der Kraft und der Applanationsfläche den Augeninnendruck berechnet, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) die Kraft greift definiert unabhängig von der Lage des Applanationstonometer am Druckkörper an, und
• b) ein Flächensensor mißt die Fläche der Benetzung des Druckkörpers mit Tränenflüssigkeit und die Applana­ tionsfläche vor und während des Angreifens der Kraft, und
• c) die Steuereinheit korrigiert zur Berechnung des Augen­ innendrucks die während des Angreifens der Kraft gemessene Applanationsfläche um die zuvor gemessene Benetzungsfläche mit Tränenflüssigkeit.

2. Applanationstonometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für die Applantionsfläche ein kapazitiver Flächensensor (1,2,3) ist.

3. Applanationstonometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Flächensen­ sors mit einem Hochfrequenzstrom gemessen wird.

4. Applanationstonometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächensensor ein opti­ scher Sensor ist, der die unterschiedliche Reflexion von Licht an der applanierten Fläche und der nicht auf der Hornhaut aufliegenden Fläche erfaßt.

5. Applanationstonometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle des optischen Sensors eine gepulste Infrarotlichtquelle ist.

6. Applanationstonometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Auflagefläche des Druckkörpers eine Vielzahl (10) von Leiterbahnen aufge­ bracht sind, die die applanierte Fläche "kurzschließt".

7. Applanationstonometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tauchspulen-Antrieb den Druckkörper an die Hornhaut andrückt.

8. Applanationstonometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehspulen-Antrieb den Druckkörper an die Hornhaut andrückt.

9. Applanationstonometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftsensor vorgesehen ist.

10. Applanationstonometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die untersuchende Person den Druckkörper andrückt und das Tonometer als kleines Handge­ rät ausgebildet ist.