DE3818331C2 - Anordnung und Verfahren zur hochauflösenden Ophthalmoskopie - Google Patents

Description

Die Erfindung dient der Beobachtung und Darstellung von Schichten im Auge, insbesondere der des Augenhintergrundes sowie der berührungslosen Messung an und in diesen Schichten mit hoher geometrischer und fotometrischer Auflösung.

Es sind bereits Ophthalmoskope und Augenhintergrundkameras bekannt, die mittels eines Beleuchtungsstrahlenganges den Augenhintergrund abbilden.

Die realisierende geometrische Auflösung und damit die mögliche Trennung zweier Objektpunkte am Augenhintergrund voneinander hat ihren unteren Grenzwert je nach Randbedingungen zwischen 15 und 10 µm. Die Analyse von Augenbewegungen hat jedoch gezeigt, daß unwillkürliche Augenbewegungen im Bereich von 5 µm/s . . . 0,5 m/s liegen können. Diese unwillkürlichen Augenbewegungen führen zu unkontrollierten Bildverzerrungen.

Weiterhin sind Laserscanner (DE-C2 3245939) bekannt, wobei die Deformation der Wellenfronten in Abhängigkeit vom Strahlengang durch das Auge bestimmt und mittels eines zusätzlichen steuerbaren Abbildungselementes im Strahlengang des Abtaststrahles korrigiert werden. Bei einer Abtastgeschwindigkeit/Bildentstehungszeit von ca. 100 ms ist die geforderte Auflösung zwar erreicht, ist aber nicht sinnvoll, weil sie durch die entstandene Bildversorgung wieder zerstört wird bzw. nicht nutzbar ist.

Andererseits führen die zwischen Messung und Korrektur erfolgenden Augenbewegungen zusätzlich zu fehlerhaften Korrekturwerten. Ein weiterer Nachteil ist der mit dem Laserscanningprinzip verbundene hohe technische Aufwand.

Aus US 4068932 ist ein Gerät zur Untersuchung des Augenhintergrundes bekannt, das Fixiermarken enthält, die dem auf unendlich akkomodierten Auge dargeboten werden, deren axiale Verschiebung mit der Scharfeinstellung eines Kamerateils gekoppelt ist, um das Auge auf einer bestimmte Blickrichtung zu fixieren.

Die Erfindung geht nunmehr von der Aufgabe aus, eine Abbildung und Darstellung des Augenhintergrundes mit gegenüber bisher realisierten technischen Lösungen erheblich verbesserter geometrischer Auflösung bei dennoch geringem Einfluß bildverzerrender Augenbewegungen zu realisieren.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Dabei wird die vorteilhafteste Wirkung erzielt, indem die Fixiermarke mindestens in Richtung der optischen Achse verschiebbar angeordnet ist und Mittel zur Beurteilung der geometrisch-optischen Auflösung des Auges vorgesehen sind, wobei günstige Ausgestaltungen darin bestehen, daß im Beobachtungs-/Aufzeichnungsstrahlengang eine über einen Rechner mit einem Monitor verbundene Bildaufnahmeeinheit vorgesehen ist, daß über einen Hilfsstrahlengang ein Kontrollbild im Infrarotbereich zur visuellen Beurteilung des Scharfstellungszustandes erzeugt wird sowie Mittel zur Scharfstellung des Bildes vorgesehen sind, daß die Fixiermarke eine selbstleuchtende Marke ist, wobei die Fixiermarke strukturiert ist und die Feinheit der Struktur zum Zentrum der Marke hin zunimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß eine Verschie­ bung der Fixiermarke zwischen Fern- und Nahpunkt und/oder eine Einstellung des Durchmessers der für die geometrisch-optische Auflösung wirksamen Apertur erfolgt, bis der Punkt höchster geometrisch-optischer Auflösung erreicht ist, wobei eine mono­ chromatisch blitzförmige Beleuchtung des Augenhintergrundes erfolgt, wobei der Scharfstellzustand entsprechend der gewähl­ ten Wellenlänge dem Blitzaufnahme korrigiert wird, während der blitzförmigen Beleuchtung mittels einer Bildaufnahmeeinheit eine Aufzeichnung vorgenommen wird und die Blitzzeit unter 1 ms liegen sollte. Die Bewertung der geometrisch-optischen Auflösung kann dabei anhand eines Infrarotbildes erfolgen.

Mit der Erfindung wird das klassische Ophthalmoskop- und Scanner­ prinzip verlassen, das vom auf unendlich akkomodierten Auge aus­ geht und daher die abbildungswirksame Optik als Fernrohr reali­ siert.

Es werden keine pupillenerweiternde Mittel benötigt, die den Akko­ modationsapparat des Auges beeinträchtigen.

Bei der Akkomodation auf Greifnähe erreichen wellenoptische und sphärische Abbildungsfehler des Auges ein gemeinsames Minimum, das minimale Auflösungen bis an den beugungsbedingten absoluten Grenzwert des Auges zuläßt. Die abbildungswirksamen Pupillendurch­ messer liegen dabei deutlich oberhalb der in der klassischen Oph­ thalmoskoptechnik üblichen Werte.

Überraschend wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Lichtbe­ lastung des Augenhintergrundes erheblich verringert.

Die erfindungsgemäße Lösung kann als beleuchtungsseitiger oder beobachtungsseitiger oder beleuchtungs- und beobachtungsseitiger Scanner, aber auch mit einer parallelen Bildpunktaufnahmetechnik wie Fotografie, CCD-Technik, realisiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die gesamte optische Anordnung,

Fig. 2 die Fixiermarkenblende.

Der Augenhintergrund des Patientenauges 1 wird über eine Ophthal­ moskoplinse 3 und die Öffnung eines Aperturspiegels 4, über ein verstellbares Linsensystem 5, eine im Durchmesser verstellbare abbildungsseitige Aperturblende 6, über einen Klappspiegel 9 und ein Fotoobjektiv 10 in die Bildaufnahmeebene eines CCD-Matrix­ empfängers 11 abgebildet. Das entstandene Videooriginal wird über einen Rechner 12 auf einen Monitor 13 bzw. Bildspeicher 14 über­ mittelt.

Durch Betätigen des Klappspiegels 9 wird ein Hilfsbeobachtungs­ strahlengang, bestehend aus Tubusobjektiv 7, Okular 8, eingeschal­ tet, über das der Untersuchende 2 den Augenhintergrund beobachten kann.

Über einen Beleuchtungsstrahlengang, bestehend aus Linsensystem 15, Aperturblende 16, wellenlängenselektivem Klappspiegel 17, Linsen­ system 18, Klappspiegel 19 wird das Licht einer Infrarotlicht­ quelle 21 über eine Beleuchtungsoptik 20 in den Beobachtungsstrah­ lengang über den Aperturspiegel 4 eingespiegelt.

Über den Klappspiegel 19 erfolgt eine Einblendung eines Blitzstrah­ lenganges in den Beleuchtungsstrahlengang, der aus einer Beleuch­ tungsoptik 22 und einem Farbstofflaser 23 besteht.

Die Intensität des Farbstofflasers 23 wird über Rechner 12 ge­ steuert. Über den wellenlängenselektiven Klappspiegel 17 wird in den infraroten Beleuchtungsstrahlengang der Fixierstrahlengang, bestehend aus Klappspiegel 24, Linsensystem 25, in drei Koordina­ ten verschiebbarer Fixiermarke 26a, Umfeldblende 26b, Beleuchtungs- Optik 27 sowie dem über Klappspiegel 28 ungeblendeten Farbstoff­ laser 23, eingeblendet.

Durch Hochklappen der Umfeldblende 26 b wird das Umfeld der Fixier­ marke 26 a beleuchtet und der Fixiermarkenstrahlengang wird gleich­ zeitig Hilfsbeleuchtungsstrahlengang.

Das Gerät wird in bekannter Weise zum Patientenauge 1 ausgerich­ tet. Der Patient bekommt keine pupillenerweiternden Mittel und wird bis zum Erreichen des dunkel adaptierten Zustands (maximal weite Pupille) im Dunkeln gehalten.

Der Augenhintergrund wird mit infrarotem Licht beleuchtet, wobei für den Patienten die Fixationsmarke 26a bei abgeblendetem Umfeld sichtbar wird. Das Infrarotbild wird über die CCD-Bildempfänger rechnergestützt kontinuierlich auf dem Monitor 13 dargestellt. Die Fixationsmarke wird durch rechnergesteuerte Verschiebung senkrecht zur optischen Achse in eine solche Stellung gebracht, daß für den Beobachter der gewünschte Fundus im Bild erscheint. Dadurch, daß die aktuellen Daten der Fixationsmarke nunmehr im Rechner vorliegen und mit dem zu entstehenden Bild abgespeichert werden, lassen sich reproduzierbare Aufnahmen vom Augenhintergrund erzielen, in dem bei Wiederholungsaufnahmen wieder die gleichen Fixationsparameter eingestellt werden.

Für den Fall, daß der Patient mit dem zu untersuchenden Auge nicht fixieren kann, wird durch Betätigung des Klappspiegels 24 über einen optischen Manipulator 29 die Fixationsmarke dem zwei­ ten Auge 30 dargeboten.

Mittels des verstellbaren Objektivs 5 kann der Beobachter den Augenhintergrund im infraroten Bild scharf einstellen. Die Stellung der Fixationsmarke in Richtung der optischen Achse wird durch ein mechanisches System in Abhängigkeit von der Stel­ lung des Objektivs 5 stets so eingestellt, daß die Fixationsmar­ kenebene 26a kongruent zu den Bildebenen des Systems und dem Augenhintergrund ist.

Durch wechselseitiges Verstellen des Objektives 5 im Zusammen­ wirken mit der Fixiermarke 26a und der Aperturblende 6 wird der Zustand der höchsten Bildauflösung durch den Beobachter einge­ stellt. Dabei wird vom Fernpunkt des Auges ausgegangen und mit der wechselseitigen Verstellung zur Akkomodation des Auges bis auf den Nahpunkt innerhalb dieses Bereiches der Zustand der höchsten Bildauflösung gesucht.

Bei Erreichen dieses Zustandes wird durch den Beobachter eine rechnergesteuerte Bildaufnahme ausgelöst. Durch den Rechner wird die Bewegung der Klappspiegel 19, 28, 17, die Auslösung des Farbstoffblitzes bzw. die Intensitätssteuerung über ein Blendensystem der Beleuchtungsoptik 22 und die Bildaufnahme durch CCD-Matrixempfänger 11 gesteuert.

Weiterhin steuert der Rechner die anschließende Darstellung des aufgenommenen Bildes als stehendes Bild auf dem Monitor 13 und die Speicherung des Bildes im Bildspeicher 14 mit den eingestellten Parametern (Aperturblendendurchmesser, Stellung des Objektivs 5, Fixationskoordinaten).

Durch den Beobachter kann im Bedarfsfall anschließend die Dar­ stellung des Infrarotbildes des Augenhintergrundes auf dem Monitor 13, gesteuert durch den Rechner 12, zur Vorbereitung einer weiteren Aufnahme, wieder eingestellt werden.

Im Bedarfsfall kann durch Betätigen des Klappspiegels 9 und Hochklappen der Umfeldblende 26 der Augenhintergrund direkt ophthalmoskopisch beobachtet werden.

Die Fixiermarke 26a kann eine Struktur aufweisen, deren Fein­ heit dem maximal erreichbaren Auflösungsvermögen entspricht und zum Zentrum der Marke hin zunimmt.

Es können mehrere Aufnahmen erfolgen, wobei die Markenhelligkeit nach jedem Aufnahmeblitz erhöht und anschließend entsprechend dem Adaptionsvermögen wieder verringert wird.

Weiterhin können Maßnahmen getroffen werden, um störende Inter­ ferenzerscheinungen bei gleichmäßiger Fundusausleuchtung während der Bildaufnahme zu beseitigen.

Der Beobachter wählt die erforderliche Wellenlänge des Aufnahme­ blitzes für die Aufzeichnung aus. Über den Rechner wird sowohl die Einstellung am Farbstofflaser als auch die notwendige Korrek­ tur des Scharfstellzustandes des für die Bildaufnahmeeinheit ge­ steuert. Zur Korrektur kann beispielsweise die Bildaufnahmeein­ heit axial im Strahlengang gegenüber der Lage für ein scharfes Infrarotbild verschoben werden. Diese Steuerung erfolgt unmittel­ bar vor der Aufnahme.

Das Ausführungsbeispiel realisiert die Reflexfreiheit des Bildes durch geometrische Strahltrennung in der gemeinsamen Pupille des beleuchtungs- und beobachtungsseitigen Strahlenganges. Eine wei­ tere vorteilhafte Ausführung ist die Anwendung der Polarisation zur Realisierung der Reflexfreiheit, insbesondere dann, wenn zu­ sätzlich für die Abbildung der Einfluß der regulären Reflexion einzelner Schichten des Augenhintergrundes ausgeschaltet werden soll. Technische Lösungen dazu sind bekannt.

Claims (13)

1. Anordnung zur hochauflösenden Ophthalmoskopie, mit einem Beleuchtungsstrahlengang zur Beleuchtung des Augenhintergrundes und einem Beobachtungs-/ Aufzeichnungsstrahlengang, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Beleuchtungsstrahlengang ein Fixierstrahlengang mit einer dem akkomodationsfähigen und dunkel adaptierten Auge dargebotenen Fixiermarke vorgesehen ist, die sich im Bereich zwischen Fern- und Nahpunkt des Auges befindet, wobei der abbildungswirksame Pupillendurchmesser mindestens 3 mm beträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiermarke mindestens in Richtung der optischen Achse verschiebbar angeordnet ist und Mittel zur Beurteilung der geometrisch-optischen Auflösung des Auges vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Beobachtungs-/ Aufzeichnungsstrahlengang eine über einen Rechner mit einem Monitor verbundene Bildaufnahmeeinheit vorgesehen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung der geometrisch-optischen Auflösung anhand eines Infrarotbildes erfolgt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Hilfsstrahlengang ein Kontrollbild im Infrarotbereich zur visuellen Beurteilung des Scharfstellungszustandes erzeugt wird und daß Mittel zur Scharfstellung des Bildes vorgesehen sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiermarke eine selbstleuchtende Marke ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiermarke strukturiert ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinheit der Struktur zum Zentrum der Marke hin zunimmt.

9. Verfahren zur hochauflösenden Ophthalmoskopie, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschiebung der Fixiermarke zwischen Fern- und Nahpunkt und eine Einstellung des Durchmessers der für die geometrisch-optische Auflösung wirksamen Apertur erfolgt, bis der Punkt höchster geometrisch-optischer Auflösung erreicht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine monochromatisch blitzförmige Beleuchtung des Augenhintergrunds erfolgt, wobei der Scharfstellzustand entsprechend der gewählten Wellenlänge der Blitzaufnahme korrigiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß während der blitzförmigen Beleuchtung mittels einer Bildaufnahmeeinheit eine Aufzeichnung vorgenommen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzdauer unter 1 ms liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aufnahmen erfolgen, wobei die Markenhelligkeit nach jedem Aufnahmeblitz erhöht wird und anschließend entsprechend dem Adaptationsvermögen verringert wird.