DE4124056C2 - Automatische, subjektiv gesteuerte Refraktionseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum subjektiven Bestimmen von Augengläsern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Gerät, mit dessen Hilfe der Augenarzt oder Optiker die für den jeweiligen Patienten am besten geeigneten Augengläser ermitteln kann.

Stand der Technik

Die Anpassung von Augengläsern (Brille oder Kontaktlinsen) verläuft nach dem heutigen Stand der Technik im allgemeinen in folgenden Schritten:
Zunächst wird die sogenannte "objektive Refraktion" jedes einzelnen Auges bestimmt. Hierzu gibt es Geräte, die durch die optisch brechenden Medien des Auges ein Bild auf die Netzhaut projizieren und wieder zurück abbilden, so daß der unter­ suchende Augenarzt an je nach Bauart verschiedenen Parametern ablesen kann, mit welchen Vorsatzlinsen das betreffende Auge korrigiert werden müßte. Neben diesen seit mehreren Jahr­ zehnten bekannten Geräten sind seit einigen Jahren auch automatische Refraktionsgeräte kommerziell verfügbar, die ebenfalls ein Bild auf die Netzhaut projizieren und die Korrekturgläser des betreffenden Patienten berechnen.

Die Ergebnisse der objektiven Refraktion sind im allgemeinen für die optimale Anpassung einer Brille zu ungenau. Dies hat mehrere Gründe: die optische Achse bei der objektiven Refraktion stimmt meist nicht genau genug mit der subjektiv optimalen Sehachse überein; die Pupille ist bei der objektiven Refraktion meist weiter als physiologischerweise unter Tages­ lichtbedingungen; der Patient kann durch Akkommodation die Brechkraft seiner Augenlinse unbemerkt verändern; Augengläser, die jedes einzelne Auge für sich optimal korrigieren, sind für den beidäugigen Seheindruck oft nicht optimal.

Aus den genannten Gründen ist ein subjektiver Gläserabgleich zunächst für jedes einzelne Auge, vor allem aber für das Zusammenspiel beider Augen erforderlich. Hierbei werden dem Patienten verschiedene Gläser vorgesetzt, geeignete Sehzeichen projiziert (z. B. 8 4 6 1 7), bestimmte Anweisungen gegeben, etwa: "schauen Sie auf die 6 oder die 8", und Fragen gestellt wie z. B.: "sagen Sie, ob diese Zahlen jetzt unschärfer werden". Für den beidäugigen Abgleich wird oft polarisiertes Licht verwendet, wobei die Polarisationsebenen des rechten und des linken Auges senkrecht aufeinander stehen, so daß der Seheindruck des rechten und des linken Auges getrennt werden können. Auch besteht die Möglichkeit, den Seheindruck beider Augen mit roten und grünen Filtern zu trennen. Die vorge­ setzten Gläser sind in einem sogenannten "Phoropter" angeordnet, wodurch ein einfaches und vor allem schnelles Wechseln entweder direkt manuell oder ferngesteuert durch Bedienung einer Tastatur möglich ist.

Der skizzierte Vorgang der "subjektiven Refraktionsbestimmung" ist in der einschlägigen Fachliteratur ausführlich beschrieben und gehört zur Ausbildung des Augenarztes, zum Teil auch des Augenoptikers.

In der Praxis nimmt die Anpassung von Augengläsern einen großen Teil der Arbeitszeit des Arztes in Anspruch. Der Vorgang ist einerseits zu kompliziert, als daß er ohne weiteres durch Hilfspersonal ausgeführt werden könnte, andererseits jedoch logisch klar determiniert, denn es handelt sich im Prinzip mathematisch um ein Approximationsproblem, bei dem diejenigen Augengläser zu finden sind, mit denen der Patient beidäugig subjektiv "am besten sieht".

Die Gläser sind dabei durch sphärische Brechkraft (in Dioptrien, dpt), Zylinderkorrektur (in dpt) und Zylinderachse (in Grad) bestimmbar. Als feinste Abstufungen werden für die Brechkraft von Sphäre und Zylinder 0.25 dpt, für die Zylinder­ achse ganzzahlige Gradwerte angegeben.

Wegen der zumindest vom Prinzip her klaren Determiniertheit erscheint es naheliegend, den Vorgang der subjektiven Refrak­ tion von einem Computer ausführen zu lassen. Aus US 3,969,020 und US 4,105,302 ist daher auch ein Verfahren bekannt, bei dem zunächst eine objektive Refraktion jedes einzelnen Auges und dann eine subjektive Refraktion durch Vorsetzen von Prüf­ zeichen und Gläsern durch einen Computer gesteuert erfolgt. Nach monokularer Refraktion jedes einzelnen Auges wird abschließend ein binokularer Abgleich durchgeführt. Der Patient erhält akustische Anweisungen von einem Tonband, das ebenfalls von diesem Computer gesteuert wird und gibt Antworten durch Bewegungen eines Steuerknüppels. Obwohl durch dieses bereits 1978 veröffentlichte Verfahren im Prinzip eine vollständige Refraktion durchgeführt werden kann, hat sich die Methode nicht durchsetzen können, vor allem, weil die Bedienung eines Steuerknüppels als "Antworteingabe" bei den gleichzeitig dargebotenen akustischen Fragen und den ebenfalls gleichzeitig dargebotenen Seheindrücken, die im Grenzbereich des Wahrnehmbaren oder Unterscheidbaren liegen, für viele Patienten zu kompliziert ist. Aus demselben Grund hat auch ein aus US 4,697,895 bekanntes automatisches Gerät zur Visusprüfung (ohne Brillenglasbestimmung) keine weitere Verbreitung erfahren. Auch hierbei wird ein Steuerknüppel als Antwort­ einheit verwendet. Auch eine Spracheingabe als Antworteinheit, wie. u. a. in EP 0 319 466 A1 für ein Gerät zum Screening von Seh­ störungen erwähnt, kann das Problem nicht wirklich lösen, denn solange der Patient die Möglichkeit zu freier, akustischer Antwort hat, wird er erfahrungsgemäß immer wieder unerwünschte Antworten geben. So wird er z. B. auf die Frage, ob er mit Glas 1 oder mit Glas 2 die Zahlen deutlicher sehe, statt der erwünschten Antwort "1" oder "2" die Zahlen vorlesen oder bemerken, daß ihm nun sein Auge träne. Andere bekannte Antworteinheiten für Computer wie Tastaturen, Mäuse oder Lightpens, mit denen vorgegebene Antworten auf einem Bild­ schirm angewählt werden können, sind für den, der an den Umgang damit nicht gewöhnt ist, ebenfalls zu kompliziert.

Schließlich kann auch nicht erwartet werden, daß einmal fest­ gelegte sprachliche Anweisungen und Fragen von allen Patienten gleich gut verstanden werden, auch nicht innerhalb eines Sprach- oder Dialektbereiches, denn auch soziokulturell bedingte Unterschiede in der Sprachauffassung führen erfah­ rungsgemäß häufig zu Mißverständnissen. In der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, daß sogar die Darbietung von Landoldt-Ringen als Sehzeichen, obwohl für augenärztliche Gutachten in der Bundesrepublik Deutschland vorgeschrieben, im Routinebetrieb der Brillenanpassung zu kompliziert und zeit­ raubend und daher nicht benutzbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Arzt von der Routinetätigkeit der Refraktionsbestimmung weitgehend durch computergesteuerte Automatisierung zu befreien, und gleichzeitig dem zu Untersuchenden eine Antwortschnittstelle anzubieten, die dieser ohne spezielle Vorkenntnisse oder Vor­ übungen leicht bedienen kann, und die ihm die Entscheidung für eine der jeweiligen Antwortalternativen möglichst leicht macht.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen kennzeichnenden Teil ent­ haltenen Merkmale gelöst.

Dem Patienten werden Sehzeichen mit Hilfe eines kommerziell verfügbaren Sehzeichenprojektors bzw. Computerbildschirms präsentiert, Gläser mittels eines ebenfalls kommerziell verfügbaren Phoropters vorgesetzt und akustische Fragen und Anweisungen dargeboten. Sehzeichenprojektor, Phoropter und akustische Ausgabe werden von einem Computer entsprechend den bekannten Regeln der Refraktionsbestimmung gesteuert. Gleich­ zeitig zu den akustischen Fragen werden Antwortalternativen schriftlich oder graphisch im gleichen Gesichtsfeld wie die Sehzeichen dargeboten, so daß der Patient nur mit Augen­ bewegungen, d. h. bei konstanter Kopfhaltung, zwischen beiden hin- und herschauen kann. Die Einheit, die die Antwortalter­ nativen darbietet, ist oberhalb seines Schoßes angebracht, so daß er gleichzeitig mit ihr seine Hände sehen kann, wenn er diese auf die Antworteinheit auflegt. Er antwortet, indem er eine der Alternativen durch manuelles Drücken auswählt.

Dadurch, daß dem zu Untersuchenden die Antwortalternativen gleichzeitig mit der jeweiligen Frage präsentiert werden, ist die Entscheidung für genau eine dieser Alternativen für ihn nicht nur nicht schwerer, sondern sogar wesentlich leichter als bei der Möglichkeit zu freier, akustischer Antwort, denn er sieht nochmals die bereits gehörten Alternativen und muß sich eindeutig festlegen.

Der Betreiber der Einrichtung hat die Möglichkeit, die Fragen und Anweisungen selbst zu formulieren und sprachlich in das Gerät einzugeben (Anspruch 2). Außerdem kann er zwischen verschiedenen Verzweigungsmöglichkeiten des Refraktionsablaufes auswählen. Er kann so nach seinen eigenen Lernerfahrungen den Vorgang für sein Patientenkollektiv optimieren. Auf diese Weise bleibt zusätzlich die Flexibilität und Lernfähigkeit des menschlich gesteuerten Betriebs so weit wie möglich erhalten.

Bevorzugte Ausführung und Ausführungsalternativen

Die Präsentation der Sehzeichen erfolgt durch einen Projektor, wobei die Entfernung zwischen Patient und Projektionswand (oder Bildschirm) nach den geltenden Richtlinien 4-6 m betragen soll. Die Auswahl der bei den einzelnen Schritten zu proji­ zierenden Sehzeichen (einschließlich der bei manchen Schritten nötigen Polarisations- oder Farbfilter) durch den Computer erfolgt über eine dem Stand der Technik entsprechende digitale Schnittstelle, z. B. seriell nach RS232. Ebenfalls über eine derartige Schnittstelle erfolgt die Auswahl der dem Patienten mittels eines handelsüblichen Phoropters vorgesetzten Linsen (incl. Polarisations- oder Farbfilter oder Lochblenden). Außerdem steuert der Computer über einen Digital-Analog- Wandler einen akustischen Ausgang mit Kopfhörer oder Laut­ sprecher an, über den dem Patienten die nötigen Anweisungen und Erklärungen gegeben sowie Fragen gestellt werden. Diese Anweisungen, Erklärungen und Fragen sind in digitaler Form im Computer gespeichert. Der Betreiber des Gerätes muß sie über ein Mikrofon und einen Analog-Digital-Wandler akustisch in den Computer eingeben, wobei die genaue Wahl der Formulierung seiner persönlichen Erfahrung und Einschätzung überlassen bleibt. Außerdem kann er sie in gleicher Weise zu einem späteren Zeitpunkt entsprechend seinen Erfahrungen ändern. Er muß sich lediglich an einen vorgegebenen "Musterkatalog" halten, in dem die formal-logische Stellung der jeweiligen Anweisung bzw. Frage festgelegt ist.

Der Patient gibt seine Antworten manuell durch Drücken einer von mehreren möglichen Tasten bzw. Feldern einer Antwort­ einheit, auf der die gerade aktuell gültigen Antwortalter­ nativen schriftlich oder graphisch erkennbar sind. Die über dem Schoß des Patienten montierte Antworteinheit wird ihm bevorzugt durch einen kleinen Spiegel im oberen Teil des vom Phoropter freigegebenen Gesichtsfeldes optisch dargeboten, damit er seinen Kopf zum Antworten nicht bewegen muß, was den Ablauf empfindlich stören würde. Gleichzeitig sieht er so auch seine Hände, die die Einheit bedienen.

Bei der Verwendung eines Spiegels oder einer ungeraden Anzahl von Spiegeln zur Einblendung der Antworteinheit in das Gesichtsfeld des Phoropters muß die schriftliche oder graphische Information auf der Antworteinheit spiegelbildlich dargestellt werden. Dieses wird in anderen Ausführungen der Erfindung vermieden, in denen die optische Abbildung entweder durch ein optisches System mit einer geraden Anzahl von Spie­ geln oder durch ein Prismensystem oder durch eine Lichtleiter­ optik erfolgt.

Vorteilhafterweise wird die Antworteinheit als LCD-Display mit aufgelegtem, transparentem Touchpanel ausgelegt. In einer anderen Ausführung mit Tasten wird z. B. auf Taste (1) entweder "ja" oder "1" oder "oben" oder "rot" oder "E" oder "9" oder "3" durch alternatives Ausleuchten oder durch alternative Darstellung mittels LCD-Display oder Leuchtdiodenschrift hervorgehoben.

Der logische Ablauf der subjektiven Refraktion im einzelnen wird in der Literatur auf etwa verschiedene Weise beschrieben. Im Computerprogramm sind daher mehrere Alter­ nativen für die einzelnen Unterabschnitte des Refraktions­ ablaufes vorgesehen, da der eine Arzt eher das eine, ein anderer eher ein anderes Verfahren vorzieht, und da vor allem die verschiedenen Verfahren für den Patienten unterschiedlich schwierig sind. Da die Verfahren sich teilweise überlappen, ergibt sich eine gewisse Redundanz, die aus Sicherheitsgründen durchaus erwünscht ist. In groben Zügen ist der Ablauf folgendermaßen:

Gestartet wird mit den Ergebnissen einer objektiven oder einer früheren Refraktion, falls vorhanden, und zwar für jedes Auge einzeln. Die Sehzeichen werden zunächst schrittweise verkleinert. Dem Patienten wird dabei die Frage "Können sie das lesen?" gestellt, er hat die Antwortmöglichkeiten "ja" oder "nein". Wenn er mit "nein" antwortet, werden die Sehzeichen um eine Stufe vergrößert, dann werden sphärische Konvexlinsen mit aufsteigender Brechkraft vorgesetzt und der Patient gefragt: "Wird die Sehschärfe schlechter?" mit den Antwortmöglichkeiten "ja", "nein" und "bitte wiederholen". Sobald das Sehen schlechter geworden ist, werden Konkavlinsen mit absteigender Brechkraft vorgesetzt und die Frage gestellt: "wird die Sehschärfe besser?", die Antwortmöglichkeiten bleiben. Wenn die Sehschärfe mit Konkavlinsen deutlich besser wird, werden auch die Sehzeichen wieder verkleinert. Insgesamt wird so die "beste sphärische Linse" ermittelt, für die das Sehen bei größerer Brechkraft schlechter, bei kleinerer nicht besser wird.

Wenn ein Astigmatismus vorliegt, wird zunächst der Achsen­ abgleich durchgeführt, anschließend wird die Zylinderstärke optimiert. Der Patient erhält folgende Anweisungen: "Das Sehen kann jetzt schlechter werden" und "schauen Sie bitte auf die Rundungen der Zahlen oder Buchstaben". Mit Hilfe der sogenannten "Kreuzzylindermethode", bei der eine Linse vorge­ setzt wird, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen jeweils einen Astigmatismus von +0.5 dpt und -0.5 dpt hat, wird zunächst festgestellt, ob überhaupt ein Astigmatismus vorliegt. Wenn dies der Fall ist, wird die Zylinderachse des Patienten iterativ so optimiert, daß sie in der Mitte (d. h. in 45 Grad Abstand) zwischen den beiden Achsen des Kreuzzylinders liegt. Der Seheindruck ist dabei für den Patienten nie optimal, sondern er vergleicht zwei Seheindrücke daraufhin, ob sie gleich (gut oder schlecht sind). Die Fragen lauten daher "Ist das Sehen in der Stellung 1 besser - Glaswechsel - "oder in der Stellung 2?", die Antwortmöglichkeiten sind "1", "2", "gleich" und "wiederholen". Die gesuchte Achse ist gefunden, wenn der Seheindruck für beide Stellungen gleich erscheint.

Wenn die Zylinderachse festliegt, kann die Zylinderstärke ebenfalls mit dem Kreuzzylinder optimiert werden, wobei die resultierende mittlere sphärische Brechkraft konstant gehalten werden muß. Die Fragen und Antworten sind die gleichen wie beim Achsenabgleich. Bei höheren Zylinderstärken kann eine Optimierung der Achse zwischenzeitlich nötig werden. Der gesuchte Wert ist gefunden, wenn der Seheindruck für die Stellung 1 des Kreuzzylinders (d. h. 0.25 dpt über dem gesuchten Wert) gleich (gut oder schlecht) empfunden wird wie in der Stellung 2 (d. h. 0.25 dpt unter dem gesuchten Wert).

Wenn die Refraktion jedes Auges für sich allein bestimmt worden ist, erfolgt der beidäugige Feinabgleich. Eine Möglich­ keit hierzu verläuft folgendermaßen. Mit Hilfe von senkrecht zueinander stehenden Polarisationsfiltern sowohl am Sehzeichenprojektor als auch am Phoropter werden dem Patienten zwei Reihen von Sehzeichen gleichzeitig dargeboten. Er hat den Eindruck, beide Reihen mit beiden Augen gleichzeitig zu sehen, sieht jedoch in Wahrheit nur z. B. mit dem rechten Auge die obere, mit dem linken Auge die untere Reihe. Dem Patienten wird die Frage gestellt: "Sehen sie die obere Reihe schärfer oder die untere?" mit den Antwortmöglichkeiten "oben", "unten" oder "nicht unterscheidbar". Für das der unschärferen Reihe entsprechende Auge wird die sphärische Brechkraft um 0.25 dpt bis maximal 0.5 dpt abgeschwächt und mit der gleichen Frage getestet, ob dadurch der Unterschied zwischen rechtem und linkem Auge verschwindet.

Sowohl der einäugige als auch der beidäugige Abgleich kann im Bereich kleiner Brechkraftänderungen auch mit Hilfe der chromatischen Aberration (in der Literatur als Rot-Grün-Test bekannt) durchgeführt werden. Hierbei wird gefragt, ob Zeichen auf rotem oder grünem Hintergrund schwärzer erscheinen, oder ob beide gleich sind. Angestrebt wird Gleichheit.

Das Computerprogramm muß neben dem oben grob skizzierten Ablauf auch testen, ob der Patient unlogisch antwortet. So kann es z. B. nicht sein, daß die Sehschärfe durch Erhöhen der Brechkraft nicht schlechter, aber durch Erniedrigen besser wird. Im Fall von unlogischen Antworten wird zunächst die gerade aktuelle Abfragesequenz einschließlich der zugehörigen Anweisungen wiederholt, bei erneut unlogischem Antworten wird der Betreiber (Arzt) optisch (z. B. über ein Computerterminal) oder akustisch informiert. In diesem Fall ist der Patient für die automatische Untersuchung ungeeignet.

Claims (5)

1. Einrichtung zum subjektiven Bestimmen von Augengläsern mit

• - einem binocularen optischen System, beispielsweise einem Phoropter, zum Vorsetzen verschiedener Augengläser vor die Augen einer zu untersuchenden Person
• - einem Sehzeichenprojektor oder Computerbildschirm zur Dar­ bietung von Sehzeichen in festgelegter Entfernung von den Augen der zu untersuchenden Person
• - einer akustischen Ausgabeeinheit, über die der zu untersu­ chenden Person programmgesteuert Erläuterungen und Fragen dargeboten werden
• - einer manuell zu bedienenden Antworteinheit, durch deren Bedienung die zu untersuchende Person ihre Antworten auf die gestellten Fragen gibt
• - einem Computer, der mit dem optischen System, dem Sehzei­ chenprojektor, der akustischen Ausgabeeinheit und der Ant­ worteinheit über Schnittstellen verbunden ist und der in bekannter Weise den Ablauf der Sehzeichendarbietung, die Auswahl der Vorsatzgläser und die Abfolge der Fragen und Erläuterungen entsprechend den Antworten der zu untersu­ chenden Person steuert, gekennzeichnet durch
• - eine Anzeigevorrichtung in der Antworteinheit, die die ge­ rade gültigen Antwortalternativen schriftlich oder gra­ phisch anzeigt und
• - eine Einblendvorrichtung, die die Antworteinheit ein­ schließlich der sie bedienenden Hände der zu untersuchenden Person optisch in einen Teil des Gesichtsfeldes des opti­ schen Systems einblendet, durch das die zu untersuchende Person hindurch schaut.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine zusätzliche Schnittstelle zwischen Computer und Be­ treiber der Anlage vorhanden ist, über die die oben genannten Erläuterungen und Fragen anhand eines "Musterkataloges" nach individueller Formulierung sprachlich in den Computer einge­ geben werden können, und über die Modifikationen des logi­ schen Ablaufs der Augenglasanpassung ausgeführt werden können.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblendvorrichtung einen oder mehrere Planspiegel oder gewölbte Spiegel umfaßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblendvorrichtung ein Prismensystem umfaßt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblendvorrichtung ein Lichtleitersystem umfaßt.