DE4240477C1 - Sonnenlicht-betriebener ophthalmologischer Photokoagulator - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung handelt es sich um einen Photokoagulator zur Anwendung am menschlichen Auge.

Stand der Technik

Photokoagulationen am Auge werden nach dem heutigen Stand der Technik überwiegend mit Lasergeräten im optischen oder nahen Infrarotbereich durchgeführt. Daneben sind Geräte bekannt, die als Lichtquelle Xenonröhren verwenden. Diese wurden allerdings in den letzten Jahren weitgehend durch die Lasergeräte verdrängt. Das Licht einer Glühlampe ist für die Photokoagulation am Auge nicht geeignet, da die Leuchtdichte zu gering ist. Auch die Xenonröhren sind aus diesem Grund nicht für alle Therapieformen geeignet. Optimal fokussiertes Sonnenlicht hat jedoch eine ausreichende Leuchtdichte. Aus diesem Grund wurden auch die ersten Photokoagulationen am Auge Ende der vierziger Jahre dieses Jahrhunderts mittels Sonnenlicht durchgeführt. Die Therapie mit Sonnenlicht hat jedoch die prinzipielle Schwierigkeit, daß die Sonne sich bewegt. Die o.g. Therapie wurde daher zunächst mit Hilfe von aus der Astronomie bekannten Heliostaten durchgeführt. Dabei waren zusätzlich erhebliche Baumaßnahmen erforderlich, um den Lichtstrahl in den Behandlungsraum zu leiten. Aus diesem Grund fand diese Art der Behandlung keine weitere Verbreitung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Sonnenlicht als Quelle für die ophthalmologische Photokoagulation auf einfache Weise verfügbar zu machen. Entsprechende Geräte sollen bevorzugt in tropischen Entwicklungsländern eingesetzt werden, in denen Lasergeräte aus Kostengründen nicht verwendet werden können.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Als "Lichtsammler" wird ein Linsen- oder Spiegel­ teleskop verwendet. Mit Hilfe eines optischen Sensors wird die Position der Sonne kontinuierlich registriert. Eine Regelelektronik führt mittels Stellmotoren das Teleskop so der Sonnenbewegung nach, daß die optische Achse des Teleskops innerhalb einer vorgegebenen Toleranz auf den Sonnenmittelpunkt zeigt. Vom Teleskop wird das parallele, konzentrierte Sonnenlicht in ein Ende eines flexiblen Lichtleiters eingekoppelt, der mit dem Teleskop entsprechend verbunden ist. Über diesen Lichtleiter wird es in den Behandlungsraum geführt. Dort wird das Licht über eine zwischengeschaltete Bedienungseinheit in eine konven­ tionelle Spaltlampe eingekoppelt. In der Bedienungseinheit werden, entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3, mittels Blenden, Linsen und Filtern Licht­ leistung, Farbe und die am Auge gewünsche Brennfleckgröße eingestellt. Über ein Pedal wird, entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2, wie bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Lasergerät, zwischen einem Hilfsstrahl (mit niedriger Leistung) und dem Therapiestrahl (hohe Leistung) hin- und hergeschaltet, wobei die Expositionszeit des Therapiestrahls mit elektro­ nischen Mitteln auf einen vorher wählbaren Wert begrenzt wird. In einer speziellen Ausführung der Erfindung wird, entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4, ein Teil des Lichtes mit Hilfe eines Strahlteilers für die Beleuchtung der Spaltlampe abgezweigt, so daß auf eine elektrische Glühbirne verzichtet werden kann.

Bevorzugte Ausführung und Ausführungsalternativen

Ein kardanisch aufgehängtes, um zwei Achsen schwenkbares Teleskop wird mit Hilfe zweier elektromotorischer Antriebe A1 und A2 durch Drehung um die beiden Aufhängungsachsen so ausgerichtet, daß seine optische Achse auf den Sonnen­ mittelpunkt zeigt. Die benötigten Antriebe können als Elektromotoren mit nachgeschalteten Getrieben hoher Unter­ setzung oder als Schrittmotoren ausgelegt sein. In die Antriebe sind elektronische Winkelgeber W1 und W2 integriert, durch die zu jedem Zeitpunkt die Ausrichtung des Teleskops gemessen werden kann. Der Ausrichtungsvorgang wird von einer Regelelektronik gesteuert. Diese bezieht ihre Information über die Sonnenposition aus zwei Detektoren D1 und D2. Diese Detektoren sind entweder jeweils als zweidimensionale PSD′s (positionsempfindliche Detektoren, wie sie dem Stand der Technik entsprechen) oder als Paare von zwei eindimensionalen, zueinander senkrecht stehenden PSD′s ausgebildet. Die Sonne wird im Fall des zweidimensionalen PSD mit einer sphärischen Linse oder einer Lochblende als Punkt, im Fall des Paars eindimensio­ naler PSD′s mit zwei Zylinderlinsen als zwei aufeinander senkrecht stehende Striche auf die PSD′s abgebildet. Die von D1 und D2 gemessenen physikalischen Größen sind Winkel des Sonnenstandes (in jeweils zwei Dimensionen) und Hellig­ keit der Sonnenstrahlung. Der ortsfest montierte Detektor D1 hat bezüglich der Winkelmessung einen hohen dynamischen Bereich (180 Grad pro Dimension), jedoch eine schlechte Auflösung, der am Teleskop befestigte Detektor D2 hat einen geringen dynamischen Bereich, jedoch eine hohe Winkelauf­ lösung.

Um das Teleskop auf die Sonne auszurichten, werden zunächst die Winkeldifferenzen zwischen den vom Detektor D1 gemessenen Winkeln des Sonnenstandes und den von den Winkelgebern W1 und W2 gemessenen Winkeln des Teleskop­ standes durch Verstellen des Teleskops mit den Antrieben A1 und A2 auf null geregelt (Grobregelung). Wenn diese Bedingung innerhalb der Meßgenauigkeit erfüllt ist, wird mit Hilfe des Detektors D2 eine Feinregelung durchgeführt. Diese muß gegenüber der Grobregelung Priorität haben. Der Beginn der Feinregelung wird dadurch erkannt, daß der Detektor D2 ein Helligkeitssignal oberhalb einer vorge­ gebenen Schwelle mißt, was genau dann der Fall ist, wenn die Abweichung der optischen Achse des Teleskops von der Richtung zur Sonne unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. In einer anderen Ausführung der Erfindung wird anstelle von zwei Detektoren D1 und D2 nur einer verwendet, der dann allerdings sowohl einen großen Dynamikbereich als auch eine hohe Auflösung haben muß. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist diese Lösung jedoch erheblich teurer.

Das vom Teleskop eingefangene Sonnenlicht wird in einen Lichtleiter eingespeist und über ihn in den Behandlungsraum transportiert. Dort wird es in einer Bedienungseinheit in gewünschter Weise aufbereitet und in eine kommerziell verfügbare Spaltlampe eingekoppelt. Die elektrische Energie für den Betrieb der Antriebe A1 und A2 sowie der Steuer­ elektronik wird aus einem kommerziell verfügbaren Solar­ panel bezogen.

Fig. 1 zeigt die optischen Komponenten und das Prinzip des Strahlengangs. Die dort eingezeichneten Linsen sind als Linsensysteme zu verstehen, die dem Stand der Technik entsprechend auf maximalen Lichtfluß, nicht jedoch notwen­ digerweise auf möglichst gute geometrische oder chromatische Abbildungseigenschaften optimiert werden müssen. Das Sonnenlicht fällt auf einen Parabolspiegel 1, dessen optische Achse auf den Mittelpunkt der Sonne zeigt. Die Sonne wird durch diesen Parabolspiegel und den Sekundärspiegel 2 in die Fokalebene 3 abgebildet. Andere Ausführungen, bei denen die Sonne durch eine Linse oder durch einen sphärischen Spiegel primär abgebildet wird, sind zwar auch möglich, jedoch bezüglich des Lichtflusses ungünstiger. Der Sekundärspiegel soll vorzugsweise als konvexer Spiegel ausgeführt sein. Seine genaue Form muß zusammen mit der nachfolgenden Linse 4 auf maximalen Licht­ fluß optimiert werden. Die Linse 4, die in Strahlrichtung von der Fokalebene 3 um ihre eigene Brennweite entfernt ist, erzeugt wieder (annähernd) paralleles Licht, das in den Lichtleiter 5 eingekoppelt wird. Vorteilhafterweise ist die Linse 4 identisch mit der Eintrittsfläche des Licht­ leiters 5, da andernfalls zusätzliche Reflexionsverluste sowie eine zu hohe thermische Belastung der Komponenten auftreten können. Der Lichtleiter 5 wird durch eine Bohrung 6 des Parabolspiegels zur Bedienungseinheit 7 geführt. In dieser wird der Strahl zunächst mit der Austrittslinse 8 aus dem Lichtleiter 5 und der Linse 9 aufgeweitet, um thermische Schäden an den nachfolgenden Komponenten zu vermeiden. Das aus der Linse 9 austretende Licht ist wieder annähernd parallel. Ein Filter 10 filtert den kurzwelligen, blauen und ultravioletten Anteil der Strahlung heraus. Ein schwenkbarer oder verschiebbarer Strahlteiler 11 lenkt im Normalzustand, d. h. wenn keine Exposition des Auges mit hoher Lichtleistung zur Koagulation erfolgt, den größten Teil der Strahlung um 90 Grad aus dem Hauptstrahlengang heraus. Dieser Teil der Strahlung kann durch Blenden und Filter abgeschwächt als Lichtquelle für die zur Therapie benötigte Spaltlampe verwendet werden. Die genauen Details des Strahlengangs für diese Beleuchtung hängen vom Typ der verwendeten, kommerziell erhältlichen Spaltlampe ab. Das vom Strahlteiler 11 durchgelassene Licht wird durch ein in 11 integriertes Filter geleitet, das den roten Anteil herausfiltert. Das dann grün erscheinende Licht wird als Zielmarkierung für die Therapie benötigt. Seine Intensität am Therapieort im Auge muß gegenüber der Spaltlampen­ beleuchtung so hoch sein, daß es für den Arzt gut erkennbar ist. Mit Hilfe einer Linse 12, die eine wesentlich größere Brennweite als 9 hat, wird ein reelles Bild der Sonnen­ scheibe erzeugt. Mit einer in der Fokalebene von 12 ange­ ordneten variablen Blende 13 kann die Größe der abge­ bildeten Sonnenscheibe und damit der Durchmesser des späteren Brennflecks am Auge variiert werden. Eine weitere Linse 14 mit vorzugsweise gleicher Brennweite wie 12 erzeugt wieder annähernd paralleles Licht. Mit Hilfe einer variablen Blende 15 kann die Lichtleistung auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Um diese Lichtleistung zu messen, wird ein kleiner Teil, z. B. 1%, von einem Strahlteiler 16 reflektiert, über eine Linse 17 fokussiert, von einem Detektor 18 registriert und auf einem Anzeige­ gerät dargestellt. Mit Hilfe von zwei weiteren Linsen 19 und 20 wird der Strahldurchmesser wieder verkleinert. Der aus 20 austretende Strahl wird in gleicher Weise in den Strahlengang der Spaltlampe eingekoppelt, wie dies von kommerziell erhältlichen ophthalmologischen Lasergeräten bekannt ist. Die Details hängen dabei vom Typ der Spalt­ lampe ab. Um das Patientenauge der gewählten, hohen Inten­ sität der Therapiestrahlung auszusetzen, wird der Strahl­ teiler 11 durch einen elektromotorischen Antrieb aus dem Hauptstrahlengang herausgefahren. Der Therapiestrahl nimmt dann den gleichen Weg wie vorher der Hilfsstrahl für die Zielmarkierung. Mit dem Herausfahren des Strahlteilers aus dem Hauptstrahlengang muß mechanisch oder elektrisch im Sinn einer Zwangsbedingung ein vollständiges (durch einen Verschluß) oder teilweises (durch eine Blende oder ein Filter) Verschließen des Beobachtungsstrahlengangs der Spaltlampe gekoppelt sein, wie dies von konventionellen ophthalmologischen Lasergeräten bekannt ist, damit der behandelnde Arzt nicht durch die Therapiestrahlung geblendet oder gar geschädigt wird.

In einer anderen Ausführung der Erfindung wird das aus der Linse 20 austretende Licht nicht in eine Spaltlampe, sondern in einen weiteren Lichtleiter eingekoppelt und mit ihm im Rahmen eines chirurgischen Eingriffs ins Augeninnere geführt, so daß als Therapieform der sinngemäß gleiche Vorgang ermöglicht wird, wie er bei Lasergeräten unter dem Namen "Endolaser" bekannt ist.

Claims (4)

1. Photokoagulator zum Einsatz in der Ophthalmologie, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich automatisch auf die Sonnenposition ausrichtendes Teleskop vorgesehen ist, und das mit ihm einfangbare Sonnenlicht mittels eines flexiblen Lichtleiters in die Behandlungseinheit einspeisbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorgesehen ist, mit dem zwischen einem Hilfsstrahl mit niedrigerer Lichtleistung zum Einstellen der gewünschen Therapieparameter und einem Therapiestrahl mit höherer Lichtleistung hand- oder fußgesteuert hin- und hergeschaltet werden kann.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter Lichtleistung des Hilfs- und des Therapiestrahls, Durchmesser des Brennflecks am Auge und Expositionszeit des Therapiestrahls vorwählbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler vorgesehen ist, mit dem ein Teil des im genannten Lichtleiter transportierten Lichtes abgezweigt und für Beleuchtungszwecke bereitgestellt wird.