DE60011783T2 - Verfahren und gerät zur bestimmung des augendruckes durch messung der änderung des frequenzverhaltens - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Augeninnendrucks, des sogenannten Intraokularen Drucks (IOP).
• Da auf lange Zeit hin zunehmender Druck im menschlichen Auge zu Blindheit führen kann, wird der Druck routinemäßig bei sämtlichen Augenkliniken gemessen. Ein Applanationsverfahren wird normaler Weise in der Klinik angewendet, beispielsweise das sogenannte Goldmann-Applanations-Tonometer, was bedeutet, dass ein Messfühler dazu gebracht wird, dass er gegen das Auge gedrückt wird, bis eine vorbestimmte Verformung erreicht ist, und die erforderliche Kraft wird gelesen. Die Basis der Druckbestimmung ist dann die bekannte Beziehung zwischen Druck, Kraft und Fläche: P = F/Awobei P = Druck, F = Kraft und A = Fläche
• Der Innendruck des Auges kann somit aus der Kontaktkraft gegen das Auge und der Verformungsfläche des Auges berechnet werden.
• Um zu verwirklichen, dass eine spezifische Verformung (Fläche) erreicht worden ist, wird eine fluoreszierende Chemikalie in das Auge eingeleitet, und das Auge wird so beleuchtet, dass Änderungen bei der Lichtreflektion bei der Verformung gelesen werden können.
• Ein anderes Verfahren wird dann angewendet, wenn die Anforderung an die Genauigkeit nicht so hoch ist. Dies ist ein Verfahren, bei dem ein Druckluftstrahl zum Verformen des Auges mit einer spezifischen Kraft verwendet wird, wobei die Verformung gelesen wird, indem Lichtreflektionen erfasst werden. Dieses Verfahren bewirkt keinen physikalischen Kontakt zwischen einem fixierten Objekt und dem Auge.
• Beide Verfahren sind auf eine das Auge verformende Kraft gegründet, was der Patient als unangenehm oder schmerzhaft empfinden kann, selbst obwohl eine örtliche Anästhesie mit beispielsweise dem Goldmann-Verfahren angewendet wird.
• Außerdem hat das erstgenannte Verfahren sich als empfindlich gegenüber einem Astigmatismus erwiesen, da eine Lichtbrechung stets während der Messung der Verformung des Auges angewendet wird. Das letztgenannte Verfahren hat Nachteile im Hinblick auf die Genauigkeit gezeigt und wird somit nicht angewendet, wenn der Nominaldruck zu bestimmen ist, wird aber häufig dennoch durch Optiker beispielsweise für eine Anfangsmessung der Größe des Drucks angewendet.
• Es besteht stets ein Risiko im Hinblick auf die Beschädigung des Auges insbesondere der Kornea (die Hornhaut des Auges), wenn das Auge gedrückt wird. Dies ist ein Grund, weshalb es erwünscht ist, die Kontaktkraft gegen das Auge minimal zu gestalten. Die niedrigstmögliche Kraft wird gemäß der vorstehend dargelegten Gleichung durch den Verformungsfläche bestimmt, die für diesen Bereich erforderlich ist, damit korrekt erfasst wird. Das Lichtreflektionsverfahren, das angewendet wird, um den Verformungsbereich zu erfassen oder zu lesen, erfordert einen relativ großen Bereich bzw. eine relativ große Fläche für ein korrektes Lesen und somit eine äquivalente relativ große Kraft.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend aufgeführten Nachteile für die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Messen eines Augeninnendrucks zu mildern oder zu überwinden.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren oder eine Vorrichtung gelöst, das bzw. die vorstehend zuerst erwähnt ist und die in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmale hat.
• Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor, die ein Beispiel darstellen und als solche nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken. Um das Verständnis zu erleichtern, sind im Text Bezugnahmen auf eine beigefügte Zeichnung dargelegt. 1 zeigt in schematischer Weise Teile bei einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein schwingender Kontaktkörper gegen das Auge gepresst, um die Verformung des Auges zu bestimmen.
• Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass Änderungen bei der Frequenzeigenschaft zwischen einerseits einem System, das bei Resonanz schwingt, und andererseits dem System, das teilweise zu einem Kontakt mit einem Auge gebracht wird, um ein neues bei Resonanz schwingendes System auszubilden, von dem Oberflächenbereich des Kontaktes abhängig sind.
• Ein Verfahren zum Bestimmen des Drucks p in einem Auge, der sogenannte Intraokulardruck, hat einen Kontaktkörper mit einer bekannten Geometrie, der gegen das Auge mit einer schrittweise d.h. fortschreitend zunehmenden Kraft F gepresst wird, und wobei, wenn die Verformungsfläche A des Auges bestimmt worden ist, der Druck aus der Beziehung P = F/A erhalten wird. Für die Erfindung ist neu, dass der Frequenzgang d.h. die Frequenzeigenschaft bzw. das Frequenzverhalten (charakteristische Frequenz) f_char von einem zu dem Kontaktkörper zugehörigen Sensorsystem gelesen wird, das in Resonanz schwingt, um danach den Kontaktkörper gegen das Auge zu pressen, um ein neues System auszubilden, das in Resonanz schwingt, um die Kontaktkraft und die Frequenzeigenschaft für das neue System zu lesen, und um die Änderung der Frequenzeigenschaft zu berechnen, wodurch der Druck des Auges bestimmt werden kann, da die gesuchte Verformungsfläche A eine Funktion der Änderung A (f_char) ist, die für das eigentliche Sensorsystem kalibriert ist. Die Kalibrierung des Messinstrumentes und der Messvorrichtungen hat eine bekannte Bedeutung und ist daher nachstehend nicht detaillierter beschrieben.
• Die Kraft, mit der der Kontaktkörper gegen das Auge gepresst wird, kann somit in Abhängigkeit von dem Druck des Auges so angepasst werden, dass ein niedrigerer Druck mit einer niedrigeren Kontaktkraft gegen das Auge bestimmt wird und ein höherer Druck mit einer höheren Kontaktkraft bestimmt wird, wodurch eine hohe Genauigkeit beim Messen mit einer minimalen Kontaktkraft über große Druckintervalle erhalten wird.
• Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Frequenzeigenschaft kontinuierlich gelesen werden und die Kontaktkraft F gegen das Auge kann erhöht werden, bis eine erwünschte Änderung der Frequenzeigenschaft Δf_char erreicht ist, wodurch die Kontaktkraft F gelesen werden kann und der Druck als eine Funktion der Kontaktkraft F bei einer spezifischen Änderung der Frequenzeigenschaft f_char berechnet wird.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können wiederholte Lesungen von der Kontaktkraft F und der Frequenzeigenschaft ausgeführt werden, während der Kontaktkörper an das Auge gepresst gehalten wird, wodurch eine Reihe an gemessenen Werten erhalten wird. Eine Reihe an gemessenen Werten erhöht die Möglichkeit zum Identifizieren und Fallen-lassen von gemessenen Werten, die außerhalb des Bereiches der zuverlässigen Messungen fallen , beispielsweise weil die Kontaktkraft zu gering war oder weil die Kraft so groß war, dass die ausgebildete Verformung größer als die Kontaktfläche geworden ist.
• Während der Messung und der Berechnung der Frequenzeigenschaft können derartige Komponenten wie beispielsweise die Resonanzfrequenz oder -phase verwendet werden.
• Die beigefügte Zeichnung zeigt in schematischer Weise eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zeigt einen Sensor 1, der an einer Position angeordnet ist, bei der der Intraokulardruck in einem Auge 2 gemessen wird. Der Sensor 1 ist durch eine Anordnung 3 zum Regulieren des Andrückens des Sensor 1 an das Auge gestützt. Die Anordnung 3 kann die Kraft steuern, mit der der Sensor gegen das Auge gepresst bzw. gedrückt wird.
• Der Sensor hat einen Kontaktkörper 4 mit einem Kontaktbereich 5, der an dem Auge anliegt.
• Der Kontaktkörper ist in dem Sensor durch eine Schwingungseinheit gestützt oder bildet ein einstückiges Teil mit dieser. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schwingungseinheit 7 ein piezoelektrisches Element. Das piezoelektrische Element ist in geeigneter Weise in einem Gehäuse 10 aufgehängt, welches ermöglicht, dass das piezoelektrische Element so frei wie möglich schwingt. An dem piezoelektrischen Element 7 ist ein kleineres piezoelektrisches Element 6, eine sogenannte Aufnahme, angebracht, die fest fixiert ist und die zum Einfangen der Schwingungen bei dem piezoelektrischen Element verwendet wird.
• Eine Einrichtung zum Antreiben ist mit der Schwingungseinheit 7 verbunden, um ihre Schwingungsbewegung zu erzielen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine Rückkopplungsschaltung 8 mit dem piezoelektrischen Element 7 verbunden, um die Schwingungen zurückzuführen, die durch die Aufnahme 6 registriert werden, und um eine Resonanzschwingung bei dem System zu erzielen.
• Bei dem in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel ist das piezoelektrische Element 7 mit der Erdung und einem Bandpassfilter BP verbunden. Die Aufnahme 6 ist an dem piezoelektrischen Element 7 fest angeklebt und mit einem Verstärker Am verbunden, der wiederum mit dem Bandpassfilter BP zum Zwecke des Rückführens verbunden ist. Am und BP sind für optimale Schwingungsbedingungen das heißt Resonanzfrequenz abgestimmt.
• Außerdem ist eine Einrichtung 9 zum Lesen der Frequenzeigenschaft mit dem System verbunden. Dies kann ein gewöhnlicher Frequenzzähler oder ein anderes Instrument sein, das für eine Signalverarbeitung geeignet ist.
• Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn eine Berechnungseinheit 11 mit dem Frequenzzähler zum Zwecke des Berechnens der Frequenzdifferenz verbunden ist.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche flach. Die Fläche bzw. Oberfläche kann beispielsweise mit einer Struktur oder einem Muster zum Verdrängen der Tränenflüssigkeit versehen sein. Die Kontaktfläche kann außerdem konkav mit einem Krümmungsradius gestaltet sein, der den Krümmungsradius der Oberfläche des Auges überschreitet, an das sie gepresst werden soll.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Kontaktfläche auch konvex gestaltet werden. Dies ist dann zu bevorzugen, wenn beispielsweise der Druck von einem Auge gemessen wird, das eine flache Kornea hat. Eine flache Kornea kann beispielsweise das Ergebnis für jemanden sein, der eine Korrektur seines Sehvermögens erfahren hat, indem die Kornea durch eine Behandlung mit beispielsweise Laser geglättet worden ist.
• Der Kontaktkörper sollte aus einem elektrisch isolierenden Material gestaltet sein, das galvanische Verbindungen zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Auge verhindert. Der Kontaktkörper kann in vorteilhafter Weise aus einem Polymermaterial gestaltet sein. Außerdem sollte der Kontaktkörper akustische Eigenschaften haben, die ein Übertragen von Frequenzen zum Auge ermöglicht. Das piezoelektrische Element sollte umhüllt sein, um galvanische Verbindungen zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Körper des Patienten oder der Behandlungsperson zu vermeiden.
• Wenn das System zu einem Schwingen bei Resonanz gebracht wird und die Frequenzeigenschaft des Systems gelesen worden ist, ist das System für die Messung bereit. Die Kontaktfläche 5 wird zu einem Schwingen gegen ein Auge, dessen Druck zu bestimmen ist, gebracht. Die Kontaktkraft und die Frequenzeigenschaft für das System, das dann in Resonanz schwingt, werden dann gelesen. Eine oder mehrere Lesungen können für jeden Messfall durchgeführt werden.
• Durch die Hilfe der zuvor erfolgten Kalibrierungen des Sensorsystems kann die Kontaktfläche aus den Änderungen der Frequenzeigenschaft A (f_char) interpretiert werden und der Druck des Auges kann festgestellt werden.
• Um zuverlässige Werte zu erhalten, muss der Bereich der Kontaktfläche (5) den Bereich oder die Fläche überschreiten, die beim Anpressen an das Auge ausgebildet wird.
• Der Vorteil des hierbei beschriebenen Verfahrens ist offensichtlich, da es nicht einen vorbestimmten Verformungsbereich erforderlich macht und somit keinen niedrigeren Grenzwert einer Kontaktkraft für ein Bestimmen des Drucks. Darüber hinaus wird die Anwendung von fluoreszierenden Chemikalien bei dem Auge vermieden.
• Da die Vorrichtung für ein kontinuierliches Messen und Ansammeln von Informationen verwendet werden kann, ist es außerdem möglich, die Pulsation des Intraokulardrucks während einer Messperiode zu untersuchen. Diese Pulsation kann durch verschiedene zugrunde liegende Krankheiten beeinflusst sein.

Claims (11)

1. Verfahren zur Messung des Drucks p im Auge, d.h. des sogenannten intraokularen Drucks, mit einem Kontaktkörper mit bekannter Geometrie, der mit einer schrittweise zunehmenden Kraft F gegen das Auge gedrückt wird, wobei sich der Druck aus der Beziehung P = F/A ergibt, wenn die Verformungsfläche A des Auges bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgang eines Kontaktkörpers gelesen wird, der mit einem in Resonanz schwingenden Sensorsystem verbunden ist, dass der Kontaktkörper gegen das Auge gedrückt wird, um ein neues in Resonanz schwingendes System zu bilden, dass die Kontaktkraft und der Frequenzgang des neuen Systems gelesen werden und die Änderung des Frequenzgangs berechnet wird, wodurch der Augendruck bestimmt werden kann, da die gesuchte Verformungsfläche A eine Funktion der Änderung A (f_char) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft, mit welcher der Kontaktkörper gegen das Auge gedrückt wird, in Abhängigkeit vom Augendruck gewählt wird, so dass ein niedrigerer Druck mit einer niedrigeren Kontaktkraft gegenüber dem Auge und ein höherer Druck mit einer höheren Kontaktkraft bestimmt wird, wodurch mit einer minimalen Kontaktkraft in einem grossen Druckbereich eine hohe Messgenauigkeit erzielt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgang laufend gelesen wird, dass die Kontaktkraft F erhöht wird, bis eine gewünschte Veränderung des Frequenzgangs f_char eintritt, dass die Kontaktkraft F gelesen wird und der Druck als Funktion der Kontaktkraft F bei einer bestimmten Änderung des Frequenzgangs f_char bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkraft F und der Frequenzgang wiederholt gemessen werden, während der Kontaktkörper ans Auge angedrückt wird, wodurch eine Reihe von Messwerten gewonnen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgang entweder durch die Änderung der Resonanzfrequenz f oder durch die Phasenänderung φ beschrieben wird.
6. Vorrichtung zur Messung des Innendrucks in einem Auge, d.h. des sogenannten intraokularen Drucks, mit einem Kontaktkörper (4), zum Andrücken ans Auge (1) und einem Mittel (3) zur Bestimmung der Andruckkraft des Kontaktkörpers gegenüber dem Auge, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (4) Teil eines in Resonanz schwingenden Systems ist und dass das Resonanzsystem mit einem Mittel (9) zum Anzeigen des Frequenzgangs des Systems verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in Resonanz schwingende System ein piezoelektrisches Element enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (4) eine flache Kontaktfläche (5) aufweist, und dass die Kontaktfläche vorzugsweise strukturiert oder mit einem Muster versehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Berechnung der Änderung des Frequenzgangs vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (5) konkav ist, vorzugsweise mit einem grösseren Krümmungsradius als dem Krümmungsradius der Augenoberfläche, an welche sie angedrückt werden soll.
11. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Messung der Pulsation des intraokularen Drucks.