DE69533518T2

DE69533518T2 - Anordnung zur abbildung des augeninneren

Info

Publication number: DE69533518T2
Application number: DE69533518T
Authority: DE
Inventors: C. Bernard SZIRTH; Linn Alan MURPHEE; Eugene Steven LUSTY; A. James BURRIS
Original assignee: Research Development Foundation
Current assignee: Research Development Foundation
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: AU4157596A; ATE275864T1; CA2206888A1; JPH10509078A; RU2159572C2; IL116005A; AU701821B2; EP0790799B1; DE69533518D1; EP0790799A1; CA2206888C; KR100359011B1; EP0790799A4; JP4097692B2; KR970706756A; NZ296848A; IL116005A0; ES2229243T3; US5608472A; WO1996015712A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Das Augen-Abbildungssystem der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgelegt, das Bild der Strukturen in der hinteren Kammer des menschlichen Auges einschließlich der Retina und von Strukturen in denselben Bereichen des Glaskörperraums aufzunehmen. In der Vergangenheit wurden Funduskameras, die einen 35 mm-Film verwendeten, zum Fotografieren des Auges eingesetzt. Solche Kameras weisen jedoch verschiedene Einschränkungen auf, sind technisch anspruchvoll zu bedienen, und sind im Gebrauch eingeschränkt. Ein weiteres Augen-Abbildungssystem ist aus der WO 94/10900 bekannt. Das vorliegende Bildaufnahmesystem stellt eine Superweitwinkelansicht des Augenhintergrunds mit der Fähigkeit zur farblichen Fundusabbildung, Fluorescein-Angiographie und Stereoabbildung bereit. Das vorliegende Bildaufnahmesystem kann ca. 80 Prozent der Retina auflösen und das Bild mit gleichbleibender digitaler Qualität einfangen. Die scharfe digitale Auflösung ist zur Diagnose oder vor und nach einer Behandlung wichtig für die Dokumentation des Zustands eines Patienten, insbesondere, wenn über einen längeren Zeitraum eine Reihe von Bildern aufgenommen wurde. Das vorliegende Bildaufnahmesystem stellt aufgenommene digitale Bilder bereit, die sofort auf einem Kontrollbildschirm angesehen und untersucht, digital für eine spätere Untersuchung und einen späteren Vergleich gespeichert und/oder über einen Drucker zur Papierausdruckdokumentation ausgedruckt oder über ein Modem durch Telefonleitungen verschickt werden können.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Augen-Abbildungssystem nach Anspruch 1.
Bei noch einer weiteren Aufgabe konvergiert die konzentrische Lichtpassage in Richtung der Achse der Kornealkontaktlinse. In einer Ausführungsform schließt die konzentrische Lichtpassage zwei konzentrische Lichtpassagen ein.
Bei noch einer weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist der konzentrische Lichtdurchtritt dadurch gebildet, dass Lichtleiterfasern aus der Lichtquelle fächerartig herausgeführt sind und die Enden der Fasern über 360° eine durchgehende Lichtquelle bilden.
Bei noch einer weiteren Aufgabe stellt die ladungsgekoppelte Abbildungsvorrichtung eine Farbabbildungsvorrichtung dar, und die Abbildungs- und Fokussieroptik schließt ein Korrekturmittel für die chromatische Aberration ein.
Bei noch einer weiteren Aufgabe der Erfindung schließt die Optik eine entfernbare Kornealkontaktlinse, eine Kondensorlinse und eine Primärlinse ein, und schließt weiter eine Linse des Goldman-Typs zum Befestigen an der tragbaren Bilderfassungseinheit ein.
Bei noch einer weiteren Aufgabe ist eine auswechselbare Linse in der Optik zur Bereitstellung einer Ansicht von 15° bis 150° des Augeninneren vorgesehen.
Bei noch einer weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung umfasst die Lichtquelle in der Konsole eine Wolframlampe.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung der zum Zweck der Offenbarung wiedergegebenen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Aufrissansicht der vorliegenden Erfindung von vorn.
2 ist eine Aufrissansicht der Vorrichtung von 1 von oben.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 von 2.
4 ist eine schematische Darstellung der Steuerschaltung der Vorrichtung von 1.
5 ist eine vergrößerte Aufrissansicht im Querschnitt der handgeführten tragbaren Bilderfassungseinheit der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Aufrissansicht der Lichtabgabeeinheit von 6, die das fächerartige Herausführen der Lichtleiterfasern aus einer Fasermuffe zu einem konzentrischen Lichtdurchtritt darstellt.
7 ist eine Draufsicht des Lichtabgabesystems von 6.
8 ist eine vergrößerte Aufrissansicht im Querschnitts der Enden der fächerartig herausgeführten Faseroptik um die Kornealkontaktlinse.
9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 von 8.
10 ist eine vergrößerte Aufrissansicht im Querschnitt, die eine weitere Ausführungsform darstellt, die eine doppelte, konzentrische Lichtpassage um die Kornealkontaktlinse bereitstellt.
11 ist eine Ansicht entlang der Linie 11-11 von 10.
12 ist eine optische Anordnung der verschiedenen Linsen in der tragbaren Erfassungseinheit der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Aufrissansicht im Querschnitt, die darstellt, wie der Objektivkopf der Erfassungseinheit zusammen mit dem Linsensystem entfernt und durch eine Linse des Goldman-Typs ersetzt und darauf angebracht wird.
14 ist eine Querschnittsansicht des Verbindungskabels zwischen dem Gehäuse und der handgeführten Einheit der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nunmehr mit Bezug auf die Zeichnungen gibt Bezugszahl 10 allgemein das Augen-Abbildungssystem der vorliegenden Erfindung an und umfasst allgemein eine handgeführte, tragbare Bilderfassungseinheit 12, ein geeignetes Gehäuse, das aus einer Konsole 14 besteht, und ein Verbindungskabel 16.
Das Gehäuse 14 umfasst allgemein eine elektrische Stromquelle 18, eine Lichtquelle 20, ein Gleitschienenlichtfilter 22, eine Tastatur 24, einen Sichtmonitor 26, ein Ausgangsaufzeichnungsgerät wie einen Drucker 28, einen Standbildvideorekorder wie eine digitale Laserdiskette 32 und/oder einen VHS-Rekorder 30, ein Bedienfeld 19, eine ladungsgekoppelte Gerätesteuerung 21 und eine Fußpedalsteuerung 23.
Nunmehr mit Bezug auf 4 umfasst das Bedienfeld 19 zusätzlich zur Lichtquelle 20 und dem Gleitschienenfilter 22 einen Stromschalter 25, eine Lichtstärkensteuerung 27, eine Brennweitensteuerung 29 und eine Erfassungssteuerung 31. Die Fußpedalsteuerung 23 umfasst eine Lichtstärkensteuerung 27a, eine Brennweitensteuerung 29a und eine Erfassungssteuerung 31a, wodurch der Bediener den Betrieb der Vorrichtung 10 steuern kann, während er die Erfassungseinheit 12 mit den Händen hält. Die Tastatur 24 ist eine Weißabgleichsstärkensteuerung, um eine echte Farbdarstellung durch die ladungsgekoppelte Vorrichtung sicherzustellen. Die Steuerung 21 empfängt Digitalbilder aus der Erfassungseinheit 12 und wandelt diese in einen analogen Ausgang zur Übertragung an den Rekorder 30, den Drucker 28, den VHS-Rekorder 30 und den Monitor 26 um.
Mit Bezug auf 5 ist die tragbare Bilderfassungseinheit 12 an das Kabel 16 angeschlossen gezeigt, welches, wie am besten in 14 zu sehen ist, ein Quarzlichtleiterkabel 40, ein Stromkabel 54 und ein Fernsteuerungskabel 56 umfasst. Die tragbare Bilderfassungseinheit 12 umfasst auch eine Abbildungs- und Fokussieroptik 36 (5 und 12), eine digitale Abbildungsvorrichtung 38, welche eine ladungsgekoppelte Abbildungsvorrichtung wie beispielsweise eine 0,5-ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) ist, welche das Bild zur Übertragung an die CCD-Steuerung 21 elektronisch erfasst. Die Abbildungs- und Fokussieroptik umfasst, wie am besten in den 5 und 12 zu sehen ist, eine primäre Kornealkontaktlinse 42, welche eine Doppellinse ist, eine Primärlinse 44, eine Kollektivlinse 46, eine Verkleinerungslinse 48, die zusammen als primäres Linsensystem bekannt sind, eine Irisblende 50 und eine einsteckbare Linse 52 (5). Das primäre Linsensystem ist an der Einheit 12 durch (nicht gezeigte) Justierschrauben abnehmbar angeschlossen und kann entfernt werden, wie später noch vollständiger erläutert wird. Die Irisblende kann mit einer geeigneten F/Stop-Einstellung eingestellt werden, um die Tiefenschärfe für eine optimale Sichtbarmachung und Abbildung der Merkmale zu steuern, die von Interesse sind. Die einsteckbare Linse 42 steuert das auf der CCD 38 abgebildete Sichtfeld wirksam und kann ausgetauscht werden, um eine veränderte Ansicht der hinteren Kammer des menschlichen Auges bereitzustellen, die von einer 15°-Ansicht bis zu einer Spanne von 150° variiert. Ein Brennweitenmotor 41 betätigt die Brennweiteneinstellung der Optik 36.
Vorzugsweise ist die CCD 38 eine chromätische Abbildungsvorrichtung zum Erhalt von Farbbildern der hinteren Kammer, welche eine echte Farbdarstellung der hinteren Kammer und eventuell vorhandenen Krankheitsbildern liefert und durch den Einsatz verschiedener Lichtwellenlängen unterschiedliche Schichten der hinteren Kammer sichtbar macht. Zusätzlich ermöglicht es die Farbabbildung, dass die Einheit 10 eine Stereoabbildung bereitstellen kann, und macht es einfacher, zu bestimmen, ob ein Krankheitsbild aktiv oder verkalkt ist. Jedoch muss, wenn die CCD 38 Farbbilder aufnimmt, der Abbildungs- und Fokussieroptik 36 ein Linsensystem hinzugefügt werden, um Chromasie zu verhindern. Und zwar, weil die Farben Rot, Grün und Blau sich normalerweise zersetzen und ein verschwommenes Bild erzeugen, wenn die Chromasie nicht korrigiert wird. Somit ist eine erste Triplettlinse 60 in der Abbildungs- und Fokussieroptik (5 und 12) vorgesehen, welche die zersetzten Farben auf einen gemeinsamen Brennpunkt bringt, und ein zweiter Satz Triplettlinsen 62 legt den Brennpunkt auf die Brennebene der CCD 38. Somit umfasst jedes der Tripletts 60 und 62 drei Linsen, um auf die unterschiedlichen Wellenlängen der Farben Rot, Grün und Blau einzuwirken und dadurch jegliche Farbabweichungen zu verhindern und eine echte Farbdarstellung aufrechtzuerhalten. Dennoch kann die chromatische CCD 38 aber auch falls gewünscht für monochromatische Abbilden verwendet werden.
Um eine echte Wiedergabe der hinteren Kammer des Auges und irgendwelcher Krankheitsbilder und insbesondere getreue Farbe zu erhalten, ist es wichtig, über eine gleichmäßige Lichttemperatur und eine gleichmäßige Lichtverteilung zu verfügen. Nun ist mit Bezug auf die 5 bis 9 eine konzentrische, die Kornealkontaktlinse 42 umgebende Lichtpassage vorgesehen, um das Auge durch die Hornhaut hindurch zu beleuchten. Das heißt, eine über 360° durchgehende Lichtquelle ist vorgesehen, welche eine gleichmäßige Lichtverteilung zur hinteren Kammer des Auges ergibt und auch den Vorteil hat, eine niedrigere Lichtstärke zu benötigen. Das Quarzlichtleiterkabel 40 ist mit einem Bündel 70 von Mantellichtleiterfasern verbunden, bei denen die einzelnen Fasern 72 fächerartig herausgeführt und die Enden 74 so angeordnet sind, dass sie eine über 360° durchgehende Lichtquelle um die Korneallinse 42 herum bilden, bei der die Enden 74 einen konzentrischen, die Kornealkontaktlinse 42 umgebenden Lichtdurchtritt bereitstellen, um eine durch die Hornhaut gerichtete Lichtquelle bereitzustellen.
In einer Ausführungsform konvergieren, wie am besten in den 8 und 9 zu sehen ist, die äußeren Enden 76 der fächerartig herausgeführten Lichtleiterfasern 72 zur Achse der Kornealkontaktlinse 42 hin, um ein größeres Sichtfeld zu ergeben. Nur zum Beispiel kann der Innendurchmesser des durch die Enden 76 gebildeten konzentrischen Lichtdurchtritts 7,5 mm betragen und eine Dicke von 0,016 mm haben, und mit einem Winkel von 10° bezüglich des Eingangs der Linse 42 zulaufen und ungefähr 2.000 Fasern umfassen. Dennoch können auch verschiedene andere Einfallswinkel zur Hornhaut vorgesehen werden, um verschiedene Korneaformen auszugleichen. Der konzentrische Lichtdurchtritt sorgt aber dafür, dass weniger Reflexion aus der Kornea einfällt, und Licht wird mit einer geringen Stärke und einer gleichmäßig ausgebreiteten Verteilung verbreitet.
Nun ist mit Bezug auf die 10 und 11 eine weitere Ausführungsform vorgesehen, bei welcher der konzentrische Lichtdurchtritt zwei konzentrische Lichtpassagen umfasst, wobei gleiche Teile wie diejenigen, die in den 8 und 9 gezeigt sind, gleich nummeriert sind, aber den Suffix „a" angefügt bekommen haben. Zusätzlich zu dem durch die Enden 76a gebildeten konzentrischen Lichtdurchtritt ist jedoch ein zweiter konzentrischer Lichtdurchtritt durch die Enden 78 der fächerartig herausgeführten Fasern 72a gebildet, was die Verteilung von Licht zur hinteren Kammer noch weiter fördert. In dieser Ausführungsform konvergieren die Enden 78 des zweiten konzentrischen Lichtdurchtritts zur Achse der Kornealkontaktlinse mit einem anderen Winkel als die Enden 76a, und können, nur als Beispiel, mit einem Winkel von 30° konvergieren. Ein weiterer Vorteil der mehreren gleichen konzentrischen Lichtpassagen ist die Fähigkeit, die Einheit 10 sich von der Norm abweichenden Korneaformen wie dem Unterschied zwischen Pädiatrie- und Geriatriepatienten anpassen zu lassen.
Nun ist mit Bezug auf 13 die tragbare Erfassungseinheit 12 gezeigt, wobei das Primärlinsensystem entfernt und eine Linse 80 des Goldman-Typs daran befestigt ist, welches ihren eigenen Spiegel enthält, welcher eine Engwinkelabbildung in der Innenkammer wie etwa zur Tumorerfassung zulässt. Oder es kann, falls gewünscht, das Primärlinsensystem entfernt und die handgeführte tragbare Erfassungseinheit 12 zur äußeren Abbildung des Auges verwendet werden. Darüber hinaus kann ein (nicht gezeigter) Lichtleiterkabelanschluss zur Kommunikation mit dem Kabel 40 vorgesehen sein, um eine Transcleraausleuchtung zum Äußeren des Auges bereitzustellen, welche für eine indirekte Ausleuchtung sorgt. Dies ist nützlich beim Erwachsenenauge, das Katarakte aufweist oder schwach dilatiert.
Übermäßiges Licht kann dem Auge Schaden zufügen (Lichtschädlichkeit). Die CCD 38 ist jedoch gegenüber herkömmlichen 35 mm-Kameras vorteilhaft, weil sie weniger Licht und deshalb eine geringere Ausleuchtung des Augeninneren benötigt. Darüber hinaus sorgt der Einsatz der Lichtquellen mit dem konzentrischen Lichtdurchtritt der 5 bis 9 für eine niedrigere Lichtpunktstärke, weil das Licht in niedriger Stärke und Ausbreitung verteilt wird. Darüber hinaus ist die Lichtquelle 20 vorzugsweise eine Wolframlampe, welche im Vergleich zu Glühlampen oder einem Blitz- oder Stroboskoplicht ein kontinuierliches Weichlicht bereitstellt.
Das Gleitschienenlichtfilter 22 kann über die Lampe 20 geschoben werden, und dann wird gefiltertes Licht über das Abschlusskabel 16 und das Lichtleiterkabel 40 verschickt. Verschiedene Arten von Filtern wie Gelb T, Orange, Rot, Fluorescein oder Grün können verwendet werden. Durch den Einsatz der Filter kann der Bediener die Spektralzusammensetzung der Beleuchtung entweder für Schwarz-/Weiß- oder Farbabbildung, rotfreies Sichtbarmachen und Abbilden des Augenhintergrunds oder dunkelblaue Fluoresceinstimulierung zur Abbildung und Angiografie auswählen.
Im Gehäuse 14 wird das Ausgangsbildsignal aus der Erfassungseinheit 12 über das Anschlusskabel 16 übertragen und auf dem Monitor 26 digital angezeigt, wodurch der Bediener sicherstellen kann, dass die beste Ansicht erhalten wird. Auf einen Befehl des Bedieners hin kann das digitale Signal in den digitalen Langzeitspeicher auf der Computerdiskette 32 für spätere Bezugnahme und/oder Computerbearbeitung kopiert werden, oder kann auf einem digitalen Farbdrucker 28 für eine Papierdateidokumentation ausgedruckt werden.
Schließlich kann das Bildaufnahmesystem 10 durch richtige manuelle Verschiebung und mehrfache Bildaufnahme ein Speicherbild zur Stereoabbildung von Strukturen im Auge bereitstellen, die von klinischem Interesse sind.
Die vorliegende Erfindung 10 ist besonders vorteilhaft, weil die handgeführte, tragbare Erfassungseinheit sich besonders für bettlägerige Patienten und Babies in Inkubatoren eignet. Darüber hinaus wird der Ausgang aus der CCD 38 sofort auf dem Monitor 26 gezeigt, und deshalb können gute Bilder ohne Versuch und Irrtum erhalten werden. Zusätzlich kann der digitale Ausgang aufgezeichnet, ausgedruckt, durch Nebeneinanderstellung verglichen, überarbeitet werden, und es wird weniger Speicherplatz gebraucht.
Das vorliegende Augen-Abbildungssystem kann Netzhautbilder entweder in Farbe oder einfarbig unter Verwendung eines Gesichtsfelds von 15° bis 150° bereitstellen, und ein tragbares, handgeführtes System ermöglicht eine Superweitwinkelnetzhautdokumentation, die sich bis zu 150° erstreckt. Die vorliegende Erfindung kann Bilder auf eine zeit- und platzsparende Weise speichern und gleichzeitig in ein paar Sekunden eine Telefonübertragung von Vollfarbbildern über ein Modem weltweit zulassen. Das vorliegende schwache Weißlichtsystem braucht zum Aufzeichnen eines Bildes keinen Blitz. Dies ist insbesondere dann ein großer Vorteil, wenn es sich um lichtempfindliche Patienten oder die Angst vor Lichtschädigung handelt. Schließlich erlaubt diese Erfindung die Aufzeichnung jeder Ansicht, die von der Erfassungseinheit eingefangen wird, auf einem kontinuierlichen VHS-Band, sei es nun farbige, einfarbige oder Fluorescein-Angiografie. Dies erhöht für sowohl die medizinische als auch die Patientenbevölkerung die Lehreinsatzfähigkeiten stark.
Während in der Einheit 10 zu Zwecken der Offenbarung irgendwelche geeigneten Bauteile verwendet werden können, kann es sich bei dem Sichtmonitor 26 um das von Panasonic vertriebene Modell CT-1382-VY handeln. Beim Ausgangsaufzeichnungsgerät 28 kann es sich um das von Sony vertriebene Modell UP5200MD handeln. Der VCR 30 kann das von Panasonic vertriebene Modell AG-2520SQPB sein. Beim Diskettenrekorder 32 kann es sich um das von Panasonic vertriebene Modell AG810 handeln. Die CCD 38 kann das von Optronics vertriebene Modell LX-450A sein.
Die vorliegende Erfindung ist deshalb gut dafür geeignet, die erwähnten Aufgaben zu erfüllen und die erwähnten Ziele und Vorteile sowie weitere, die ihr innewohnen, zu erreichen. Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zum Zweck der Offenbarung wiedergegeben wurden, können zahlreiche Veränderungen in den Details des Aufbaus und der Anordnung von Teilen vorgenommen werden, ohne dass dabei der Rahmen der beigefügten Ansprüche verlassen würde.

Claims

Augen-Abbildungssystem (10 umfassend: Eine Konsole (14) mit einer elektrischen Stromquelle (18), einer Lichtquelle (20), Kontrollen, einem Betrachtungsmonitor (26) zur Ansicht eines erfassten Bildes und einem Ausgabe-Rekorder zum Speichern eines erfassten Bildes, eine handgeführte, tragbare Bilderfassungseinheit (12) mit einem Lichtdurchgang zur Transmission von Licht an ein Auge aus einer Lichtquelle, Abbildungs- und Fokussieroptik (36), die eine Kornealkontaktlinse (42), ein Irisdiaphragma (50) und eine ladungsgekoppelte Abbildungsvorrichtung (38) zum Empfang von Licht aus dem Auge durch die Abbildungs- und Fokussieroptik einschließt, wobei genannter Lichtdurchgang, der an eine konzentrische Lichtpassage, welche die Kornealkontaktlinse zum Beleuchten des Auges durch die Kornea umgibt, gekoppelt ist und ein Anschlusskabel (16) zwischen der Konsole (14) und der Bilderfassungseinheit (12), das eine Kontrollleitung zum Bereitstellen und Empfang von Informationen zwischen der Konsole und der Erfassungseinheit und ein elektrisches Kabel zur Netzstromversorgung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass genannte ladungsgekoppelte Abbildungsvorrichtung (38) eine ladungsgekoppelte Farbabbildungsvorrichtung darstellt und dass genannte Abbildungs- und Fokussieroptik (36) weiter ein Korrekturmittel für die chromatische Aberration einschließt, umfassend eine erste Triplettlinse (60), welche die getrennten Farben in einen gemeinsamen Brennpunkt bringt und eine zweite Triplettlinse (62), welche den genannten Brennpunkt auf die Fokalebene der ladungsgekoppelten Abbildungsvorrichtung bringt, wobei jede der genannten Triplettlinsen drei Linsen zur Einwirkung auf die verschiedenen Wellenlängen der Farben Rot, Grün und Blau einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die konzentrische Lichtpassage in Richtung der Achse der Kornealkontaktlinse (42) konvergiert.
System nach Anspruch 1, worin die konzentrische Lichtpassage zwei konzentrische Lichtpassagen einschließt.
System nach Anspruch 1, worin die konzentrische Lichtpassage durch Ausfächerung der Faseroptikfasern aus der Lichtquelle und den Enden der Fasern eine kontinuierliche Lichtquelle von 360° bildet.
System nach Anspruch 1, worin die Abbildungs- und Fokussieroptik (36) eine entfernbare Kornealkontaktlinse (42), eine Kondensorlinse (46) und eine Primärlinse (44) einschließt und weiter eine Linse des Goldman-Typs (80) zum Befestigen an der tragbaren Bilderfassungseinheit (12) einschließt.
System nach Anspruch 1, das eine auswechselbare Linse (52) in der Abbildungs- und Fokussieroptik zur Bereitstellung einer Ansicht von 15° bis 150° eines Augeninneren einschließt.
System nach Anspruch 1, worin die Lichtquelle (20) in der Konsole (14) eine Wolframlampe einschließt.