WO1994012130A1 - Sonnenlicht-betriebener ophthalmologischer photokoagulator - Google Patents

Sonnenlicht-betriebener ophthalmologischer photokoagulator Download PDF

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WO1994012130A1
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Paul Rolf Preussner
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Paul Rolf Preussner
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    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/007—Methods or devices for eye surgery
    • A61F9/008—Methods or devices for eye surgery using laser
    • A61F9/00821—Methods or devices for eye surgery using laser for coagulation
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    • A61F9/0079—Methods or devices for eye surgery using non-laser electromagnetic radiation, e.g. non-coherent light or microwaves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S23/12—Light guides
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the invention is a medical photocoagulator for use on the human eye.
  • photocoagulations on the eye are mainly carried out with laser devices in the optical or near infrared range.
  • devices which use xenon tubes as the light source.
  • the light from an incandescent lamp is not suitable for photocoagulation on the eye because the luminance is too low.
  • the xenon tubes are also not suitable for all forms of therapy.
  • optimally focused sunlight has sufficient luminance.
  • the first photocoagulations on the eye were carried out using sunlight at the end of the 1940s. Therapy with sunlight has the fundamental difficulty that the sun moves.
  • the above Therapy was therefore initially carried out with the help of heliostats known from astronomy. Considerable construction work was also required to direct the light beam into the treatment room. For this reason, this type of treatment was not widely used.
  • the object of the present invention is to make sunlight easily available as a source for ophthalmic photocoagulation.
  • Corresponding devices should preferably be used in tropical developing countries in which laser devices cannot be used for cost reasons.
  • a lens or mirror telescope is used as the "light collector”.
  • the position of the sun is continuously recorded with the help of an optical sensor.
  • a control electronics track the telescope by means of servomotors so that the optical axis of the telescope points to the center of the sun within a predetermined tolerance.
  • the parallel, concentrated sunlight is coupled from the telescope into one end of a flexible light guide which is connected to the telescope accordingly. It is led into the treatment room via this light guide. There, the light is coupled into a conventional slit lamp via an intermediate operating unit.
  • light output, color and the focal spot size desired on the eye are set by means of diaphragms, lenses and filters.
  • a pedal is used to switch between an auxiliary beam (with low power) and the therapy beam (high power), in accordance with the characterizing features of claim 2, as in a laser device corresponding to the prior art, the exposure time of the therapy ⁇ beam is limited to a previously selectable value by electronic means.
  • part of the light is branched off with the aid of a beam splitter for illuminating the slit lamp, so that an electric light bulb can be dispensed with.
  • a gimbal-mounted telescope that can be swiveled around two axes is operated with the aid of two electromotive drives Al and A2 aligned by rotation about the two suspension axes so that its optical axis points to the center of the sun.
  • the drives required can be designed as electric motors with downstream gearboxes with high reduction ratios or as stepper motors.
  • Electronic angle sensors W1 and W2 are integrated in the drives, through which the alignment of the telescope can be measured at any time.
  • the alignment process is controlled by control electronics. This receives its information about the sun position from two detectors D1 and D2. These detectors are either designed as two-dimensional PSDs (position-sensitive detectors, as they correspond to the prior art) or as pairs of two one-dimensional, mutually perpendicular PSDs.
  • the sun is imaged as a point with a spherical lens or a pinhole, in the case of the pair of one-dimensional PSDs with two cylindrical lenses as two mutually perpendicular lines on the PSDs.
  • the physical quantities measured by D1 and D2 are angles of the position of the sun (in two dimensions in each case) and brightness of the solar radiation.
  • the fixedly mounted detector D1 has a high dynamic range (180 degrees per dimension) with respect to the angle measurement, but a poor resolution
  • the detector D2 attached to the telescope has a small dynamic range, but a high angle resolution.
  • the angle differences between the angles of the sun position measured by the detector Dl and the angles of the telescope position measured by the angle sensors Wl and W2 are first set to zero by adjusting the telescope with the drives AI and A2 (rough regulation ). If this condition is met within the measuring accuracy, fine control is carried out with the aid of the detector D2. This must have priority over the rough regulation.
  • the beginning of the fine control is recognized by the fact that the detector D2 measures a brightness signal above a predetermined threshold, which is exactly the case when the deviation of the optical axis of the telescope from the direction to the sun is below a predetermined threshold.
  • only one is used instead of two detectors D1 and D2, which, however, must then have both a large dynamic range and a high resolution.
  • this solution is considerably more expensive.
  • the sunlight captured by the telescope is fed into a light guide and transported via it into the treatment room. There it is processed in the desired manner in an operating unit and coupled into a commercially available slit lamp.
  • the electrical energy for the operation of the drives AI and A2 and the control electronics is obtained from a commercially available solar panel.
  • Fig. 1 shows the optical components and the principle of the beam path.
  • the lenses shown there are to be understood as lens systems which, according to the prior art, have to be optimized for maximum light flux, but not necessarily for the best possible geometric or chromatic imaging properties.
  • the sunlight falls on a parabolic mirror 1, the optical axis of which points to the center of the sun.
  • the sun is imaged into the focal plane 3 by this parabolic mirror and the secondary mirror 2.
  • Other designs in which the sun is primarily imaged by a lens or by a spherical mirror are also possible, but are less favorable with regard to the light flux.
  • the secondary mirror should preferably be designed as a convex mirror. Its exact shape must be optimized for maximum light flow together with the subsequent lens 4.
  • the lens 4 in the beam direction from the focal plane 3 by its own focal length produces (approximately) parallel light again, which is coupled into the light guide 5.
  • the lens 4 is identical to the entry surface of the light guide 5, since otherwise additional reflection losses and excessive thermal stress on the components can occur.
  • the light guide 5 is guided through a bore 6 of the parabolic mirror to the control unit 7.
  • the beam is first expanded with the exit lens 8 from the light guide 5 and the lens 9 in order to avoid thermal damage to the subsequent components.
  • the light emerging from the lens 9 is again approximately parallel.
  • a filter 10 filters out the short-wave, blue and ultraviolet portion of the radiation.
  • a pivotable or displaceable beam splitter 11 directs the majority of the radiation out of the main beam path by 90 degrees. This part of the radiation can be weakened by diaphragms and filters and used as a light source for the slit lamp required for therapy. The exact details of the beam path for this lighting depend on the type of commercially available slit lamp used.
  • the light transmitted by the beam splitter 11 is passed through a filter integrated in 11, which filters out the red portion. The then appearing green light is required as a target for therapy. Its intensity at the therapy site in the eye must be so high compared to the slit lamp lighting that it can be easily recognized by the doctor.
  • a real image of the sun disk is generated.
  • a variable aperture 13 arranged in the focal plane of 12
  • the size of the sun disk shown and thus the diameter of the focal spot on the eye that is to be shown can be varied.
  • Another lens 14, preferably with the same focal length as 12, again generates approximately parallel light.
  • the light output can be set to the desired value.
  • a small part, for example 1% is reflected by a beam splitter 16, focused via a lens 17, registered by a detector 18 and displayed on a display device.
  • two further lenses 19 and 20 the beam diameter is reduced again.
  • the beam emerging from 20 is coupled into the beam path of the slit lamp in the same way as is known from commercially available ophthalmic laser devices. The details depend on the type of slit lamp.
  • the beam splitter 11 is moved out of the main beam path by an electromotive drive.
  • the therapy beam then takes the same path as the auxiliary beam for the target marking.
  • a complete (through a shutter) or partial (through a diaphragm or a.) Mechanical or electrical in the sense of a constraint
  • Filter closing the observation beam path of the slit lamp can be coupled, as is known from conventional ophthalmic laser devices, so that the treating doctor is not blinded or even damaged by the therapy radiation.
  • the light emerging from the lens 20 is not coupled into a slit lamp, but into a further light guide and guided with it to the inside of the eye as part of a surgical procedure, so that the same procedure is made possible as a form of therapy, as in the case of Laser devices are known under the name "Endolaser”.

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Abstract

Es wird ein Gerät beschrieben, mit dessen Hilfe der Augenarzt an einem Patienten die gleiche Therapie durchführen kann wie z.B. mit einem Argonionenlaser. Als Lichtquelle wird jedoch das Sonnenlicht verwendet. Ein optischer 'Lichtsammler' (Teleskop) (1, 2, 4) wird der Sonne mittels eines elektronischen Regelkreises automatisch nachgeführt. Das von ihm eingefangene Licht wird in einen flexiblen Lichtleiter (5) eingespeist. Nach Herausfiltern des unerwünschten, kurzwelligen Anteils wird das konzentrierte Sonnenlicht mit Hilfe einer Spaltlampe und den sinngemäss gleichen Bedienungselementen wie bei einem konventionellen Argonionenlaser am Patienten angewendet. Als Nebeneffekt kann ein Teil des Sonnenlichtes zur Beleuchtung der Spaltlampe verwendet werden, sodass auf eine elektrische Glühbirne verzichtet werden kann. Das Gerät ist vorgesehen zum Einsatz in tropischen Entwicklungsländern.

Description

Sonnenlicht-betrie ener ophthalmologischer Photo oagulator
Technisches Gebiet
Bei der Erfindung handelt es sich um einen medizinischen 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 Spiegelteleskop verwendet. Mit Hilfe eines optischen Sensors wird die Position der Sonne kontinuierlich registriert. Eine Regel- elektronik führt mittels Stellmotoren das Teleskop so der Sonnenbewegung nach, daß die optische Achse des Teleskops innerhalb einer vorgegebenen Toleranz auf den Sonnenmittel¬ punkt zeigt. Vom Teleskop wird das parallele, konzentrierte Sonnenlicht in ein Ende eines flexiblen Lichtleiters einge¬ koppelt, 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 konventionelle Spaltlampe einge¬ koppelt. In der Bedienungseinheit werden, entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3, mittels Blenden, Linsen und Filtern Lichtleistung, Farbe und die am Auge gewunsche Brennfleckgröße eingestellt. Über ein Pedal wird, entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2, wie bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Laser¬ gerät, zwischen einem Hilfsstrahl (mit niedriger Leistung) und dem Therapiestrahl (hohe Leistung) hin- und hergeschaltet, wobei die Expositionszeit des Therapie¬ strahls mit elektronischen 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 AI 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 Wl 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 Dl 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 Dl und D2 gemessenen physikalischen Größen sind Winkel des Sonnenstandes (in jeweils zwei Dimensionen) und Hellig¬ keit der Sonnenstrahlung. Der ortsfest montierte Detektor Dl hat bezüglich der Winkelmessung einen hohen dynamischen Bereich (180Grad 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 Dl gemessenen Winkeln des Sonnenstandes und den von den Winkelgebern Wl und W2 gemessenen Winkeln des Teleskop- Standes durch Verstellen des Teleskops mit den Antrieben AI 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 Dl 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 AI 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 Reflektionsverluste 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, daß 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, sodaß als Therapieform der sinngemäß gleiche Vorgang ermöglicht wird, wie er bei Lasergeräten unter dem Namen "Endolaser" bekannt ist.

Claims

Patentansprüche
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.
PCT/DE1993/001052 1992-12-02 1993-11-04 Sonnenlicht-betriebener ophthalmologischer photokoagulator WO1994012130A1 (de)

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DE4240477A DE4240477C1 (de) 1992-12-02 1992-12-02 Sonnenlicht-betriebener ophthalmologischer Photokoagulator

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PCT/DE1993/001052 WO1994012130A1 (de) 1992-12-02 1993-11-04 Sonnenlicht-betriebener ophthalmologischer photokoagulator

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DE (1) DE4240477C1 (de)
WO (1) WO1994012130A1 (de)

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