WO2008067922A1 - Verfahren zur erzeugung hochqualitativer aufnahmen der vorderen und/oder hinteren augenabschnitte - Google Patents

Verfahren zur erzeugung hochqualitativer aufnahmen der vorderen und/oder hinteren augenabschnitte Download PDF

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WO2008067922A1
WO2008067922A1 PCT/EP2007/010228 EP2007010228W WO2008067922A1 WO 2008067922 A1 WO2008067922 A1 WO 2008067922A1 EP 2007010228 W EP2007010228 W EP 2007010228W WO 2008067922 A1 WO2008067922 A1 WO 2008067922A1
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WO
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flash
image
radiation
images
main
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Application number
PCT/EP2007/010228
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Bublitz
Thomas Mohr
Uwe Mohrholz
Michael Trost
Martin Wiechmann
Manfred Dick
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec Ag
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Publication date
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene
    • G03B15/03—Combinations of cameras with lighting apparatus; Flash units
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes

Definitions

  • the present invention relates to a solution with the high-quality images of the front and / or rear eye segments as a single image or image sequence are possible without thereby increasing the radiation exposure of the eye to be examined.
  • flash lamps are used for illuminating the relevant regions of the eye in order to be able to realize correspondingly high-quality recordings.
  • the observation and documentation takes place here by means of an electronic camera
  • Illuminance may vary by variations in the spectral composition of the illumination light, by the size of the ring illumination, or by the width of the slit illumination.
  • solutions are known in the prior art in which the user realizes multiple recordings and the exposure time is thereby successively individually adapted.
  • the disadvantage here is the high and multiple radiation exposure of the patient's eye.
  • a portion of the reflected light is coupled out of the observation beam path, summed up and used for the flash control. Or the users accept recordings that are not optimal.
  • the documents DE 10 24 2851 A1, DE 10 2004 011 906 A1 and EP 0 512 508 B1 describe solutions for controlling the flash exposure in photographic cameras. Exposure metering takes place during the exposure through the lens (TTL - "Through the Lens") and works with a pre-flash in the visible range and associated electronic evaluation. The light measurement is done in zones, with a photodiode for the central measurement and an array for the measurement of ambient light are available. The pre-flash is automatically repeated if necessary.
  • the disadvantage is in addition to the visible pre-flash and the only zone-wise evaluation in partial areas, the additionally required photodiode or an array of photodiodes.
  • DE 31 39 547 C2 and DE 33 32 835 C2 describe a solution for exposure control of a photographic camera or a device for pre-information on a photographic flash exposure, which work with a pre-flash in the visible range and an associated electronic evaluation.
  • a disadvantage is the visible pre-flash and the only zone-wise evaluation, which requires an additional photodiode.
  • DE 33 47 872 C2 a photo camera with spot and integral exposure measurement is described in which the light measurement is carried out in zones. For this purpose, there is a photodiode for the central spot measurement and a second photodiode for the measurement of the ambient light.
  • the disadvantage here is the only zonal evaluation.
  • flash lamps with reproducible flash output are required, which must be controlled via an elaborate flash control with on and off delays with an accuracy in the range of approx. 50 ⁇ s.
  • a separate light-sensitive sensor for measuring light is also used in the system for flash photography described in US Pat. No. 6,094,536 A.
  • the solution for determining the data for a main flash is based on the evaluation of a light measurement of a first flash of constant intensity and a light measurement of the environment without flash lighting. This should In addition to the amount and a constant intensity of the flash output over a predetermined time be controlled.
  • a fundus camera with a flash lamp for realizing the images of an eye is described in US Pat. No. 5,557,321.
  • the proposed system has two image recording devices of different sensitivity, of which one image recording device realizes low-resolution overview images and the other high-resolution detail images.
  • the light output of the flash lamp is adjusted to the corresponding sensitivity.
  • This solution has the disadvantage that two photographic systems are required, which makes the overall structure of the fundus camera more expensive and expensive.
  • the present invention has for its object to develop a solution with which high-quality images of the front and / or rear eye sections are possible, with a nuisance and in particular a higher radiation exposure of the patient is to be avoided. In addition to achieving the optimum signal-to-noise ratio for the electronic image recordings, but also individual user wishes such. B. after gradual overexposure or underexposure in determining the optimal exposure into account.
  • At least one pre-flash is used to determine an optimum exposure time for the main flash on the basis of the recording of the pre-flash reflected by the object to be recorded, both the pre-flash and the main flash being controllable and the recordings of the pre- and main flash with the same sensor of the recorded by a control unit and electronically analyzed by a control unit and the recording of the main flash and possibly the pre-flash analyzed and / or corrected and displayed to the user.
  • the pre-flash is generated by a separate radiation source, preferably in the IR range.
  • the solution for producing high-quality images of the front and / or rear eye sections is provided for ophthalmological devices, in particular slit lamps and fundus cameras.
  • At least one pre-flash is used to determine an optimum exposure time for the main flash on the basis of the recording of the pre-flash reflected by the object to be recorded, whereby both the pre-flash and the main flash can be controlled and the images of pre-flash and main flash are recorded with the same sensor of the electronic camera and evaluated electronically by a control unit and the recording of the main flash and possibly of the pre-flash is analyzed and / or corrected and displayed to the user.
  • Both the pre-flash and the main flash are generated here by a radiation source based on an electrical discharge or on the basis of a high-power semiconductor emitter, wherein the radiation load from primary to main flash differ substantially, for example in a ratio greater than 1: 4.
  • the dimensioned lifetime of the radiation source is usually shorter than the lifetime of the ophthalmic device, a quick and easy exchange of the radiation source is to be considered.
  • the flash sequence should be so large (> 60 Hz) that the patient can not distinguish the individual flashes.
  • at least one parameter eg, the flash length
  • the pre-flash is generated by a separate radiation source, preferably in the IR range, wherein the radiation load from primary to main flash differs very substantially, for example in a ratio greater than 1:10.
  • the radiation sources used in this case form on the same aperture.
  • the IR radiation source used preferably has a highly reproducible radiation power.
  • the exposure time for the pre-flash can also be significantly longer, up to 50ms.
  • the pre-flash should thereby cause the lowest possible radiation exposure of the patient, ie it should be a very short, defined pre-flash with the flashlamp or preferably use of the IR component of a pre-flash of the flashlamp.
  • a high-performance IR LED from OSRAM with a cw power of 0.5W to 5W can be used.
  • the radiation energy for the pre-flash can be individually controlled by a separate control of the IR radiation source, so that, for example, 16 flash stages result.
  • both the illumination radiation of the pre-flash and that of the main flash are homogenized, for example, by means of a light mixing rod or microlens array.
  • the homogenization could also serve to homogenize the light of multiple flashlamps, the flashlamps could be operated individually or simultaneously.
  • One advantage of this application is the fact that a spare flash lamp is already permanently installed after delivery of the ophthalmic device and only switches to the reserve flash lamp if the first flash lamp fails. must be switched. The failure is displayed to the user accordingly, so that the user can continue working without restriction. The faulty flashlamp is routinely replaced at the next service call.
  • the measurement of the current recording conditions takes place by making an overview of the individual lighting situation in a spatially resolved manner by a pre-flash, with defined radiation energy and a relatively short exposure time, and evaluated by the control unit.
  • the reflected light with the sensor of the electronic camera is preferably recorded in the IR range at a very low resolution of, for example, 120 ⁇ 160 pixels, whereby the time for determining the optimum exposure time for the main flash can be substantially reduced.
  • a reduction in the resolution of the recording of the pre-flash while maintaining the information for the exposure evaluation can be done, for example, by summarizing several pixels into segments and subsequent evaluation of the segments.
  • the optimal exposure duration is calculated by searching for the brightest pixels in the model and determining the difference to their maximum modulation, the brightest pixels preferably being determined to be at least 5 contiguous pixels.
  • This has the advantage that the pixel defects typically present in the sensor (completely inactive or differently damaged) do not distort the result of the calculation.
  • the maximum exposure limits of the eye to be screened are taken into account, leaving at least a 10% safety margin.
  • Another safety margin which takes account of component and calculation tolerances as well as differences between the pre-recording and the main recording, is ensured by the fact that the exposure time is calculated so that the brightest pixel is controlled to a maximum of 70%. Thus, it is almost impossible that over-radiated image areas occur in the electronic recording. If the tolerances of the remaining parameters are relatively low, the reserve can also be reduced to 2%.
  • Optimal exposure imaging is accomplished by firing the main flash at the calculated optimum exposure time, capturing light reflected from the areas to be imaged by the electronic camera sensor and analyzing and / or correcting the control unit, the quality of the captured image being determined by appropriate criteria is checked.
  • the control of the light output of the main flash which has a duration of up to 10 ms, can be done in various ways.
  • Timed flash Turn off the flash lamp when the optimal exposure is reached, or after a certain time.
  • optical shutter illumination beam path is blocked when the optimal exposure is achieved.
  • the quality of the captured image is checked by appropriate criteria, such as by searching for overexposed pixels.
  • the recorded image can be edited electronically by a fine correction by means of software. This allows existing reserves to be used, such as the correction or optimization of the contrast. It may be advantageous here that the image quality is independently improved by a learning algorithm.
  • the analysis of the quality of the captured images can also be done by evaluating pixel information, in the form of histograms containing the statistical distribution of the brightness information, or by evaluating the contrast differences in images with different illumination.
  • pixel information in the form of histograms containing the statistical distribution of the brightness information, or by evaluating the contrast differences in images with different illumination.
  • contrast differences in images with different illumination.
  • the dynamic extension for example, the average brightness of the non-overdriven pixels is evaluated.
  • the ophthalmologic image contents are extracted and evaluated.
  • the Fourier transformed images are required.
  • the transformation of the images then depend on the spatial frequencies contained in the image.
  • a histogram of the spatial frequencies then shows, for example in a "sharper" image, higher values for the spatial frequencies.
  • An advantage of the individual control of the radiant energy is the use of an electronic camera which does not necessarily have to have a "Globet Shutter", thus the use of cameras with “Rolling Shutters” is possible, which allows a higher sensitivity and CCD Displays also have better color fidelity.
  • the camera has a non-linear brightness function which is adapted to the course of the human eye. This ensures that the electronic recordings of the camera match the image impression of a direct observation.
  • the direct observation of the front and / or rear eye section is z. B. by slit lamp microscope or direct ophthalmoscope.
  • the recording of the main flash with calculated optimum exposure time is analyzed and / or corrected by the control unit by checking the quality of the recorded image on the basis of suitable criteria. If necessary, the images are reworked electronically in order to achieve optimum image quality.
  • the optimum exposure time is subsequently determined on the basis of the flash photography and a comparison with the originally determined exposure time, so that this results in an adaptive algorithm and for the independent improvement of the image quality.
  • the different dynamics in the model and the main image are taken into account for the contrast enhancement by exactly determining the quotient of the radiation energies of both images, replacing the overexposed pixels of the brighter image by the corresponding pixels of the darker image and thereby increasing the brightness of the pixels of the darker image darker image can be corrected by the exact calculated factor of the brightness difference.
  • the quotient of the radiation energies between the two recordings can be known by the control of the source or determined by an additional non-spatially resolved detector of high dynamics or from the sum of all pixel values that are not overdriven in both recordings.
  • partial images which are selected from both images and correlated against each other, possible shifts of the image contents between see the recordings determined and corrected.
  • the selected partial images may still be understeered.
  • the fixed set ratio of the radiant energy of the front and the main image for example, 1:16, d. H. the much brighter main picture is taken with the 16 times higher radiant energy.
  • the radiation energy is the product of radiant power and irradiation time. It can be varied both the irradiation time and the radiant power between main and model depending on the technical design, care must be taken that the longest exposure time is short enough to avoid motion blur in one of the shots.
  • an image area is determined consistently in both images.
  • the difference of the radiation energy of both images is exactly determined, for example a factor of 15.2.
  • a picture is taken of both pictures, taking into account all the non-overexposed pixels from the bright picture.
  • the overexposed pixels of the light image are replaced by pixels of the darker image.
  • the brightness of the pixels of the darker image is corrected by the exactly determined factor of the brightness difference, in the example described here with the factor 15.2.
  • the contrast enhancement a sensor is used, which can temporarily cache the image information, so that the front and the main picture with a very short time distance of z. B. maximum 10ms can be recorded.
  • the pre- and main picture are digitally converted and fed to the control unit.
  • the illustrated method can also be realized with 2 or more models and a main picture, wherein between the z. B. 3 shots, each a factor of 2 to 20 between the radiation energies of the recordings. This allows recordings to be achieved with even greater dynamics.
  • an image section is selected in each case in 2 images with successive radiation energy level, which is neither under nor overridden in both images. These image sections are then correlated against each other to determine the shift between the images and to compensate in the images. If this process is repeated for all consecutive image pairs of a sequence, then more than two images can be offset offset to form a recording of high dynamics. Specifically, the shift between consecutive shots can optionally be corrected with an optical image stabilizer.
  • partial areas of the flashlamp are shaded in the beam path.
  • a diaphragm with variable controllable diameter or a device with variable, adjustable degree of gray scale, such as an LCD display is used. This feature is useful for fundus cameras, for example. Shadowing in the aperture plane of the illumination ring in the form of a diaphragm reducing the diameter, disturbing reflections and scattered light on the cornea and the iris of the eye can be effectively reduced here.
  • the radiation of the illumination beam path is selected spectrally by optical filters in order to provide corresponding recordings for various diagnostic purposes.
  • optical filters are present in the observation beam path, which are pivoted in, for example, for fluorescence studies.
  • Ophthalmic examination devices preferably use a radiation source that includes all required spectra in total. The individual spectra required for the special investigations are selected by optical filters in the illumination beam path and combined with the required filters in the observation beam path.
  • the optic disc at the retina or the corneal cut when using a slit lamp may be advantageous to use structures that typically have very high reflectivities, such as the optic disc at the retina or the corneal cut when using a slit lamp, by evaluating the brightness of these typical structures.
  • the user can thus be displayed an optimized image.
  • a color-selective dynamic extension can be used.
  • the dynamics extension For sequential recordings made with monochromatic beam sources, it makes sense for the dynamics extension to adjust the light energy per radiation source individually to the performance of the radiation source, eg.
  • green LEDs are not as powerful as blue LEDs (about twice as much power), so a ratio for the radiant power pre-flash: main flash for the green LED of 1: 8 and for the blue LED of 1: 16 makes sense.
  • a contrast selective and color-selective dynamics extension can be used.
  • the duration of the radiation should be as short as possible, so that any movement of the object does not lead to blurring in the picture (smearing).
  • the proposed method according to the invention for detecting the smallest changes in the backscatter of the laser beam on the retinal tissue can be used.
  • a pre-flash and several, spaced apart main flashes during a laser treatment The recordings of the main flashes are analyzed by a control unit, stored, displayed to the user and used in particular for controlling and / or evaluating the laser treatment.
  • the main flashes occur during the laser treatment at intervals that are so short in time that the recordings of the main flashes form a video sequence or are at least synchronous with every nth image of a video sequence.
  • this method can also be used for so-called lattice coagulation, in which coagulation spots are strung together to treat pathological retinal areas.
  • the results of the method according to the invention can be used to evaluate the quality of the coagulation, even during the laser treatment. However, it is also possible to adjust the laser power accordingly for the next spot or to stop the laser treatment when reaching predetermined limits.
  • the particular advantage of the proposed method according to the invention for producing high-quality recordings of the front and / or rear eye sections lies in the very low radiation exposure of the patient's eye, by avoiding unnecessary exposures and unnecessary nuisance to the patient due to unnecessary exposure to light in the visible range.
  • the method allows the use of inexpensive flash lamps which have high individual variations in the component properties and possibly relatively strong change the properties during life, in conjunction with a simple and inexpensive control electronics. Nevertheless, due to the evaluation of the pre-flash and the determination of an optimal exposure time, it is always possible to record the retina, lens, cornea, parts of the field of view and slit images, which have a very good signal-to-noise ratio.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung mit der hochqualitative Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte als Einzelbild oder auch Bildersequenz möglich sind, ohne dass sich dabei die Strahlenbelastung des zu untersuchenden Auges erhöht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte wird mindestens ein Vorblitz dazu verwendet, anhand der Aufnahme des vom aufzunehmenden Objektes reflektierten Vorblitzes eine optimale Belichtungszeit für den Hauptblitz zu bestimmen, wobei sowohl der Vorblitz als auch der Hauptblitz steuerbar sind und die Aufnahmen von Vor- und Hauptblitz mit dem selben Sensor der elektronischen Kamera aufgenommen und elektronisch von einer Steuereinheit ausgewertet und die Aufnahme vom Hauptblitz und eventuell vom Vorblitz analysiert und/oder korrigiert und dem Nutzer angezeigt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Vorblitz von einer separaten Strahlungsquelle, vorzugsweise im IR-Bereich erzeugt.

Description

Verfahren zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung mit der hochqualitative Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte als Einzelbild oder auch Bildersequenz möglich sind, ohne dass sich dabei die Strahlenbelastung des zu untersuchenden Auges erhöht.
Nach dem bekannten Stand der Technik werden bei Funduskameras und Spaltlampen Blitzlampen zur Beleuchtung der betreffenden Bereiche des Auges verwendet, um entsprechend hochqualitative Aufnahmen realisieren zu können. Die Beobachtung und Dokumentation erfolgt hierbei mittels einer elektronischen Kamera
In Abhängig von dem zu beleuchtenden Bereich des Auges ist eine exakte Steuerung der Belichtung erforderlich, da zu viel Licht zu überstrahlten Bildern und zu wenig Licht zu Bildern mit schlechtem Kontrast und hohem Rauschen führen. Die Erzielung optimaler Beleuchtungsdaten wird dadurch noch erschwert, dass diese für die verschiedenen Aufnahmemoden (Monochrom-, Co- lor- oder Fluoreszenz-Aufnahmen) variieren. Die Beleuchtungsstärke kann durch Variationen der spektralen Zusammensetzung des Beleuchtungslichtes, durch die Größe der Ringbeleuchtung oder die Breite der Spaltbeleuchtung variieren.
Als weitere, die optimale Belichtung beeinflussenden Faktoren sind neben den individuellen Unterschieden der Beleuchtungsobjekte (Pupillengröße, Reflexgrad von Retina, Kornea und Linse) auch die individuellen Unterschiede der ophthalmologischen Geräte (optische Eigenschaften der eingesetzten Bauelemente, Unterschiede in den Baugruppen, Toleranzen, Alterung, Verschmutzung und andere) zu nennen. Nicht zuletzt sollen individuelle Nutzerwünsche wie z. B. nach gradueller Überbzw. Unterbelichtung bei der optimalen Belichtung oder präziser: bei der Erzielung des optimalen Signal-Rausch-Verhältnisses für die elektronischen Bildaufnahmen, Berücksichtigung finden.
Dazu sind im Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen vom Nutzer mehrfache Aufnahmen realisiert und dabei die Belichtungszeit sukzessiv individuell angepasst wird. Der Nachteil besteht hierbei in der hohen und mehrfachen Strahlungsbelastung des Patientenauges. Bei anderen bekannten Lösungen wird ein Teil des reflektierten Lichtes aus dem Beobachtungsstrahlengang ausgekoppelt, integral aufsummiert und für die Blitzsteuerung genutzt. Oder aber es werden vom Nutzer Aufnahmen akzeptiert, die nicht optimal sind.
Die Schriften DE 10 24 2851 A1 , DE 10 2004 011 906 A1 und EP 0 512 508 B1 beschreiben Lösungen zur Steuerung der Blitzbelichtung bei Photokameras. Die Belichtungsmessung erfolgt hierbei während der Aufnahme durch das Objektiv (TTL - "Through the Lens") und arbeitet mit einem Vorblitz im sichtbaren Bereich und zugehöriger elektronischer Auswertung. Die Lichtmessung erfolgt zonenweise, wobei eine Photodiode für die zentrale Messung sowie ein Array für die Messung des Umgebungslichtes vorhanden sind. Der Vorblitz wird bei Bedarf automatisch wiederholt. Nachteilig ist neben dem sichtbaren Vorblitz und der nur zonenweisen Auswertung in Teilbereichen, die zusätzlich erforderliche Photodiode bzw. ein Array von Fotodioden.
In den Schriften DE 31 39 547 C2 und DE 33 32 835 C2 werden eine Lösung zur Belichtungssteuerung einer photographischen Kamera bzw. eine Einrichtung zur Vorinformation über eine fotographische Blitzbelichtung beschrieben, die mit einem Vorblitz im sichtbaren Bereich und einer zugehöriger elektronischen Auswertung arbeiten. Nachteilig ist der sichtbare Vorblitz und die nur zonenweise Auswertung, die eine zusätzliche Photodiode erfordert. In der DE 33 47 872 C2 wird eine Fotokamera mit Spot- und Integralbelichtungsmessung beschrieben, bei der die Lichtmessung zonenweise erfolgt. Dazu ist eine Photodiode für die zentrale Spot-Messung und ein zweite Photodiode für die Messung des Umgebungslichtes vorhanden. Nachteilig ist hierbei die nur zonenweise Auswertung.
Eine Vorblitz-Methode, bei der eine integrale Lichtmessung mit nur einer Photozelle erfolgt, wird in der DE 690 26 826 T2 beschrieben. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass die nur punktuelle Auswertung zusätzliche Photodiode bzw. ein Array von Fotodioden erfordert. Außerdem können bei integraler Messung der Lichtenergie sehr kleine Bereiche der Aufnahme bereits überstrahlt sein, wenn der überwiegende, restliche Bildbereich der Aufnahme dunkel ist. Daher ist eine integrale Messung der Lichtintensität während der Bildaufnahme speziell für Spaltaufnahmen nicht geeignet.
Derartige Lösungen mit sichtbaren Vorblitzen und/oder bei mehrfachen Aufnahmen haben jedoch die Nachteile, dass die Strahlungsbelastung des Patientenauges sehr hoch ist.
Damit berechnete Lichtleistungen auch exakt abgegeben werden, sind Blitzlampen mit reproduzierbarer Blitzleistung erforderlich, die über eine aufwendige Blitzsteuerung, mit Ein- und Ausschaltverzögerungen mit einer Genauigkeit im Bereich von ca. 50μs gesteuert werden müssen.
Da in der Regel der Vorblitz und die Hauptaufnahme getrennt ausgewertet werden, sind mehrere lichtempfindliche Sensoren erforderlich.
So wird auch bei dem in der US 6,094,536 A beschriebenen System für die Blitzlichtfotographie ein separater lichtempfindlicher Sensor zur Lichtmessung verwendet. Die Lösung zur Bestimmung der Daten für einen Hauptblitz basiert auf der Auswertung einer Lichtmessung eines ersten Blitzes konstanter Intensität und einer Lichtmessung der Umgebung ohne Blitzbeleuchtung. Dadurch soll neben dem Betrag auch eine konstante Intensität der Blitzlichtabgabe über eine vorgegebene Zeit steuerbar sein.
Eine Funduskamera mit einer Blitzlampe zur Realisierung der Aufnahmen eines Auges wird in der US 5,557,321 A beschrieben. Das vorgeschlagene System verfügt über zwei Bildaufnahmeeinrichtungen unterschiedlicher Empfindlichkeit, von der einen Bildaufnahmeeinrichtung Übersichtsaufnahmen geringer Auflösung und von der anderen Detailaufnahmen hoher Auflösung realisiert werden. Die von der Blitzlampe abgegebene Lichtleistung wird dabei an die entsprechende Empfindlichkeit angepasst. Bei dieser Lösung wirkt sich nachteilig aus, dass zwei photografische Systeme erforderlich sind, was den Gesamtaufbau der Funduskamera aufwendiger und teurer macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu entwickeln, mit der hochqualitative Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte ermöglicht werden, wobei eine Belästigung und insbesondere eine höhere Strahlungsbelastung des Patienten zu vermeiden ist. Neben der Erzielung des optimalen Signal-Rausch Verhältnisses für die elektronischen Bildaufnahmen, sollen allerdings auch individuelle Nutzerwünsche wie z. B. nach gradueller Über- bzw. Unterbelichtung bei der Ermittlung der optimalen Belichtung Berücksichtigung finden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte wird mindestens ein Vorblitz dazu verwendet, anhand der Aufnahme des vom aufzunehmenden Objektes reflektierten Vorblitzes eine optimale Belichtungszeit für den Hauptblitz zu bestimmen, wobei sowohl der Vorblitz als auch der Hauptblitz steuerbar sind und die Aufnahmen von Vor- und Hauptblitz mit dem selben Sensor der elekt- ronischen Kamera aufgenommen und elektronisch von einer Steuereinheit ausgewertet und die Aufnahme vom Hauptblitz und eventuell vom Vorblitz analysiert und/oder korrigiert und dem Nutzer angezeigt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Vorblitz von einer separaten Strahlungsquelle, vorzugsweise im IR-Bereich erzeugt.
Die Lösung zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte ist für ophthalmologische Geräte, insbesondere Spaltlampen und Funduskameras vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte wird mindestens ein Vorblitz dazu verwendet, anhand der Aufnahme des vom aufzunehmenden Objektes reflektierten Vorblitzes eine optimale Belichtungszeit für den Hauptblitz zu bestimmen, wobei sowohl der Vorblitz als auch der Hauptblitz steuerbar sind und die Aufnahmen von Vor- und Hauptblitz mit dem selben Sensor der elektronischen Kamera aufgenommen und elektronisch von einer Steuereinheit ausgewertet werden und die Aufnahme vom Hauptblitz und eventuell vom Vorblitz analysiert und/oder korrigiert und dem Nutzer angezeigt wird. Sowohl der Vorblitz als auch der Hauptblitz werden hierbei von einer Strahlungsquelle auf Basis einer elektrischen Entladung oder auf Basis eines Hochleistungshalbleiteremitters erzeugt, wobei sich die Strahlungsbelastung von Vor- zu Hauptblitz wesentlich, etwa im Verhältnis größer 1:4 unterscheiden.
Dabei können als Strahlungsquelle einfache und preisgünstige Blitzlampe mit relativ hoher individueller Streuung der Strahlungsleistung im Bereich von bis zu +/- 50% verwendet werden. Die Streuung der Strahlungsleistung kann dabei aus der Bauteilestreuung der Blitzlampen, Typstreuungen von Alternativlieferanten, relativ starker Alterung o. ä. resultieren. Entscheidend dabei ist jedoch entscheidend, dass die Strahlungsquelle zwischen Vor- und Hauptblitz eine relativ gute Reproduzierbarkeit der Strahlungsleistung von kleiner +/- 10% aufweist.
Da die dimensionierte Lebenszeit der Strahlungsquelle in der Regel kürzer ist als die Lebenszeit des ophthalmologischen Gerätes, ist ein schneller und problemloser Tausch der Strahlungsquelle zu berücksichtigen.
Als Strahlungsquelle können auch Laser verwendet werden, bei denen die Streuungen der Strahlungsleistung entsprechend gering sind.
Durch die Verwendung mehrerer Vorblitze kann die Genauigkeit der zu berechnenden, optimalen Belichtungszeit weiter erhöht werden. Die Blitzfolge sollte dabei so groß (> 60 Hz) sein, dass der Patient die Einzelblitze nicht unterschieden kann. Außerdem sollte mindestens ein Parameter (z. B. die Blitzlänge) variiert werden, wobei vorzugsweise die gesamte Lichtenergie des einen Vorblitzes auf mehrere Vorblitze aufgeteilt wird, um die Gesamtstrahlungsbelastung des Patienten nicht zu erhöhen.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird der Vorblitz von einer separaten Strahlungsquelle, vorzugsweise im IR-Bereich erzeugt, wobei sich die Strahlungsbelastung von Vor- zu Hauptblitz sehr wesentlich, etwa im Verhältnis größer 1 :10 unterscheiden. Außerdem entsteht keine Strahlungsbelastung des Patientenauges im sichtbaren Bereich. Die verwendeten Strahlungsquellen bilden dabei auf dieselbe Apertur ab.
Die verwendete IR-Strahlungsquelle verfügt vorzugsweise über eine hoch reproduzierbare Strahlungsleistung. Durch die Verwendung einer zusätzlichen IR- Strahlungsquelle in Form einer Hochleistungs-IR-LED, kann die Belichtungszeit für den Vorblitz auch erheblich länger sein und zwar bis zu 50ms. Der Vorblitz sollte dabei eine möglichst geringe Strahlenbelastung des Patienten verursachen, d. h. es sollte ein sehr kurzer, definierter Vorblitz mit der Blitzlampe oder vorzugsweise Verwendung des IR-Anteils eines Vorblitzes der Blitzlampe sein.
Hierzu kann beispielsweise eine Hochleistungs-IR-LED von OSRAM mit einer cw-Leistung von 0.5W bis 5W verwendet werden. Hierbei kann durch eine separate Ansteuerung des IR-Strahlungsquelle die Strahlungsenergie für den Vorblitz individuell gesteuert werden kann, so dass sich beispielsweise 16 Blitzstufen ergeben.
Es besteht die Möglichkeit zur Aufnahme mehrerer IR-Vorblitze mit optional variabler Strahlungsenergie der IR-Strahlungsquelle und Berechnung der Belichtungszeit auf Basis mehrerer Datensätze, um die Belichtungszeit mit höherer Genauigkeit zu ermitteln. Weiterhin besteht die Möglichkeit zum Betrieb der IR-Strahlungsquelle im cw-Modus, um entsprechende Voreinstellungen vorzunehmen und das ophthalmologische Gerät optional zum Patientenauge zu positionieren.
In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung werden sowohl die Beleuchtungsstrahlung des Vorblitzes als auch die des Hauptblitzes beispielsweise mittels Lichtmischstab oder Mikrolinsenarray homogenisiert.
Dadurch können mechanische Toleranzen der Blitzlampe, Toleranzen in der Ausformung des Lichtbogens und Toleranzen des mechanischen Einbaus ausgeglichen werden. Optional könnte die Homogenisierung auch dazu dienen, das Licht mehrerer Blitzlampen zu homogenisieren, wobei die Blitzlampen dabei einzeln oder gleichzeitig betätigt werden könnten.
Ein Vorteil dieser Anwendung liegt darin begründet, dass ab Auslieferung des ophthalmologischen Gerätes bereits eine Reserve-Blitzlampe fest installiert ist und bei Ausfall der ersten Blitzlampe nur auf die Reserve-Blitzlampe umge- schaltet werden muss. Der Ausfall wird dem Nutzer entsprechend angezeigt, so dass der Anwender ohne Einschränkung weiterarbeiten kann. Die defekte Blitzlampe wird routinemäßig beim nächsten Service-Einsatz ersetzt.
Die Messung der aktuellen Aufnahmebedingungen erfolgt, indem durch einen Vorblitz, bei definierter Strahlungsenergie und einer relativ kurzen Belichtungszeit eine Übersichtsaufnahme der individuellen Beleuchtungssituation ortsaufgelöst angefertigt und von der Steuereinheit ausgewertet wird. Dabei wird das reflektierte Licht mit dem Sensor der elektronischen Kamera vorzugsweise im IR-Bereich bei einer sehr niedrigen Auflösung von beispielsweise 120x160 Pixel aufgenommen, wodurch sich die Zeit für die Ermittlung der optimalen Belichtungszeit für den Hauptblitz wesentlich reduzieren lässt. Eine Reduzierung der Auflösung der Aufnahme des Vorblitzes bei Beibehaltung der Informationen zur Belichtungsauswertung kann dabei beispielsweise erfolgen, indem mehrere Pixel zu Segmenten und anschließender Auswertung der Segmente zusam- mengefasst werden.
Um die Ermittlung der optimalen Belichtungszeit für den Hauptblitz weiter zu beschleunigen, ist neben der Reduzierung der Auflösung der Aufnahme des Vorblitzes auch die Verwendung spezieller Kameras möglich. So verarbeiten Kameras mit mehr als einem A/D-Wandler (so genannte High-Speed-Kameras) oder auch Kameras mit mehreren Sensoren, wie z. B. 3-Chip Kameras, mit spektral selektiv arbeiten R/G/B-Sensoren, die aufgenommenen anlogen Bilddaten wesentlich schneller.
Die Berechnung der optimalen Belichtungsdauer erfolgt, indem im Vorbild die hellsten Pixel gesucht und die Differenz zu deren maximaler Aussteuerung ermittelt wird, wobei als hellste Pixel vorzugsweise mindestens 5 zusammenhängende Pixel ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass die typischerweise im Sensoren vorhandenen Pixeldefekte (vollständig inaktiv oder verschieden stark geschädigt) das Ergebnis der Berechnung nicht verfälschen. Außerdem werden bei der Berechnung der optimalen Belichtungszeit für den Hauptblitz die maximalen Grenzwerte für die Strahlenbelastung des abzulichtenden Auges berücksichtigt, so dass mindestens eine 10%-ige Sicherheitsreserve bleibt. Eine weitere Sicherheitsreserve, die Bauteile- und Rechentoleranzen sowie Unterschiede zwischen der Voraufnahme und der Hauptaufnahme berücksichtigt, wird dadurch gewährleistet, dass die Belichtungszeit so berechnet wird, dass der hellste Pixel zu maximal 70% ausgesteuert wird. Somit ist es nahezu ausgeschlossen, dass in der elektronischen Aufnahme überstrahlte Bildbereiche auftreten. Sind die Toleranzen der restlichen Parameter relativ niedrig, so lässt sich die Reserve auch auf 2% reduzieren.
Die Bildaufnahme mit optimaler Belichtung erfolgt, indem der Hauptblitz mit berechneter, optimaler Belichtungszeit ausgelöst, das von den abzulichtenden Bereichen reflektierte Licht vom Sensor der elektronischen Kamera aufgenommen und von der Steuereinheit analysiert und/oder korrigiert wird, wobei die Qualität des aufgenommenen Bildes anhand geeigneter Kriterien geprüft wird. Hierbei kann die Steuerung der Lichtleistung des Hauptblitzes, der eine Dauer von bis zu 10ms hat, auf verschiedene Weise erfolgen.
1. zeitgesteuerter Blitz: Abschalten der Blitzlampe bei Erreichen der optimalen Belichtung, bzw. nach einer bestimmten Zeit.
2. Ladeüberwachung. Abschalten, wenn bestimmter Entladezustand des Blitzkondensators erreicht ist bzw. bei Halbleiterlichtquellen durch Variation des Stromes durch die Quelle.
3. optischer Shutter: Beleuchtungsstrahlengang wird bei Erreichen der optimalen Belichtung geblockt, Durch Analyse der Ergebnisses wird die Qualität des aufgenommen Bildes anhand geeigneter Kriterien geprüft, wie beispielsweise durch Suche nach überstrahlten Pixeln. Optional kann das aufgenommene Bild elektronisch durch eine Feinkorrektur mittels Software nachbearbeitet werden. Dadurch lassen sich vorhandene Reserven nutzen, wie beispielsweise die Korrektur bzw. Optimierung des Kontrastes. Hierbei kann von Vorteil sein, dass die Bildqualität durch einen lernfähigen Algorithmus selbständig verbessert wird.
Die Analyse der Qualität der aufgenommen Bilder kann aber auch durch Auswertung von Pixel-Informationen, in Form von Histogrammen erfolgen, die die statistische Verteilung der Helligkeitsinformationen beinhalten, oder durch Bewertung der Kontrastunterschiede bei Bildern mit unterschiedlicher Beleuchtung. Für die Dynamikerweiterung wird beispielsweise die mittlere Helligkeit der nicht übersteuerten Pixel ausgewertet.
Im Gegensatz dazu werden zur Analyse der Qualität aufgenommener Spaltbilder die ophthalmologischen Bildinhalten extrahiert und bewertet.
Zur Korrelationen von Bildern bei der Verschiebungskorrektur und für die Quantifizierung von Bewegungsunschärfen sind die fourier-transformierten Bilder erforderlich. Die Transformation der Bilder hängen dann von den im Bild enthaltenen Ortsfrequenzen ab. Ein Histogramm der Ortsfrequenzen zeigt dann beispielsweise in einem „schärferen" Bild höhere Werte für die Ortsfrequenzen.
Ein Vorteil der individuellen Steuerung der Strahlungsenergie ist die Verwendung einer elektronischen Kamera die nicht unbedingt über einen „Globel Shut- ter" verfügen muss, somit ist auch der Einsatz von Kameras mit „Rolling Shut- ter" möglich, die eine höhere Empfindlichkeit und bei CCD-Displays auch eine bessere Farbtreue aufweisen. Vorzugsweise verfügt die Kamera über eine nichtlineare Helligkeitsfunktion die dem Verlauf des menschlichen Auges angepasst ist. Somit ist sichergestellt, dass die elektronischen Aufnahmen der Kamera mit dem Bildeindruck einer direkten Beobachtung übereinstimmen. Die direkte Beobachtung des vorderen und/oder hinteren Augenabschnitts erfolgt z. B. mittels Spaltlampenmikroskop oder Direkt-Ophthalmoskop.
In einem automatisierten Verfahrensschritt wird die Aufnahme des Hauptblitzes mit berechneter, optimaler Belichtungszeit von der Steuereinheit analysiert und/oder korrigiert, indem die Qualität des aufgenommen Bildes anhand geeigneter Kriterien geprüft wird. Bei Bedarf werden die Aufnahmen elektronisch nachbearbeitet, um ein Optimum an Bildqualität zu erzielen.
Vorteilhafter Weise erfolgt eine nachträgliche Ermittlung der optimalen Belichtungszeit anhand der Blitzaufnahme und einem Abgleich mit der ursprünglich ermittelten Belichtungszeit, so dass sich daraus ein lernfähiger Algorithmus und zur selbständigen Verbesserung der Bildqualität ergibt.
In einem weiteren vorteilhaften Verfahrensschritt wird zur Kontrasterweiterung die unterschiedliche Dynamik im Vorbild und dem Hauptbild berücksichtigt, indem der Quotient der Strahlungsenergien von beiden Bildern exakt ermittelt, die überstrahlten Pixel des helleren Bildes durch die entsprechenden Pixel des dunkleren Bildes ersetzt und dabei die Helligkeit der Pixel des dunkleren Bildes um den exakt ermittelten Faktor des Helligkeitsunterschiedes korrigiert werden. Der Quotient der Strahlungsenergien zwischen den beiden Aufnahmen kann dabei durch die Steuerung der Quelle bekannt sein bzw. durch einen zusätzlichen nicht ortsaufgelösten Detektor hoher Dynamik oder aus der Summe aller Pixelwerte, die in beiden Aufnahmen nicht übersteuert sind, bestimmt werden.
Anhand von Teilbildern, die aus beiden Aufnahmen gewählt und gegeneinander korreliert werden, können eventuelle Verschiebungen der Bildinhalte zwi- sehen den Aufnahmen bestimmt und zu korrigiert werden. Die ausgewählten Teilbilder dürfen dabei werden über- noch untersteuert sein.
Beispielsweise beträgt das fest eingestellt Verhältnis der Strahlungsenergie von Vor- und Hauptbild beispielsweise 1 :16, d. h. das viel hellere Hauptbild wird mit der 16-fach höheren Strahlungsenergie aufgenommen. Die Strahlungsenergie ist dabei das Produkt aus Strahlungsleistung und Bestrahlungszeit. Es kann sowohl die Bestrahlungszeit als auch die Strahlungsleistung zwischen Haupt- und Vorbild in Abhängigkeit von der technischen Ausgestaltung variiert werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass die längste Belichtungszeit kurz genug ist, um Bewegungsunschärfen in einer der Aufnahmen zu vermeiden.
Zunächst wird in beiden Bildern ein Bildbereich übereinstimmend ermittelt. An diesem Bildbereich wird die Differenz der Strahlungsenergie von beiden Bildern exakt ermittelt, beispielsweise ein Faktor von 15,2. Danach wird aus beiden Bildern eine Aufnahme zusammengestellt, die alle nicht überbelichteten Pixel aus dem hellen Bild berücksichtigt. Die überstrahlten Pixel des hellen Bildes werden durch Pixel des dunkleren Bildes ersetzt. Dabei wird die Helligkeit der Pixel des dunkleren Bildes um den exakt ermittelten Faktor des Helligkeitsun- terschiedes korrigiert, in dem hier beschriebenen Beispiel mit dem Faktor 15,2. Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren der Kontrasterweiterung ein Sensor verwendet, der die Bildinformationen kurzzeitig Zwischenspeichern kann, so dass das Vor- und das Hauptbild mit sehr kurzzeitigem Abstand von z. B. maximal 10ms aufgenommen werden können. Nach der Aufnahme werden Vor- und Hauptbild digital gewandelt und der Steuereinheit zugeführt. Das dargestellte Verfahren kann auch mit 2 oder mehr Vorbildern und einem Hauptbild realisiert werden, wobei zwischen den z. B. 3 Aufnahmen, jeweils ein Faktor von 2 bis 20 zwischen den Strahlungsenergien der Aufnahmen liegt. Dadurch können Aufnahmen mit einer noch höheren Dynamik erreicht werden.
Liegt bei solchen Bildsequenzen zu viel Zeit zwischen 2 Aufnahmen, so können sich die Bildinhalte in der Zwischenzeit verändern und/oder verschieben. In die- sem Fall wird jeweils in 2 Bildern mit aufeinanderfolgender Strahlungsenergiestufe ein Bildausschnitt gewählt, der in beiden Aufnahmen weder unter- noch übersteuert ist. Diese Bildausschnitte werden dann gegeneinander korreliert, um die Verschiebung zwischen den Aufnahmen zu bestimmen und in den Aufnahmen zu kompensieren. Wiederholt man diesen Vorgang für alle aufeinanderfolgenden Bildpaare einer Sequenz, so können auch mehr als zwei Bilder verschiebungskorrigiert zu einer Aufnahme hoher Dynamik verrechnet werden. Speziell die Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Aufnahmen kann optional auch mit einem optischen Bildstabilisator korrigiert werden.
Bei Verwendung eines Sensors der während des Auslesens der Bildinformationen lichtempfindlich ist, ist vorzugsweise das Abschalten der Strahlungsquelle während des Auslesens vorzunehmen.
In einem vorteilhaften Verfahrensschritt werden Teilbereichen der Blitzlampe im Strahlengang abgeschattet. Dazu wird beispielsweise eine Blende mit variabel steuerbaren Durchmesser oder einer Vorrichtung mit variabel, einstellbarem Grad einer Grautönung, wie ein LCD-Display verwendet. Diese Funktion ist beispielsweise für Funduskameras von Vorteil. Hierbei können durch Abschattungen in der Appertur-Ebene des Beleuchtungsringes in Form einer, den Durchmesser reduzierenden Blende, störende Reflexe und Streulicht an der Kornea und der Iris des Auges wirksam verringert werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird die Strahlung des Beleuchtungsstrahlengangs spektral durch optische Filter selektiert um entsprechende Aufnahmen für verschiedene Diagnosezwecke zur Verfügung zu stellen. Dies sind beispielsweise Fluoreszenzaufnahmen oder auch IR- bzw. RGB-Aufnah- men. Zur visuellen Beobachtung der speziellen Effekte sind im Beobachtungsstrahlengang ebenfalls schwenkbare, optische Filter vorhanden, die beispielsweise für Fluoreszenzuntersuchungen eingeschwenkt werden. Ophthalmologische Untersuchungsgeräte verwenden vorzugsweise eine Strahlungsquelle, die alle erforderlichen Spektren in Summe beinhaltet. Die für die speziellen Untersuchungen erforderlichen Einzelspektren werden durch optische Filter im Beleuchtungsstrahlengang selektiert und mit den erforderlichen Filtern im Beobachtungsstrahlengang kombiniert.
Für eine weitere Optimierung des Bildes vom Hauptblitz kann es vorteilhaft sein, Strukturen die typisch sehr hohe Reflexionsgrade aufweisen, wie beispielsweise die Papille an der Retina oder der Hornhaut-Schnitt bei Verwendung einer Spaltlampe, zu nutzen, indem die Helligkeit dieser typischen Strukturen ausgewertet wird.
Am Ende des Verfahrens kann dem Nutzer somit ein optimiertes Bild angezeigt werden.
Vorteilhaft kann auch eine farbselektive Dynamikerweiterung verwendet werden. Bei sequentiellen Aufnahmen die mit monochromatischen Strahlquellen angefertigt werden, ist es für die Dynamikerweiterung sinnvoll, die Lichtenergie pro Strahlungsquelle individuell an die Leistungsfähigkeit der Strahlungsquelle anzupassen, z. B. sind grüne LED's nicht so leistungsstark wie blaue LED's (ca. doppelt so viel Leistung) daher wäre ein Verhältnis für die Strahlungsleistung Vorblitz : Hauptblitz für die grüne LED von 1 :8 und für die blaue LED von 1 :16 sinnvoll.
Vorteilhaft kann auch eine Kontrastselektive und farbselektive Dynamikerweiterung verwendet werden. Allgemein sollte die Strahlungsdauer so kurz wie möglich gewählt werden, damit vorhandene Bewegungen des Objektes nicht zu Unscharfen in der Aufnahme führen (Verschmierungen). Zum Beispiel ist bei der Fundusfotografie eine Strahlungsdauer von 1 ms üblich; bei sequentiellen Aufnahmen mit monochromatischen Strahlquellen kann jedoch die Strahlungsdauer an den Kontrast des Objektes angepasst werden. Da Fundusaufnahmen im grünen Bereich sehr kontrastreich und im blauen Bereich sehr kontrastarm sind, kann die Strahlungsdauer der blauen LED länger gewählt werden als die Strahlungsdauer der grünen LED (z. B. grüne LED = 1 ms, blaue LED = 4ms).
Bei der therapeutischen Laserkoagulation ist infolge der drastischen Überbelichtung des CCD-Sensors durch die Laserblitze bei Verwendung konventioneller Aufnahmetechnik keine verwendbare Dokumentation möglich. Deshalb werden bei der retinalen Laserkoagulation die individuellen Laserparameter üblicher weise subjektiv durch den Arzt festgelegt, wobei bisher als Kriterium die einsetzende Weißfärbung der Retina im jeweiligen Koagulationsspot verwendet wird. Dies hatte jedoch zur Folge, dass die über dem zu behandelnden Pigmentepithel befindliche neuronale Sensorik zerstört wurde.
Durch Detektion kleinster Veränderungen in der Rückstreuung des Laserstrahls am retinalen Gewebe wäre es möglich die Zerstörung der neuronale Sensorik zu verhindern. Dies würde außerdem zu einer genaueren Einstellung und Steuerung der individuellen Laserparameter führen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das vorgeschlagene, erfindungsgemäße Verfahrens zur Detektion kleinster Veränderungen in der Rückstreuung des Laserstrahls am retinalen Gewebe verwendet werden. Dazu erfolgen ein Vorblitz und mehrere, zeitlich beabstandete Hauptblitze während einer Laserbehandlung. Die Aufnahmen der Hauptblitze werden dabei von einer Steuereinheit analysiert, gespeichert, dem Nutzer angezeigt und insbesondere zur Steuerung und/oder Bewertung der Laserbehandlung genutzt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Hauptblitze während der Laserbehandlung mit zeitlich so kurzen Abständen erfolgen, dass die Aufnahmen der Hauptblitze eine Videosequenz bilden oder zumindest synchron zu jedem n-ten Bild einer Videosequenz sind.
Dieses Verfahren kann dabei neben der Laserkoagulation auch für die so genannte Gitterkoagulation verwendet werden, bei der flächenhaft Koagulationsspots aneinandergereiht werden, um pathologische retinale Areale zu behandeln. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu verwendet werden, die Qualität der Koagulation, sogar während der Laserbehandlung zu bewerten. Es ist aber auch möglich die Laserleistung für den nächsten Spot entsprechend anzupassen oder die Laserbehandlung beim erreichen vorgegebener Grenzen abzubrechen.
Da insbesondere die zu behandelnden Stellen ausgewertet und der Fortschritt der Koagulation elektronisch bewertet wird, erfolgt ein aktives Monitoring der für die Behandlung relevanten Daten, so dass eine aktive Steuerung der Koagulation möglich ist.
Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen, erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte liegt in der sehr geringen Strahlungsbelastung des Patientenauges, durch die Vermeidung unnötiger Aufnahmen und keine unnötige Belästigung des Patienten durch unnötige Lichtbelastung im sichtbaren Bereich.
Das Verfahren erlaubt den Einsatz von preiswerten Blitzlampen die hohe individuelle Streuungen in den Bauteileeigenschaften aufweisen und die ggf. relativ stark die Eigenschaften während der Lebensdauer ändern, in Verbindung mit einer einfachen und preiswerten Ansteuerelektronik. Durch die Auswertung des Vorblitzes und die Ermittlung einer optimalen Belichtungszeit können trotzdem immer Aufnahmen der Retina, Linse, Kornea, Teilen des Gesichtsfeldes sowie Spaltaufnahmen realisiert werden, die ein sehr gutes Signal-Rausch Verhältnis aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der vorderen und/oder hinteren Augenabschnitte bei dem mindestens ein Vorblitz dazu verwendet wird, anhand der Aufnahme des vom aufzunehmenden Objektes reflektierten Vorblitzes eine optimale Belichtungszeit für mindestens einen Hauptblitz zu bestimmen, wobei sowohl der Vorblitz als auch der Hauptblitz steuerbar sind und die Aufnahmen von Vor- und Hauptblitz mit dem selben Sensor der elektronischen Kamera aufgenommen und von einer Steuereinheit ausgewertet werden und die Aufnahme vom Hauptblitz analysiert und/oder korrigiert, gespeichert sowie dem Nutzer angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem sowohl der Vorblitz als auch der Hauptblitz von einer Strahlungsquelle auf Basis einer elektrischen Entladung oder auf Basis eines Hochleistungshalbleiteremitters erzeugt wird, wobei sich die Strahlungsbelastung von Vor- zu Hauptblitz wesentlich, etwa im Verhältnis größer 1 :4 unterscheiden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem der Vorblitz von einer separaten Strahlungsquelle, vorzugsweise im IR-Bereich erzeugt wird, wobei sich die Strahlungsbelastung von Vor- zu Hauptblitz sehr wesentlich, etwa im Verhältnis größer 1 :10 unterscheiden.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem sowohl die Beleuchtungsstrahlung des Vorblitzes als auch der Hauptblitzes homogenisiert werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem mit dem Vorblitz, bei definierter Strahlungsenergie und einer relativ kurzen Belichtungszeit eine Übersichtsaufnahme der individuellen Beleuchtungs- Situation ortsaufgelöst angefertigt und von der Steuereinheit ausgewertet wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die mit dem Vorblitz angefertigte Übersichtsaufnahme der individuellen Beleuchtungssituation bei einer geringen Auslösung, vorzugsweise etwa 120x160 Pixel aufgenommen wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die optimale Belichtungsdauer für den Hauptblitz ermittelt wird, indem im Vorbild die hellsten Pixel gesucht und die Differenz zu deren maximaler Aussteuerung ermittelt wird, wobei als hellste Pixel vorzugsweise mindestens 5 zusammenhängende Pixel ermittelt werden, um einzelne Pixelfehler auszuschließen.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem bei der Berechnung der optimalen Belichtungszeit für den Hauptblitz die maximalen Grenzwerte für die Strahlenbelastung des abzulichtenden Auges berücksichtigt werden, so dass eine Sicherheitsreserve bleibt.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur Realisierung der Aufnahme der Hauptblitz mit berechneter, optimaler Belichtungszeit ausgelöst und das von den abzulichtenden Bereichen reflektierte Licht vom Sensor der elektronischen Kamera aufgenommen und von der Steuereinheit analysiert und/oder korrigiert wird, wobei die Qualität des aufgenommen Bildes anhand geeigneter Kriterien geprüft wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Aufnahmen elektronisch nachbearbeitet werden, um ein Optimum an Bildqualität zu erzielen.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem eine nachträgliche Ermittlung der optimalen Belichtungszeit anhand der Blitzaufnahme und einem Abgleich mit der ursprünglich ermittelten Belichtungszeit erfolgt, so dass sich daraus ein lernfähiger Algorithmus und zur selbständigen Verbesserung der Bildqualität ergibt.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur Kontrasterweiterung die unterschiedliche Dynamik im Vorbild und dem Hauptbild berücksichtigt wird, indem der Quotient der Strahlungsenergien von beiden Bildern exakt ermittelt, die überstrahlten Pixel des helleren Bildes durch die entsprechenden Pixel des dunkleren Bildes ersetzt und dabei die Helligkeit der Pixel des dunkleren Bildes um den exakt ermittelten Faktor des Helligkeitsunterschiedes korrigiert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Quotient der Strahlungsenergien zwischen den beiden Aufnahmen durch die Steuerung der Quelle bekannt ist, bzw. durch einen zusätzlichen nicht ortsaufgelösten Detektor hoher Dynamik oder aus der Summe aller Pixelwerte, die in beiden Aufnahmen nicht übersteuert sind, bestimmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Teilbilder aus beiden Aufnahmen ausgewählt werden, die weder über- noch untersteuert sind und diese Ausschnitte gegeneinander korreliert werden, um eventuelle Verschiebungen der Bildinhalte zwischen den Aufnahmen zu bestimmen und zu korrigieren.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 14, bei dem mehr als zwei Aufnahmen aufgezeichnet werden, die sich in Ihrer Beleuchtungsstärke um einen Faktor von mindestens 4 unterscheiden, wobei der Quotient der Strahlungsenergien zweier aufeinander folgender Aufnahmen aus der Summe aller Pixelwerte, die in beiden Aufnahmen nicht übersteuert sind, bestimmt wird und durch mehrmaliges Wiederholen dieser Verfahrensschritte ein Bild mit sehr hoher Inbilddynamik ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem alle jeweils aufeinander folgenden Bilderpaare vor der Quotientenbildung verschiebungskorrigiert werden.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem eine Verschiebung zwischen den Bildern optional durch einen optischen Bildstabilisator korrigiert wird.
18. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem Teilbereichen der Blitzlampe im Strahlengang abgeschattet werden.
19. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Strahlung des Beleuchtungsstrahlengangs spektral durch optische Filter selektiert wird.
20. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur weiteren Optimierung des Bildes vom Hauptblitz Strukturen mit typisch sehr hohen Reflexionsgraden gesucht und die Helligkeit dieser typischen Strukturen ausgewertet wird.
21. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem ein Vorblitz und mehrere, zeitlich beabstandete Hauptblitze während einer Laserbehandlung erfolgen und die Aufnahmen der Hauptblitze von einer Steuereinheit analysiert, gespeichert, dem Nutzer angezeigt und zur Steuerung und/oder Bewertung der Laserbehandlung verwendet werden.
22. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Laserblitze während einer Laserbehandlung mit einer Frequenz folgen, die mit der Frequenz der Aufnahmen einer Videosequenz übereinstimmen oder ganzzahlige Bruchteile mit der Videosequenzfrequenz bilden.
23. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem der Sensor der elektronischen Kamera über eine nichtlineare Helligkeitsfunktion verfügt, die dem Verlauf des menschlichen Auges angepasst ist, um sicher zustellen, dass die elektronischen Aufnahmen der Kamera mit dem Bildeindruck einer direkten Beobachtung übereinstimmen.
24. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem für sequentielle Aufnahmen bei monochromatischer Beleuchtung, die Lichtenergie pro Strahlungsquelle zur farbselektiven Dynamikerweiterung individuell an die Leistungsfähigkeit der monochromatischen Strahlungsquelle angepasst wird.
25. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem für sequentielle Aufnahmen bei monochromatischer Beleuchtung, die Strahlungsdauer pro Strahlungsquelle zur kontrastselektiven Dynamikerweiterung individuell an die Kontrastcharakteristik der monochromatischen Strahlungsquelle angepasst wird.
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