WO2009046912A1 - Verfahren und vorrichtung zur genauen reflektometrischen bestimmung der optischen dichte des makulapigments xanthophyll am augenhintergrund ohne beeinflussung durch störlicht - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur genauen reflektometrischen bestimmung der optischen dichte des makulapigments xanthophyll am augenhintergrund ohne beeinflussung durch störlicht Download PDF

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WO
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fundus
eye
light
illuminated
area
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PCT/EP2008/008315
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Dietrich Schweitzer
Martin Hammer
Thomas Mohr
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Carl Zeiss Meditec Ag
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    • 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
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    • G—PHYSICS
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    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/082—Condensers for incident illumination only

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for measuring the reflection light from the ocular fundus, the optical density of the macular pigment xanthophyll on the ocular fundus from the logarithmic quotient of the values of a compensation function and the reflection light measured in the macular region in monochromatic illumination of the ocular fundus with light in the absorption maximum of To calculate xanthophyll very exactly.
  • the macular pigment xanthophyll protects the macula, the area of the sharpest vision, from damage due to the absorption of the high-energy blue light. B. as a result of the formation of free radicals.
  • the macular pigment which mainly contains the hydroxy-substituted ß-carotenes lutein and zeaxantine, acts as a radical scavenger.
  • a low optical density of the macular pigment is a risk factor for the onset of age-related macular degeneration.
  • lutein and zeaxantine are not formed by the body, but must be ingested with food, it is necessary to determine the individual level of optical density of the macular pigment, in order to detect a possible hazard and derive any necessary supplementation of lutein and zeaxantine.
  • the optical density of Makulapigments is to be determined very accurately and free of interfering light, which arises in layers that are upstream of the object to be examined, especially the ocular fundus.
  • optical density of the macular pigment xanthophyll is important for the decision on the necessity and proof of the success of the aforementioned supplementation with lutein and zeaxantine, which is to be detected as an increase in the optical density of the macular pigment.
  • the compensation function virtually indicates the reflected light that would be reflected from the fundus in the area of the macula if no xanthophyll were present.
  • the logarithm of these quotients corresponds to the double optical density of the macular pigment (douple density) 2OD ⁇ of xanthophyll:
  • the optical density of the macular pigment is also overstated as the scattering increases with the 2-wavelength fluorescence method.
  • the age dependence of the xanthophyll optical density determined by means of Raman fluorescence measurements is essentially determined by the weakening of the excitation light as a result of the increasing scattering in the eye lens with age.
  • the invention is based on the object, even without compelling prerequisite of a laser scanning device, to be able to determine the optical density of the macular pigment xanthophyll on the ocular fundus without being influenced by stray light, in particular individually interfering stray light of the anterior ocular media, by refiectometric analysis.
  • the invention should also be applicable in fundus cameras.
  • the fundus in addition to the known measurement of the reflection light from illuminated areas of the fundus in a previous or subsequent step (possibly also simultaneously) the fundus is only partially illuminated and the intensity of the light is measured as stray light from a non-illuminated area of the fundus. From each pixel of light from the illuminated fundus, the stray light measured in the non-illuminated area of the fundus is subtracted. The compensation function is determined from the measured values corrected in each case for the stray light component from selected regions of the ocular fundus outside the macula.
  • the optical density of the macular pigment can be calculated according to equation (3): With:
  • I m u values of the reflection light in the macula area with illumination of the macular area, reduced by the values of the stray light, that of an unlit one Area of the fundus with partial illumination of the fundus.
  • a field stop is inserted into the illumination beam path for incident light detection, through which the observable ocular fundus is only partially illuminated, and a further insertable field stop is provided in the measurement beam path, which field is only used for the light to be measured as disturbance light from the unlit part of the field Ocular fundus is permeable, so that in this case only the remitted light from the specially unlighted (by the illumination in the illumination beam path) shadowed part of the ocular fundus is measured.
  • the invention can be used for all opthalmological devices based on the fundus camera principle for the reflectometric examination of the ocular fundus and does not necessarily require a confocal laser scanning principle.
  • a further, applicative improvement is obtained if the position of the field stop in the illumination beam path can preferably be adapted automatically to the defective vision of the patient.
  • a further improvement of the measurement may result if a corresponding filter in the observation beam path is provided for the suppression of interference light caused by autofluorescence of ocular tissue.
  • the distribution of the optical density of the macular pigment is evaluated with regard to its shape.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to an ophthalmologic device shown in the drawing for the reflectometric determination of the optical density of the macaque lap polyanthophyll as an exemplary embodiment.
  • Fig. 1 Illumination of the fundus with a circular field and measurement of the light from the entire illuminated area.
  • FIG. 2 Illustration of an annular illumination field on the fundus of the eye centrally around the macula, wherein the area of the macula of approximately 2 degrees is not illuminated, but only light from this area is measured.
  • FIG. 3 shows a schematic 3D representation of the optical density of the macular pigment.
  • FIGS. 1 and 2 are based on the basic structure of a known ophthalmoscope with an illumination beam path 1 and a measurement beam path 2, which is used for eye examination.
  • a light source 3 with limited spectral range in the wavelength range of the absorption of the macular pigment xanthophyll is imaged in a known manner in the illumination beam path 1 via lenses 4 and 5 in the annular aperture Ap 1.
  • the aperture diaphragm AP 1 is imaged via a lens 6, a perforated mirror 7 and a further lens 8 in the aperture plane of the eye as an aperture diaphragm image AP 1 ', so that with the eye lens 9 a homogeneous illumination of the fundus 10 is realized.
  • a circular field stop FB 1 through which the fundus 10 via the lens 6, the hole mirror 7, the lens 8 and the lens 9 in a field FB 1 'preferably centrally around the Macula is illuminated in the spectral region in which xanthophyll absorbs.
  • a arranged in the focal plane of lens 8 in the measuring beam 2 circular field stop FB 2 allows for imaging by lenses 1 1 and 12, the radiation detection by a detector 13 of the entire circularly illuminated field of the fundus 10th
  • annular field stop FB 3 is arranged, which in the illumination beam path 1 via the lenses 5 and 6, the hole mirror 7, the lens 8 and the eye lens 9, an illuminated annular field FB 3 ' on the fundus 10 with an outer diameter of preferably 2.4 PD (diameter papilla) and an inner diameter of preferably 1.2 PD generated. It is essential that the field diaphragm 3 is designed so that the area of the macula, in which the optical density of the macular pigment xanthophyll is to be determined, is not illuminated in this case.
  • the illumination of the fundus 10 may also be as described in Fig. 1, but the macular area remains unlit.
  • a circular field stop FB 4 is arranged, which after the imaging of the fundus 10 via the eye lens 9 and the lens 8 only for a self-unlit field (macular) with a diameter of preferably 0.4 PD is permeable.
  • a circular aperture diaphragm AP 2 preferably in the focal plane of the lens 1 1, whose aperture diaphragm image AP 2 'is imaged on the eye lens 9, prevents in a known manner the detection of illumination light which is reflected on the anterior ocular media such as the eye lens 9.
  • the light imaged by a lens 12 onto the measuring field of a detector 13 from the normally unilluminated central field around the macula of the fundus 10 is mainly light which has been scattered several times in the anterior ocular media, predominantly in the ophthalmic lens 9. From the ocular fundus 10 diffusely reflected light entering the aperture diaphragm AP 2 'directly or by scattering in the eye lens 9 is also detected. Also multiple scattered fluorescent light, which was excited by the illumination in the eye lens 9 is also detected by this measurement. However, this fluorescent light is much weaker than the scattered illumination light.
  • the radiation which was measured at all pixels in the case of circular illumination of the ocular fundus 10 subtracts that radiation which is emitted when the ocular fundus 10 is illuminated annularly the non-illuminated field (in the present embodiment, the macular region of the fundus 10) was measured (see Fig. 2).
  • This light which is measured on the basis of the field stops FB 3 and FB 4 in the illumination or measuring beam path 1, 2 from the non-illuminated field of the fundus 10 (macular region) corresponds to the From the thus corrected values of the reflection light with complete illumination of the ocular fundus, the compensation function preferably becomes the annular region between 1.2 PD and 2.4 PD in a known manner certainly. This subtracts the scatter proportion in the numerator and denominator that interferes with equation (2). The optical density of the macular pigment is then calculated according to equation (3): With:
  • I Ak Values of the corrected compensation function, calculated from the values of the reflection light from areas outside the macula, reduced by the values of the disturbance light, which were obtained from an unlighted area of the fundus with partial illumination of the fundus, and
  • I n * values of the reflection light in the macular area with illumination also of the macular area, reduced by the values of the stray light, which were obtained from an unlighted area of the fundus with partial illumination of the fundus.
  • the field diaphragms FB 3 and FB 4 can each advantageously be arranged in the illumination or measuring beam path 1, 2 to be pivoted in and out (not shown in the drawing for reasons of clarity). It is also possible (also not shown in the figures) to execute the field apertures FB 2 and FB 4 as a single aperture with variable free diameter.
  • the shading diaphragm is preferably positioned in the illumination beam path to the conjugate plane of the patient retina.
  • a possibility for the automatic determination of the refractive error eg by means of autofocus is available. With the particular Value of the individual ametropia, the shading aperture is automatically adjusted to the defective vision.
  • Distortion light is to introduce into the observation beam a filter which blocks the light not originating from the fluorescence of the macular pigment.
  • Example of Xanthophyll would be a filter suitable, which light above 490nm
  • Wavelength suppressed For example, this filter could be near the position of
  • Field stop FB 2 or aperture AP 2 be provided. Alternatively, at
  • Realization of the detector 13 are read by a color camera only the blue pixels.
  • Accumulate fundus pigment such as lutein and zeaxantine, can also accumulate in the area outside the macula. In such a case, the evaluation area for the compensation function would be to increase or a correction is required.
  • the correction can preferably take place in that the optical density at the edge of
  • Evaluation area is compared.
  • Macula determines an averaged value of optical density and with an averaged one
  • the optical density at the edge of the evaluation area is higher than the reference value far outside the macula, the optical density of the fundus pigment will increase by the value of
  • a distribution of the macular pigment obtained as a result of the entire calculation is in
  • Fig. 3 ideally shown in 3D.
  • the border area it can also be a change in shape of the original circular
  • Diagnosis may thus benefit the calculation and display of a measure of the deviation from the circular structure.
  • this measure is determined in the range of average optical density to minimize noise effects.
  • This measure can be determined, for example, from the relationship between the enclosed area and the total length of the outer contour and compared with a normatively determined limit value in order to achieve a clarification of the diagnostic statement.
  • the optical density of the fundus pigment xanthophyll in the 3 D representation can deviate from a rotationally symmetric distribution with a certain variance.
  • the maximum of the optical density can occur, for example, at the edge of the distribution function.
  • a very locally limited but very high optical density can occur.
  • the display of a measure of the deviation from the rotationally symmetric structure is advantageous for the improved diagnosis.
  • a measure is calculated from the central moment of the second order (corresponding to the variance) and displayed to the user.
  • a measure of the central third-order moment (corresponding to the skewness) is calculated and displayed to the user.
  • This measure can be compared with a normatively determined limit and serve to clarify the diagnosis statement.
  • the determination of a statistical measure for the evaluation of the signal-to-noise ratio is advantageous.
  • a measure of the signal-to-noise ratio of the xanthophyll optical density is determined and compared with a normatively determined limit and serves the user to qualify the made Measurement.
  • the invention is not limited to the application for determining the optical density by means of the 1-wavelength reflection method, but also improves the accuracy in 2- or multi-wavelength methods for reflectometric xanthophyll determination at the fundus.

Abstract

1. Verfahren und Vorrichtung zur genauen reflektometrischen Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund ohne Beeinflussung durch Störlicht, insbesondere durch individuelle Lichtstreuung in den vorderen Augenmedien 2.1. Aufgabe ist es, auch die optische Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund ohne Beeinflussung durch Störlicht, insbesondere individuell störendes Streulicht der vorderen Augenmedien, reflektometrisch bestimmen zu können. 2.2. Erfindungsgemäß werden zusätzlich zur Messung des Reflexionslichtes aus beleuchteten Bereichen des Augenhintergrundes derselbe nur teilweise beleuchtet und die Intensität des Störlicht aus dem nicht beleuchteten Bereich gemessen. Dieser Messwert dient als Korrekturgröße zur Berechnung der optische Dichte des Makulapigments. 2.3. Die Erfindung findet Anwendung in der Ophthalmologie.

Description

Beschreibung der Erfindung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR GENAUEN REFLEKTOMETRISCHEN BESTIMMUNG
DER OPTISCHEN DICHTE DES MAKULAPIGMENTS XANTHOPHYLL AM AUGENHINTERGRUND OHNE BEEINFLUSSUNG DURCH STÖRLICHT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um aus der Messung des Reflexionslichts vom Augenhintergrund die optische Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund aus dem logarithmierten Quotienten der Werte einer Ausgleichsfunktion und des im Makulabereich gemessenen Reflexionslichts bei monochromatischer Beleuchtung des Augenhintergrundes mit Licht möglichst im Absorptionsmaximum von Xanthophyll sehr exakt zu berechnen.
Das Makulapigment Xanthophyll schützt durch die Absorption des energiereichen blauen Lichtes die Makula, den Bereich des schärfsten Sehens, vor Schädigung z. B. infolge der Bildung freier Radikale. Gleichzeitig wirkt das Makulapigment, das vorwiegend die hydroxy-substituierten ß - Carotine Lutein und Zeaxantin enthält, als Radikalfänger. Eine geringe optische Dichte des Makulapigments ist ein Risikofaktor für den Ausbruch der altersbezogenen Makuladegeneration. Da Lutein und Zeaxantin nicht vom Körper gebildet werden, sondern mit der Nahrung aufgenommen werden müssen, ist es erforderlich, die individuelle Höhe der optischen Dichte des Makulapigments zu bestimmen, um daraus eine mögliche Gefährdung zu erkennen und eventuell erforderliche Supplementationen von Lutein und Zeaxantin abzuleiten.
Mit der Erfindung soll die optische Dichte des Makulapigments sehr genau und frei von Störlicht bestimmt werden, welches in Schichten entsteht, die dem zu untersuchenden Objekt, speziell dem Augenhintergrund, vorgelagert sind. Diese, insbesondere durch die Augenlinse, hervorgerufenen störenden sowie die reflektometrischen Messergebnisse verfälschenden Streueffekte nehmen altersbedingt zu, so dass mit steigendem Alter des Patienten auch die an sich bekannte Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund aus dem logarithmierten Quotienten der Werte der besagten Ausgleichsfunktion und des im Makulabereich gemessenen Reflexionslichts stärker durch die Streueffekte beeinträchtigt wird.
>
Eine exakte Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll ist jedoch wichtig für die Entscheidung über die Notwendigkeit und zum Nachweis des Erfolges der vorgenannte Supplementation mit Lutein und Zeaxantin, die als Anstieg der optischen Dichte des Makulapigments zu erfassen ist.
Es ist bekannt (z. B. aus DE 101 29 652 Al , auf deren komplette Offenbarung im Folgenden Bezug genommen wird), den Augenhintergrund mit Licht eines Wellenlängenbereiches, optimal mit einer Wellenlänge, zu beleuchteten, in dem das Makulapig- ment Xanthophyll maximal absorbiert. Aus der Lichtintensität, die außerhalb des makulä- ren Bereiches messbar ist, in dem kein Xanthophyll vorhanden ist, wird eine Ausgleichsfunktion (Shading Funktion) bestimmt. Diese berücksichtigt die natürliche Vignettierung und Ausleuchtungsunterschiede infolge Justierung des Messsystems zum Auge. Zur Berechnung der optischen Dichte des Makulapigments wird für jeden Bildpunkt im Bereich der Makula der Quotient aus dem berechneten Wert der Ausgleichsfunktion und dem gemessenen Intensitätswert des Reflexionslichts vom beleuchteten Augenhintergrund berechnet. Dabei gibt die Ausgleichsfunktion virtuell das reflektierte Licht an, das vom Augenhintergrund im Bereich der Makula reflektiert würde, wenn kein Xanthophyll vorhanden wäre. Dem Logarithmus dieser Quotienten entspricht die doppelte optische Dichte des Makulapigments (douple density) 2ODχ des Xanthophylls:
Ausgleich
2ODx = log (1)
Erprobungen haben jedoch gezeigt, dass eine zunehmende Streuung S in den vorderen Augenmedien, verursacht durch altersbedingte Trübung der Okularmedien, zu einem verringerten Messwert für die optische Dichte von Xanthophyll führt. Dies stellt sich durch Addition eines gleichen Wertes S für die Streuung in Zähler und Nenner von Gleichung (1) dar:
2ODx = log 1 A→lül + S . (2) Mit zunehmendem Wert S verringert sich der Logarithmus und erreicht für den Fall Ungleich, Imess<<: S, in dem der Quotient gegen den Wert 1 strebt, den Wert Null, so dass die optische Dichte des Makulapigments, bedingt durch die Streuung des Lichtes in den vorderen Augenmedien, bei allen reflektometrischen Verfahren zu klein ermittelt wird.
Zeigt die Lichtstreuung in der Augenlinse eine starke Wellenlängenabhängigkeit, so wird auch bei der 2-Wellenlängen-Fluoreszenzmethode die optische Dichte des Makulapigments mit zunehmender Streuung zu hoch berechnet. Die mittels Raman-Fluoreszenzmes- sungen ermittelte Altersabhängigkeit der optischen Dichte des Xanthophylls ist wesentlich durch die Schwächung des Anregungslichtes infolge der mit dem Alter zunehmenden Streuung in der Augenlinse bestimmt.
Zur Erfassung des störenden Fluoreszenzlichtes der vorderen Augenmedien bei Messungen der Fluoreszenz am Augenhintergrund sind verschiedene Lösungen bekannt. In der DE 10 2005 058 185 Al werden gleichzeitig oder nacheinander die Spektren bei konfokaler Beleuchtung des Augenhintergrundes sowie nichtkonfokaler Beleuchtung und Detek- tion getrennt erfasst. Bei konfokaler Beleuchtung werden das Messlicht vom Augenhintergrund sowie das störende Fremdlicht, bei nicht konfokaler Beleuchtung jedoch nur das Fremdlicht erfasst. Aus der Subtraktion beider Strahlungen ergibt sich nur das vom Fundus zu messende Licht. Diese Lösung geht von einem konfokalen System aus, das allerdings nur in Laser-Scanning-Geräten, nicht jedoch in auf dem Prinzip der Funduskamera basierenden Ophthalmoskopen gegeben ist.
Es wurde ferner bereits vorgeschlagen (DE 10 2007 025 425.5), störendes Fluoreszenzlicht z. B. der vorderen Augenmedien gleichzeitig mit Messungen der Fundusfluoreszenz zu erfassen. Dazu wird ein Teil des beobachteten Augenhintergrundes nicht zur Fluoreszenz angeregt. Das von diesem Bereich gemessene Licht wird der Fluoreszenz zugeordnet, die durch das vom Fundus reflektierte Licht im vorderen Augenabschnitt angeregt wird, und dieses Licht wird dann von allen anderen Bildpunkten subtrahiert. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, für jeden Fundusbereich ungestörtes Fluoreszenz- oder Reflexionslicht zu erhalten, weil immer ein Bereich, in praktischen Anwendungen insbesondere der Makulabereich ausgeblendet wird, der gerade für die Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments ausgewertet werden muss. Darüber hinaus ist bekannt (DE 10 2004 042 198 Al) zur Beseitigung von störendem Fluoreszenz- oder Streulicht der vorderen Augenmedien das konfokale Beleuchtungs- und Detektionsprinzip mit dem Prinzip der Aperturblendenteilung zu kombinieren, was jedoch wiederum ein konfokales Laser-Scanning-System voraussetzt, bei dem immer nur ein einzelner Punkt beleuchtet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auch ohne zwingende Voraussetzung eines Laser-Scanning-Gerätes die optische Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund ohne Beeinflussung durch Störlicht, insbesondere individuell störendes Streulicht der vorderen Augenmedien, refiektometrisch bestimmen zu können. Insbesondere soll die Erfindung auch in Funduskameras anwendbar sein.
Erfindungsgemäß werden zusätzlich zur an sich bekannten Messung des Reflexionslichtes aus beleuchteten Bereichen des Augenhintergrundes in einem vorhergehenden oder nachfolgendem Schritt (ggf. auch gleichzeitig) der Augenhintergrund nur teilweise beleuchtet und die Intensität des Lichts als Störlicht aus einem nicht beleuchteten Bereich des Augenhintergrunds gemessen. Von jedem Bildpunkt des Lichts aus dem beleuchteten Augenhintergrund wird das im unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes gemessene Störlicht subtrahiert. Die Ausgleichsfunktion wird aus den jeweils um den Störlichtanteil korrigierten Messwerten aus ausgewählten Bereichen des Augenhintergrundes außerhalb der Makula bestimmt. Die optische Dichte des Makulapigments kann entsprechend Gleichung (3) berechnet werden:
Figure imgf000006_0001
mit:
Uk-: Werte der korrigierten Ausgleichsfunktion, berechnet aus den Werten des Reflexionslichtes von Bereichen außerhalb der Makula, verringert um die Werte des Störlichtes, die von einem unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes bei teilweiser Beleuchtung des Augenhintergrundes erhalten wurden, und
Imu: Werte des Reflexionslichtes im Makulabereich bei Beleuchtung auch des Makula- bereichs, verringert um die Werte des Störlichtes, die von einem unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes bei teilweiser Beleuchtung des Augenhintergrundes erhalten wurden.
Bei einem an sich bekannten Ophthalmoskop werden zur Störlichterfassung in den Beleuchtungsstrahlengang eine Feldblende eingefugt, durch welche der beobachtbare Augenhintergrund nur teilweise beleuchtet wird, und im Messstrahlengang ist eine weitere einfύgbare Feldblende vorgesehen, welche nur für das als Störlicht zu messende Licht aus dem unbeleuchteten Teil des Augenhintergrunds durchlässig ist, so dass in diesem Fall ausschließlich das remittierte Licht aus dem speziell unbeleuchteten (von der Beleuchtung im Beleuchtungsstrahlengang) abgeschatteten Teils des Augenhintergrundes gemessen wird.
Auf diese Weise wird bei der reflektometrischen Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll der Einfluss von Störlicht, insbesondere von individueller Lichtstreuung in den vorderen Augenmedien, eliminiert.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung aufgeführt.
Die Erfindung ist für alle, auch auf dem Prinzip der Funduskamera basierenden, opthal- mologischen Geräte zur reflektometrischen Untersuchnung des Augenhintergrundes verwendbar und erfordert nicht zwingend ein konfokales Laser-Scanning-Prinzip. Eine weitere, applikative Verbesserung erhält man, wenn die Position der Feldblende im Beleuchtungsstrahlengang vorzugsweise automatisch an die Fehlsichtigkeit des Patienten angepasst werden kann.
Eine weitere Verbesserung der Messung kann sich ergeben, wenn zur Unterdrückung von durch Autofluoreszenz von Augengewebe hervorgerufenem Störlicht ein entsprechender Filter im Beobachtungsstrahlengang vorgesehen ist.
Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit kann die Ausgleichsfunktion durch ihre Bestimmung in mehreren Gebieten des Augenhintergrundes überprüft oder auch korrigiert werden.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Verteilung der optischen Dichte des Makulapigments bzgl. ihrer Form bewertet wird. Die Erfindung soll nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten ophthalmologischen Vorrichtung zur reflektometrischen Bestimmung der optischen Dichte des Maku- lapigments Xanthophyll als Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 : Beleuchtung des Augenhintergrundes mit einem kreisförmigen Feld und Messung des Lichtes vom gesamten beleuchteten Bereich.
Fig. 2: Abbildung eines ringförmigen Beleuchtungsfeldes auf den Augenhintergrund zentral um die Makula, wobei der Bereich der Makula von ca. 2 Grad nicht beleuchtet ist, aber ausschließlich Licht von diesem Bereich gemessen wird.
Fig. 3: Eine schematische 3D-Darstellung der optische Dichte des Makulapigments.
Den Figuren 1 und 2 liegt der Prinzipaufbau eines an sich bekannten Ophthalmoskops mit einem Beleuchtungsstrahlengang 1 und einem Messstrahlengang 2 zu Grunde, welches zur Augenuntersuchung Verwendung findet.
Eine Lichtquelle 3 mit eingeschränktem Spektralbereich im Wellenlängenbereich der Absorption des Makulapigments Xanthophyll wird in bekannter Weise im Beleuchtungsstrahlengang 1 über Linsen 4 und 5 in die ringförmige Aperturblende AP 1 abgebildet. Die Aperturblende AP 1 wird über eine Linse 6, einen Lochspiegel 7 und eine weitere Linse 8 in die Aperturebene des Auges als Aperturblendenbild AP 1 ' abgebildet, so dass mit der Augenlinse 9 eine homogene Beleuchtung des Augenhintergrundes 10 realisiert ist. In Fig. 1 befindet sich beispielsweise in der Brennebene von Linse 5 eine kreisförmige Feldblende FB 1 , durch welche der Augenhintergrund 10 über die Linse 6, den Lochspiegel 7, die Linse 8 und die Augenlinse 9 in einem Feld FB 1 ' vorzugsweise zentral um die Makula in dem Spektralbereich beleuchtet wird, in welchem Xanthophyll absorbiert. Eine in der Brennebene von Linse 8 im Messstrahlengang 2 angeordnete kreisförmige Feldblende FB 2 gestattet nach Abbildung durch Linsen 1 1 und 12 die Strahlungsdetektion durch einen Detektor 13 vom gesamten kreisförmig beleuchteten Feld des Augenhintergrundes 10.
In Fig. 2 ist im Unterschied zu Fig. 1 in der Brennebene von Linse 5 eine ringförmige Feldblende FB 3 angeordnet, welche im Beleuchtungsstrahlengang 1 über die Linsen 5 und 6, den Lochspiegel 7, die Linse 8 und die Augenlinse 9 ein beleuchtetes ringförmiges Feld FB 3 ' am Augenhintergrund 10 mit einem Außendurchmesser von vorzugsweise 2,4 PD (Papillendurchmesser) und einem Innendurchmesser von vorzugsweise 1,2 PD erzeugt. Wesentlich ist, dass die Feldblende 3 so ausgeführt ist, dass der Bereich der Makula, in dem die optische Dichte des Makulapigments Xanthophyll bestimmt werden soll, in diesem Falle nicht beleuchtet ist. Die Beleuchtung des Augenhintergrundes 10 kann auch so erfolgen, wie in Fig. 1 beschrieben, wobei jedoch der makuläre Bereich unbeleuchtet bleibt.
Im Messstrahlengang 2 ist, beispielsweise in der Brennebene einer Linse 8, eine kreisförmige Feldblende FB 4 angeordnet, die nach der Abbildung des Augenhintergrundes 10 über die Augenlinse 9 und die Linse 8 nur für ein an sich unbeleuchtetes Feld (Makulabe- reich) mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0,4 PD durchlässig ist. Eine vorzugsweise in der Brennebene der Linse 1 1 stehende kreisförmige Aperturblende AP 2, deren Aperturblendenbild AP 2' auf der Augenlinse 9 abgebildet wird, verhindert in bekannter Weise die Detektion von Beleuchtungslicht, das an den vorderen Augenmedien, wie der Augenlinse 9, reflektiert wird. Das durch eine Linse 12 auf das Messfeld eines Detektors 13 abgebildete Licht aus dem an sich unbeleuchteten zentralen Feld um die Makula des Augenhintergrundes 10 ist hauptsächlich Licht, das in den vorderen Augenmedien, vorwiegend in der Augenlinse 9, mehrfach gestreut wurde. Vom Augenhintergrund 10 diffus reflektiertes Licht, das in das Aperturblendenbild AP 2' direkt oder durch Streuung in der Augenlinse 9 gelangt, wird ebenfalls erfasst. Auch mehrfach gestreutes Fluoreszenzlicht, das durch die Beleuchtung in der Augenlinse 9 angeregt wurde, wird durch diese Messung ebenfalls erfasst. Allerdings ist dieses Fluoreszenzlicht wesentlich schwächer als das gestreute Beleuchtungslicht.
Zur Korrektur des Messlichtes für die Berechnung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll wird von der Strahlung, die an allen Bildpunkten bei kreisförmiger Beleuchtung des Augenhintergrundes 10 gemessen wurde (vgl. Fig. 1), diejenige Strahlung subtrahiert, die bei ringförmiger Beleuchtung des Augenhintergrundes 10 aus dem nicht beleuchteten Feld (im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Makulabereich des Augenhintergrundes 10) gemessen wurde (vgl. Fig. 2). Dieses Licht, das auf Grund der Feldblenden FB 3 und FB 4 im Beleuchtungs- bzw. Messstrahlengang 1 , 2 aus dem nicht beleuchteten Feld des Augenhintergrundes 10 (Makulabereich) gemessen wird, entspricht dem Störlicht, insbesondere dem Streulicht durch die vorderen Augenmedien, insbesondere der Augenlinse 9. Aus den in dieser Weise korrigierten Werten des Reflexionslichts bei vollständiger Beleuchtung des Augenhintergrundes wird vorzugsweise aus dem ringförmigen Bereich zwischen 1 ,2 PD und 2,4 PD in bekannter Weise die Ausgleichsfunktion bestimmt. Damit ist der in Gleichung (2) störende Streuanteil in Zähler und Nenner subtrahiert. Die optische Dichte des Makulapigments wird dann entsprechend Gleichung (3) berechnet:
Figure imgf000010_0001
mit:
IAk'. Werte der korrigierten Ausgleichsfunktion, berechnet aus den Werten des Reflexionslichtes von Bereichen außerhalb der Makula, verringert um die Werte des Störlichtes, die von einem unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes bei teilweiser Beleuchtung des Augenhintergrundes erhalten wurden, und
In*: Werte des Reflexionslichtes im Makulabereich bei Beleuchtung auch des Makula- bereichs, verringert um die Werte des Störlichtes, die von einem unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes bei teilweiser Beleuchtung des Augenhintergrundes erhalten wurden.
Die Feldblenden FB 3 und FB 4 können jeweils vorteilhaft in den Beleuchtungs- bzw. Messstrahlengang 1 , 2 ein- und ausschwenkbar angeordnet sein (aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellt). Es ist auch möglich (ebenfalls nicht in den Figuren gezeigt), die Feldblenden FB 2 und FB 4 als eine einzige Blende mit veränderbarem freien Durchmesser auszufuhren.
Für eine genaue Bestimmung des Störlichtes ist die scharfe Abbildung der Abschattungsblenden auf die Retina des Patienten erforderlich. Somit ist eine Anpassung an eine vorhandene Fehlsichtigkeit des Patienten erforderlich. Bevorzugt wird dazu die Abschattungsblende im Beleuchtungsstrahlengang zur konjugierten Ebene der Patientenretina positioniert. Bevorzugt ist eine Möglichkeit zur automatischen Bestimmung der Fehlsichtigkeit z.B. mittels Autofokus vorhanden. Mit dem bestimmten Wert der individuellen Fehlsichtigkeit wird die Abschattungsblende automatisch an die Fehlsichtigkeit angepasst.
Eine andere Lösung zur Unterdrückung von durch Autofluoreszenz hervorgerufenem
Störlicht besteht darin in den Beobachtungsstrahlengang einen Filter einzubringen, welcher das nicht von der Fluoreszenz des Makulapigments herrührende Licht sperrt. Für das
Bespiel von Xanthophyll wäre ein Filter geeignet, welcher Licht oberhalb 490nm
Wellenlänge unterdrückt. Dieser Filter könnte beispielsweise in der Nähe der Position von
Feldblende FB 2 oder Aperturblende AP 2 vorgesehen sein. Alternativ könnten bei
Realisierung des Detektors 13 durch eine Farbkamera nur die blauen Pixel ausgelesen werden.
Es hat sich gezeigt, dass es bei der Nahrungs-Supplementation von Stoffen, die das
Funduspigment anreichern wie Lutein und Zeaxantin, auch eine Anreicherung im Gebiet außerhalb der Makula kommen kann. In einem solchen Fall wäre das Auswertegebiet für die Ausgleichsfunktion zu vergrößern bzw. ist eine Korrektur erforderlich.
Die Korrektur kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass die optische Dichte am Rand des
Auswertegebietes mit einem Wert der optischen Dichte weit außerhalb des
Auswertegebietes verglichen wird.
Bevorzugt wird in einem unstrukturierten, ringförmigen Bereich weit außerhalb der
Makula ein gemittelter Wert der optischen Dichte bestimmt und mit einem gemittelten
Wert der optischen Dichte am Rand des kreisförmigen Makula-Auswertegebietes verglichen.
Ist die optische Dichte am Rand des Auswertegebietes höher als der Vergleichswert weit außerhalb der Makula, so wird die optische Dichte des Funduspigments um den Wert der
Differenz der beiden Werte erhöht.
Dazu werden die in der Anordnung nach Fig. 1 erhaltenen Werte entsprechend verrechnet.
Eine als Ergebnis der gesamten Rechnung erhaltene Verteilung des Makulapigmentes ist in
Fig. 3 ideal in 3D dargestellt.
Im Randbereich kann es auch zu einer Formveränderung des ursprünglich kreisförmigen
Gebietes kommen; bis hin zu einer stark zerklüfteten Kontur. Für eine verbesserte
Diagnose kann somit die Berechnung und Anzeige einer Maßzahl für die Abweichung von der kreisförmigen Struktur von Vorteil sein. Vorzugsweise wird diese Maßzahl in dem Bereich der mittleren optische Dichte bestimmt, um Rauscheinflüsse zu minimieren. Diese Maßzahl kann z.B. aus dem Verhältnis zwischen eingeschlossener Fläche und Gesamtlänge der äußeren Kontur bestimmt und mit einem normativ ermittelten Grenzwert verglichen werden um eine Präzisierung der Diagnoseaussage zu erreichen.
Krankheitsbedingt kann die optische Dichte des Funduspigmentes Xanthophyll in der 3 D Darstellung von einer rotationssymmetrischen Verteilung mit bestimmter Varianz abweichen. Das Maximum der optischen Dichte kann beispielsweise am Rand der Verteilungsfunktion auftreten. Weiterhin kann eine eng lokal begrenzte dafür jedoch sehr hohe optische Dichte auftreten. Für die verbesserte Diagnose ist somit die Anzeige einer Maßzahl für die Abweichung von der rotationssymmetrischen Struktur von Vorteil. Für die Beurteilung einer lokalen Erhöhung wird eine Maßzahl aus dem zentrale Moment zweiter Ordnung (entspricht der Varianz) berechnet und dem Anwender angezeigt. Für die Beurteilung der Abweichung von einer rotationssymmetrischen Verteilung wird eine Maßzahl aus dem zentrale Moment dritter Ordnung (entspricht der Schiefe) berechnet und dem Anwender angezeigt.
Diese Maßzahl kann mit einem normativ ermittelten Grenzwert verglichen werden und zur Präzisierung der Diagnoseaussage dienen.
Um Verfälschungen des Ergebnisses durch zu geringes Signal-Rausch- Verhältnis zu vermeiden ist die Ermittlung einer statistischen Maßzahl für die Bewertung des Signal- Rausch-Verhältnis von Vorteil. Vorzugsweise wird in den strukturlosen Bereichen ausserhalb der Makula (die auch für die Bestimmung der Ausgleichsfunktion verwendet werden) eine Maßzahl für das Signal-Rausch-Verhältnis der optischen Dichte von Xanthophyll ermittelt und mit einem normativ ermittelten Grenzwert verglichen und dient dem Anwender zur Qualifizierung der vorgenommenen Messung..
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung zur Bestimmung der optischen Dichte mittels der 1 -Wellenlängen-Reflexionsmethode beschränkt, sondern verbessert auch die Genauigkeit bei 2- oder Mehrwellenlängenmethoden zur reflektometrischen Xanthophyllbestim- mung am Fundus.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur genauen reflektometrischen Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund, bei dem die optische Dichte des im Makulabereich vorhandenen Makulapigments aus dem logarithmierten Quotienten der Werte einer Ausgleichsfunktion und dem im Makulabereich gemessenen Reflexionslicht bei monochromatischer Beleuchtung des Augenhintergrundes mit Licht möglichst im Absorptionsmaximum von Xanthophyll berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Messung des Reflexionslichtes aus beleuchteten Bereichen des Augenhintergrundes der Augenhintergrund nur teilweise beleuchtet wird und die Intensität des Lichts als Störlicht aus einem nicht beleuchteten Bereich des Augenhintergrunds gemessen wird, dass von jedem Bildpunkt des Lichts aus dem beleuchteten Augenhintergrund das im unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes das gemessene Störlicht subtrahiert wird und dass die Ausgleichsfunktion aus den jeweils um den Störlichtanteil korrigierten Messwerten aus ausgewählten Bereichen des Augenhintergrundes außerhalb der Makula berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als unbeleuchteter Bereich des Augenhintergrundes der Makulabereich gewählt wird, in welchem die optische Dichte des Makulapigments Xanthophyll bestimmt werden soll.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Augenhintergrund zur Messung des Störlichtes ringförmig beleuchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Störlicht ein Mittelwert gebildet wird und dass dieser Störlichtmittelwert vom Licht jeden Bildpunktes aus dem beleuchteten Augenhintergrund subtrahiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise Beleuchtung des Augenhintergrundes zur Erfassung des Störlichts mit einem Sicherheitsabstand zum Makulabereich erfolgt, um bei der Störlichtmessung im unbeleuchteten Makulabereich die Messung von Reflexionslicht aus dem beleuchteten Augenhintergrund auszuschließen.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der einfachen optischen Dichte des Xanthophylls nach der Beziehung
1 . /.
ODx = -log ' Ak
2 /„,, erfolgt, mit:
IAk: Werte der korrigierten Ausgleichsfunktion, berechnet aus den Werten des Reflexionslichtes von Bereichen außerhalb der Makula, verringert um die Werte des Störlichtes, die von einem unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes bei teilweiser Beleuchtung des Augenhintergrundes erhalten wurden, und
Imk: Werte des Reflexionslichtes im Makulabereich bei Beleuchtung auch des Makula- bereichs, verringert um die Werte des Störlichtes, die von einem unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes bei teilweiser Beleuchtung des Augenhintergrundes erhalten wurden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Intensität des Lichts als Störlicht aus einem nicht beleuchteten Bereich des Augenhintergrunds in einem vorhergehenden oder nachfolgenden Schritt zur Messung des Reflexionslichtes aus beleuchteten Bereichen des Augenhintergrundes erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Augenhintergrund zur Messung des Reflexionslichtes aus beleuchteten Bereichen des Augenhintergrunds nur teilweise beleuchtet wird und gleichzeitig die Intensität des Lichts als Störlicht aus einem nicht beleuchteten Bereich des Augenhintergrunds gemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als unbeleuchteter Bereich des Augenhintergrundes ein kreisförmiger Bereich mit einem Durchmesser von 0,4 PD gewählt wird.
10. Vorrichtung zur genauen reflektometrischen Bestimmung der optischen Dichte des Makulapigments Xanthophyll am Augenhintergrund mit einem Ophthalmoskop, beispielsweise einer Funduskamera, durch dessen Beleuchtungsstrahlengang (1) der Augenhintergrund (10) über eine erste Feldblende (FB 1) vollständig beleuchtet wird und in dessen Messstrahlengang (2) für einen Detektor (13) eine zweite für das gesamte vom Auge remittierte Licht durchlässige Feldblende (FB 2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang (1) des Ophthalmoskops eine einfügbare dritte Feldblende (FB 3) vorgesehen ist, durch welche der beobachtbare Augenhintergrund (10) nur teilweise beleuchtet wird und dass im Messstrahlengang (2) des Ophthalmoskops eine einfügbare vierte Feldblende (FB 4) vorgesehen ist, welche nur für das als Störlicht zu messende Licht aus dem unbeleuchteten Teil des Augenhintergrunds (10) durchlässig ist.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Feldblende (FB 3) so gestaltet ist, dass der unbeleuchtete Bereich des Augenhintergrundes (10) der Makulabereich ist und dass die vierte Feldblende (FB 4) so ausgerichtet ist, dass sie nur für Licht aus dem unbeleuchteten Makulabereich durchlässig ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Feldblende (FB 3) das Beleuchtungsfeld am Augenhintergrund (10) zentrisch um die Makula mit einem Innendurchmesser von 1 ,2 PD und mit einem Außendurchmesser von 2,4 PD begrenzt und dass die vierte Feldblende (FB 4) für Licht aus einem kreisförmigen, unbeleuchteten Bereich des Augenhintergrundes (10) mit dem Innendurchmesser von vorzugsweise 0,4 PD durchlässig ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und vierte Feldblende (FB 3, FB 4) jeweils in den Beleuchtungs- bzw. Messstrahlengang (1, 2) einschwenkbar angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und vierte Feldblende (FB 2, FB 4) als eine einzige Blende mit veränderbarem freien Durchmesser ausgeführt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Feldblende (FB 3) so gestaltet ist, dass sie kreisförmig nur den Makulabereich des Augenhintergrundes (10) abschattet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldblende (FB 1) im Beleuchtungsstrahlengang (1) des Ophthalmoskops so gestaltet ist, dass ein Teil des beobachtbaren Augenhintergrundes (10) nicht beleuchtet wird und dass die Feldblende (FB 2) so gestaltet ist, dass durch diese sowohl das remittierte Licht des beleuchteten als auch des unbeleuchteten Augenhintergrundes (10) zum Detektor (13) gelangt.
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