WO2009059737A1 - Anordnung und verfahren zur automatischen ermittlung einer kataraktstärke eines auges sowie ophthalmologisches gerät und steuerverfahren für ein solches - Google Patents

Anordnung und verfahren zur automatischen ermittlung einer kataraktstärke eines auges sowie ophthalmologisches gerät und steuerverfahren für ein solches Download PDF

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WO2009059737A1
WO2009059737A1 PCT/EP2008/009275 EP2008009275W WO2009059737A1 WO 2009059737 A1 WO2009059737 A1 WO 2009059737A1 EP 2008009275 W EP2008009275 W EP 2008009275W WO 2009059737 A1 WO2009059737 A1 WO 2009059737A1
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WO
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light
image
scattered light
cataract
dark
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/009275
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Bublitz
Andreas Brodschelm
Wibke Hellmich
Thomas Mohr
Peter Westphal
Martin Wiechmann
Manfred Dick
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec Ag
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • A61B3/12—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
    • 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
    • A61B3/117—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for examining the anterior chamber or the anterior chamber angle, e.g. gonioscopes
    • A61B3/1173—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for examining the anterior chamber or the anterior chamber angle, e.g. gonioscopes for examining the eye lens
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for automatically determining a cataract strength of an eye and to an ophthalmological apparatus having a light source for illuminating an examination area and a light detector for light reflected from the examination area.
  • the invention also relates to a control method for such a device.
  • Ophthalmological devices for diagnosis, but also for therapy, serve to win single images or image sequences of an eye, in particular of individual eye sections.
  • the devices are equipped with flashlamps, halogen lamps or LEDs to illuminate the eye section to be imaged.
  • a high radiation energy is used for illumination in the prior art.
  • the term "radiation energy" does not mean the energy of the individual photons, but the total energy of all photons integrated over the duration of the illumination.
  • the optimal illumination depends on the eye section to be imaged and other parameters.
  • the patient-specific properties of the eye such as pupil size, degree of reflection of the retina, cornea and lens
  • the device-specific properties such as optical properties and tolerances of the components used as well as aging and pollution of the devices vary.
  • various modes of capture are possible, such as monochrome, staining or fluorescence imaging or illumination at specific angles to the optical axis of the eye.
  • opacities in the eye lens compromise image quality by scattering both the incident illumination light and the reflected light in the eye.
  • the same effects are due to inclusions or foreign bodies.
  • the ophthalmic device itself can also cause stray light, for example due to soiled optical surfaces.
  • the Scattering at a cataract is significantly stronger for blue light than for light of other wavelengths.
  • the proposed measure is disadvantageous in that the reduction of the illumination brightness at the same exposure time makes the recorded image darker, as a result of which the contrast deteriorates. If the exposure time is extended to compensate, the motion blur in the image increases due to the unavoidable eye movement. Due to the weakening of the blue component during image acquisition, the color impression of the image is also falsified. A cataract also scatters light of wavelengths other than blue. This amount of stray light deteriorates the image quality despite the proposed reduction measures.
  • the invention has for its object to provide an arrangement and a method for automatically determining a cataract strength.
  • an ophthalmological device and a control method of the type mentioned are to be improved so that stray light-reduced images of an eye portion can be generated with genuine color impression.
  • the disadvantages of the prior art are overcome by at least partially illuminating an examination area having a predefinable or predetermined radiation energy in a method for automatically determining a cataract strength, wherein at least one light area and at least one dark area are present in the examination area, in particular on an ocular fundus be generated.
  • a method for automatically determining a cataract strength wherein at least one light area and at least one dark area are present in the examination area, in particular on an ocular fundus be generated.
  • at least a portion of at least the dark portion is imaged into a scattered light image, and intensities of at least a portion of the scattered light image are integrated into a cataract strength value.
  • the intensities of the scattered light image resulting from the image of the dark subregion represent illumination light for the bright subregion which was backscattered in the beam path.
  • they represent reflected light reflected from the bright part, which was scattered forward in the beam path.
  • the integral of the intensities is therefore an accurate measure of the intensity of the scattering in the illumination and in the imaging beam path.
  • the integrated intensities as a measure of the extent of the scattering therefore represent a meaningful measure of the strength of a cataract. This cataract strength value can be, for example, on a scale of 1 to 100 or from 1 to 10.
  • the scattered light image is recorded spatially by means of a camera, then it represents a scattered light distribution that can be interpreted as a distribution of cataract strength values.
  • a sensor can be used, which does not allow spatial resolution.
  • the integration can be effected optically by bundling the scattered light image or a part thereof onto the sensor by means of a corresponding optical element, for example a condenser lens.
  • a secondary electron multiplier, a photoresistor or a photodiode can be used as the sensor, for example.
  • the intensities are normalized based on the radiation energy of the illumination or normalized after integrating the cataract strength value on the basis of the radiation energy of the illumination.
  • the radiation energy of the illumination results from the illumination intensity and duration.
  • the cataract strength value can be determined independently of the lighting situation.
  • the cataract strength value indicates a relative, illumination-independent scattered light component.
  • a recorded scattered light image indicates the relative scattered light distribution irrespective of the illumination.
  • the determined cataract strength value is output.
  • the output can be made in particular in electronic form for further settings. If the cataract strength value is output to a user, he can draw conclusions about the degree of cataract with high accuracy in the context of a diagnosis.
  • a spatially resolved scattered light distribution can be output if the scattered light image is recorded by means of a camera.
  • several or exactly two light patterns with different bright and different dark subregions are successively generated in the examination area and at least the preferably disjoint dark subregions of each light pattern at least partially imaged in a respective partial scattered light image, wherein the scattered light image is determined from the partial scattered light images.
  • scattering centers in the entire cross section of the beam path can be taken into account in the cataract strength value or in the scattered light distribution.
  • the cataract strength value or the scattered light distribution can thus be determined with high accuracy.
  • To determine the scattered light image from the partial scattered light images only the dark subregions of the partial scattered light images are expediently combined in a tiling manner to form a preferably gapless scattered light image.
  • the respective edges may be cut to size prior to assembly.
  • the bright subregions can not be completely assembled into a light image.
  • the dark image composed of the partial scattered light images suffices as a scattered light image for determining a cataract strength value or a scattered light distribution.
  • the light patterns are generated in such a way that the bright subregions of the light patterns in particular seamlessly complement each other to form a light image and the dark subregions of the light patterns complete a dark image, wherein the dark image is determined as a scattered light image from the partial scattered light images.
  • the bright portions of the light patterns are geometrically larger than the dark portions, so that adjacent bright portions overlap each other. Since the dark areas are geometrically smaller than the bright ones, the dark image created in this way is not complete.
  • the gaps remaining in the combined dark image from the areas missing in the overlay can be determined from the intensity values from the adjacent recorded dark areas by interpolation. This interpolation is a good approximation if the lateral variations in cataract strength are greater than the distance of the dark areas.
  • the bright portions of the light patterns can also be imaged and superimposed to determine the light image. If they overlap, the regions of the bright subregions immediately adjacent to the dark subregions are cut off in such a way that the resulting bright image is gapless and that two adjacent bright subregions in their overlap region are each trimmed to the same extent. From the light image, the intensity values of the corresponding pixel in the dark image can be subtracted in each pixel. Thus, a complete, stray-light-free reconstruction of the object image can take place, wherein a spatially resolved scattered light distribution in the object plane is taken into account.
  • only the dark partial area is completely or partially imaged in the scattering image.
  • the mapping of only the dark portion or at least a portion thereof is sufficient to determine the cataract strength value.
  • An image of the bright portion is not required, so that can be dispensed with a time-consuming recording of the same.
  • the light portion can advantageously be confocal imaged and hidden the image of the bright portion of the imaging beam path or mirrored out.
  • the bright portion can in particular by confocal imaging of a light source or a Illumination diaphragm can be generated in the examination area. This reversal of the confocal principle allows the determination of the cataract strength value with high accuracy at low cost. Scattering centers in almost the entire cross section of both the illumination and the imaging beam path can be taken into account in this embodiment with a single image, if the bright portion has a much smaller area than the dark portion.
  • scattered light can be produced, for example, in the layered human retina or in the eye lens.
  • the scattered light from the immediate vicinity of the confocal light spot imaged in the object plane can also be taken into account.
  • a two-dimensional or three-dimensional scan may be performed by moving the bright portion in multiple steps and imaging the dark portion into a respective partial scattered light image after each movement step, the partial scattered light images being assembled into the scattered light image.
  • At least the light partial region is at least partially imaged sharply on a background or in a lens of an eye arranged in the examination region.
  • the image corresponds to that in the subsequent recording of the same eye segment.
  • means for compensating for ametropia of the human eye are arranged in an illumination beam path. These preferably have the effect that the at least partially sharp image of the at least one dark partial region is adapted to an existing defective vision.
  • a compensation of the defective vision in the imaging beam path can take place in a known manner, for example in the case of a fundus camera.
  • the defective vision is automatically determined and compensated for both compensation processes.
  • the ametropia can also be adjusted manually by a user. By balancing the refractive error in the illumination beam path, the dark portions can be generated with greater sharpness.
  • a scattered light distribution with higher resolution can be determined For example, by generating, mapping, and evaluating a larger number of smaller dark subregions.
  • the greater sharpness of the dark portions facilitates the tiling of the dark image, thereby achieving greater accuracy.
  • a light source for illuminating an examination area and a light detector for light coming from the direction of the examination area for a control method for an ophthalmological device with light that illuminates the examination area at least partially by means of the light source and light by means of the light detector
  • Direction of the examination area recorded on the basis of the recorded light, a scattered light distribution and / or a cataract strength value determined and adjusted depending on the scattered light distribution and / or the cataract strength value, the spectrum and the brightness of a matched illumination for subsequent image acquisition.
  • the spectrally uneven scattering of a cataract can be taken into account when setting the illumination for the subsequent image acquisition.
  • a spatially resolving or a non-spatially resolving light detector can be used.
  • Parts of a densitometer by means of which the cataract strength value is determined, can advantageously be used as light source and light detector in the method part for determining the scattered light distribution or the cataract strength value.
  • the use of a non-spatially resolving densitometer is possible with little effort.
  • the examination region is illuminated by means of the light source such that at least one light and at least one darker subarea are generated in the examination region.
  • at least the dark partial region is preferably imaged into a scattered light image and, based on at least a part of the scattered light image, the image Scattered light distribution or the cataract strength value determined. This corresponds to the application of the abovementioned method according to the invention for determining a cataract strength.
  • the cataract strength value or the scattered light distribution can be determined in this way with high accuracy.
  • a non-spatially resolving light detector for example a photoresistor, or a spatially resolving light detector, for example a camera, can be used.
  • a raw image is taken, determined on the one hand of the raw image and on the other hand the scattered light distribution and / or the cataract strength value, a scattered light component of the raw image and generates a Streulichtkorrigêts image by the scattered light component is removed from the raw image by calculation , In this way, a stray light-reduced image of an eye portion can be produced with an undistorted color impression.
  • an individual scattered light component is determined for several or all color channels of the raw image and removed from the raw image by calculation.
  • a light detector is required which receives the color channels separately, for example an RGB digital camera.
  • a device for spectral splitting to a set of non-spatially resolving detectors, one detector each receiving a color channel.
  • the brightness of the adjusted illumination and / or individual regions of the spectrum of the adjusted illumination is adjusted so increased on the basis of the scattered light distribution and / or on the cataract strength value that a radiation energy to be expected in the scattered light corrected image corresponds to a predefinable or predefined radiation energy or a signal-to-noise ratio to be expected in the stray-light corrected image corresponds to a predefinable or predetermined signal-to-noise ratio.
  • spectrally selectively stronger illumination the intensity loss caused by the scattering and a potential color distortion be compensated.
  • the excess of illumination can be kept minimal, since the scattered light distribution or the cataract strength is known with high accuracy. Thus, an unnecessary radiation exposure of the eye can be avoided.
  • a proportion of blue increased relative to other color components is advantageously set for the adjusted illumination. This makes it possible to compensate for the loss of cataract, which is particularly pronounced in the blue spectral range.
  • the scattered light corrected image is output so that it can be used for further evaluations, in particular the diagnosis of a doctor.
  • the scattered-corrected image can also be used for quantitative evaluations. This is especially true for images whose color channels have each individually undergone a stray light correction.
  • a camera is used as the light detector. This allows a precise adjustment of the illumination as well as an accurate scattered light correction due to the spatial resolution.
  • the focus of the camera is preferably set lying on a background or in a lens of an eye. As a result, undesired scattering along the entire imaging beam path and along the relevant part of the illumination beam path can be spatially resolved into the scattered light distribution.
  • the ophthalmological apparatus used is a slit lamp, fundus camera, a pachymeter, an instrument for measuring the length of the eye axis, for measuring the anterior chamber depth, for measuring the thickness of the eye lens or for the sectional imaging of ocular media.
  • the methods according to the invention are carried out while an eye or an eye section of a patient is positioned in the examination area.
  • a defective vision of the eye is preferably compensated here in order to be able to produce the at least one dark subarea with great sharpness.
  • the invention also includes a computer program adapted to carry out one of the above-mentioned methods.
  • a corresponding arrangement for automatically determining a cataract strength comprising a light source for illuminating an examination area and a light detector for light coming from the direction of the examination area, comprises modifying means for producing at least one light and at least one dark part in the examination area when illuminated by the light source, means for Imaging at least a portion of at least the dark portion into a scattered light image during illumination and means for integrating intensities of at least a portion of the scattered light image to a cataract strength value.
  • the means for imaging comprises a camera, by means of which the scattered light image is recorded, wherein the means for integrating comprise a control unit.
  • the control unit normalizes the intensities or after integrating the cataract strength value on the basis of the radiation energy of the illumination.
  • the scattered light image can be determined.
  • the modifying means generate the light patterns such that the bright subregions of the light patterns in particular seamlessly complement each other to form a light image and the dark subregions of the light patterns complete a dark image, wherein the dark image can be determined as a scattered light image from the partial scattered light images.
  • the modifying means generate the light patterns such that the bright subregions of the light patterns are geometrically larger than the dark subregions, wherein adjacent bright subregions overlap one another.
  • only the dark partial region can be at least partially imaged into the scattering image by means of the imaging means.
  • the means for exclusively imaging the dark portion preferably comprise as means for Confocal imaging of the bright portion and means for hiding or mirroring the image of the bright portion of the imaging beam path.
  • means are provided for at least partially sharply imaging at least the light portion on a background or in a lens of an eye or eye portion arranged in the examination area.
  • a preferred arrangement for determining a scattered light component on a detection light comprises a light source with modifying means for producing a light and a dark subarea in a target area and a light detector, in particular a camera, for detection light coming from the direction of the target area, characterized by forming the modifying means as means for Confocal imaging of the light source in the bright portion and by means for confocal imaging of the bright portion on means for hiding or mirroring the image of the bright portion of the imaging beam path.
  • This arrangement realizes the reversal of the confocal principle and can in particular be combined with a scanning of an eye section through the bright subarea in order to achieve a higher accuracy.
  • a spectrum and brightness of the light source are adjustable, and that a control unit by means of the light source illuminates the examination area at least partially of the light detector receives light from the direction of the examination region, determines a scattered light distribution and / or a cataract strength value based on the recorded light and adjusts the spectrum and the brightness of a matched illumination for a subsequent image acquisition depending on the scattered light distribution and / or the cataract strength value.
  • a light source whose spectrum and brightness can be adjusted can, for example, comprise a plurality of light emitting diodes of different emission wavelengths whose light is at least partially combined to form an illumination beam. In this way it is possible to use a spectral bandwidth from infrared over visible light up to the ultraviolet for the image recording, wherein the intensity of each spectral component is separately adjustable.
  • the light source and the light detector are preferably parts of a densitometer, by means of which the cataract strength value can be determined.
  • the light source is provided with modifying means, by means of which at least one light and at least one dark portion can be generated in the examination area.
  • the control unit images light from the direction of at least the dark subarea by means of a camera into a scattered light image and determines the scattered light distribution or the cataract strength value on the basis of at least part of the scattered light image.
  • control unit takes a raw image with the camera during the image acquisition under the adjusted illumination, determines a scattered light component in the raw image on the one hand of the raw image and on the other hand the scattered light distribution and / or the cataract strength value and generates a stray-light corrected image by determining the scattered light component mathematically removed from the raw image. It is preferably provided that the control unit determines an individual scattered light component for several or all color channels of the raw image and removes it by calculation.
  • the control unit adjusts the brightness of the adjusted illumination and / or individual regions of the spectrum of the adjusted illumination on the basis of the scattered light distribution and / or on the basis of the cataract strength value in such a way that a radiation energy to be predicted in the scattered light corrected image can be predetermined or predetermined radiation energy corresponds or that a signal-to-noise ratio to be expected in the stray-light corrected image corresponds to a predefinable or predetermined signal-to-noise ratio.
  • the adjusted illumination control unit preferably adjusts a proportion of blue increased relative to other color components.
  • the light detector is a camera, wherein the control unit adjusts the focus of the camera on a background or in a lens of the eye.
  • the light and dark areas are in a preferred embodiment by a structured aperture, which in an intermediate image plane of the illumination beam path is generated.
  • a structured aperture which in an intermediate image plane of the illumination beam path is generated.
  • the ophthalmological device has a possibility for determining the ametropia of the eye to be examined; preferably via an automatic focusing device.
  • the focusing device works to adjust preferably with infrared radiation to avoid irritation of the human eye.
  • the automatically determined ametropia is used to automatically adjust the position of the structured diaphragm in the beam path to the ametropia of the eye to be examined, so as to compensate for ametropia in the illumination beam path.
  • the dark portions can be generated with great sharpness and the scattered light image can be determined with high resolution.
  • a temporally sequential radiation source which has at least two different spectra.
  • the various wavelengths emitted by the radiation source are assigned wavelength-dependent positions of the structured diaphragm in the beam path, taking into account the refractive error of the eye to be examined.
  • a wavelength-dependent assignment of the planes of the image of the illuminated object on the light detector in the observation beam path of the ophthalmological device is also possible to take into account spectral dependencies in the illumination beam path and in the observation beam path especially in case of defective vision of the human eye.
  • the arrangement according to the invention may advantageously be a slit lamp, fundus camera, pachymeter, for measuring the length of the eye axis, for measuring the depth of the anterior chamber, for measuring the thickness of the eye lens or for the sectional image representation of eye media.
  • an eye or an eye section of a patient can be positioned in the examination area.
  • 1 shows a first arrangement for automatically determining the cataract strength of an eye
  • FIG. 3 shows a third arrangement for the automatic determination of the cataract strength of an eye
  • FIG. 5 is a flowchart of a control method for an ophthalmic apparatus.
  • the arrangement 1 shows an arrangement 1 for determining the cataract strength of an eye 2, which can be used separately or in particular in an ophthalmological device (not shown), for example a fundus camera.
  • the imaging beam path A of the arrangement 1 can be part of the imaging beam path of the ophthalmological device in the second case.
  • the arrangement 1 has in the illumination beam path B a light source 3 with optical elements 4 for imaging a pattern aperture 5 on a background 6 of the eye 2.
  • the pattern aperture 5 has a completely opaque (black line) and a completely transparent (white line) area. If the light source 3 is turned on, a bright subregion H and a dark subregion D are produced on the eye background 6 by the image of the pattern iris 5.
  • the imaging beam path A is reflected by a beam splitter 7 in the illumination beam path B and includes a diaphragm 8 and an only indicated optical system 9 for imaging the ocular fundus 6 in an intermediate image 10.
  • the aperture 8 hides the bright portion H of the fundus 6 from the imaging beam path A. so that it is not displayed in the intermediate image 10.
  • the diaphragm 8 has an inverse effect to the pattern aperture 5.
  • the intermediate image 10 can therefore be referred to as a scattered light image 10.
  • the optical system 9 is followed by optics 1 1 for optical integration by focusing the stray light intermediate image 10 onto a non-spatially resolving light detector 12 in the form of a photodiode.
  • the light detector 12 is followed by an analog integrator 13 for integrating the output from the light detector 12 electrical signal over an exposure time.
  • the arrangement 1 is operated by means of a control unit 14, which is connected on the one hand to the integrator 13 and on the other hand to the light source 3.
  • the radiation energy emitted by the light source 3 can be preset with regard to the illumination duration and intensity.
  • the control unit 14 also has an interface 15 for outputting the cataract strength value after it has been detected. The output can be done numerically on a display or electronically on a bus system, for example.
  • the control unit 14 determines the cataract strength value by first switching on the light source 3 for the predetermined illumination duration with a predetermined intensity and by means of an analog-to-digital converter, the signal emitted by the integrator 13 as an exposure time identical to the illumination duration, also called the data acquisition time absorbs abnormal cataract strength. Thereafter, the control unit 14 normalizes the cataract strength value based on the radiant energy emitted from the light source 3 during the data acquisition time, and calculates it to a numerical scale of 0 to 10 ⁇ m. This converted cataract strength value is displayed visually to a user on its interface 15, for example when used as a separate device by a physician. The user or a connected ophthalmological device thus receives information as to whether and in what strength in the eye 2 a cataract or other scattering influences are present.
  • FIG. 2 shows a second arrangement 1 for the automatic determination of the cataract strength of an eye 2.
  • Part 2A shows the arrangement 1 during a first measurement period, sub-figure 2B during an immediately subsequent second measurement period.
  • the two measurement periods for example, are the same length.
  • the arrangement 1 has a spectral and with regard to its brightness adjustable light source 3 with optical elements 4 for imaging a pattern aperture 5 on a background 6 of the eye 2.
  • the light source 3 has a plurality of light-emitting diodes with different spectral ranges, for example an LED for IR light, in each case a red, green and blue LED and an LED for UV light.
  • An imaging beam path A is reflected by a beam splitter 7 into the illumination beam path B and comprises an only indicated optical system 9 for imaging the ocular fundus 6 onto a spatially resolving light detector 12 in the form of a two-dimensional CCD matrix.
  • the pattern panel 5 is alternately provided with two completely opaque (black drawn) and two completely transparent (white drawn) areas. It can be rotated by means of a switching device 15 about its axis, so that the transparent areas occupy the position of the opaque areas and vice versa.
  • the position of the pattern aperture 5 is adjusted to compensate for a manually or automatically to be determined ametropia along the beam path. If the light source 3 is turned on, the illustration of the pattern aperture 5 on the fundus 6 on this two bright portions H and two dark portions D are generated.
  • the optical system 9 then images both the bright subregion H and the dark subregion D onto the light detector 12.
  • the control unit (not shown here) first switches the pattern aperture 5 to its first position, switches on the light source 3 for the predetermined illumination duration with predetermined intensity and white spectrum and reads a first partial scattered light image from the CCD light detector 12 after an exposure time identical to the illumination duration 16A off. Immediately thereafter, the control unit switches the pattern aperture 5 via the switching device 15 in its second position. It then switches on the light source 3 for the given illumination duration with predetermined intensity and white spectrum and reads out a second partial scattered light image 16B after an exposure time identical to the illumination duration from the CCD light detector 12. The control unit superimposes the dark subregions D of the partial scattered light images 16A and 16B into a dark image as a scattered light image S.
  • the scattered light image S may be output instead of or in addition to the cataract strength value, for example for adjusting a matched illumination for a scattered light correction with compensation for spectrally uneven scattering.
  • FIG. 3 shows a third arrangement 1 for automatic determination of the cataract strength of an eye 2. It implements the reverse confocal principle in that an end face 17 of an optical fiber 18 arranged in a central hole of a mirror 20 is imaged sharply into the lens 19 of the eye 2. so that a bright portion H with a surrounding dark portion D is formed as an image.
  • the bright portion H which is substantially smaller than the dark portion D, is confocal exclusively imaged on the optical fiber 18, not on the mirror 20 and hidden in this way from the imaging beam A.
  • Only the dark portion D is imaged via the mirror 20 onto a spatially resolving light detector 12.
  • a scattered light image can be obtained whose intensities represent a scattered light distribution of the entire imaging beam path.
  • a cataract strength value can be determined. This can then be output or further processed.
  • a scanning arrangement may additionally be provided, for example by means of two movable mirrors in the beam path
  • a three-dimensional scattered light analysis is possible by scanning several optical sections in each case another bright partial area is focused and the respective dark partial area D is taken into a respective partial scattered light image.
  • the partial scattered light images can be combined to form a total scattered light image. From the intensities of the total scattered light image, the cataract strength value can then be determined, for example, by integration and normalization. In addition, the total scattered light image can be used for an adjustment of the lighting.
  • the light detector 12 may not be Location-resolving element be formed when the scattered light image is focused as an image of the dark portion of the light detector 12 and thus integrated optically to a single scattered light intensity.
  • the total scattered light image is then composed of the scattered light intensities of the individual focus points.
  • the cataract strength value can also be determined directly from an addition of the individual scattered light intensities.
  • FIG. 4 shows a fundus camera as an ophthalmological device 20 with an arrangement 1 for the automatic determination of a scattered light component according to FIG. 2.
  • the control unit 14 carries out the method illustrated in FIG. 5 as a flow chart for determining the cataract strength and the output of a scattered light corrected image.
  • the blue component of the spectrum is increased, so that a radiation energy to be expected in an image to be recorded after stray-light correction corresponds to a predefinable or predetermined radiation energy.
  • the stronger scattering of a cataract in the blue spectral range can be compensated.
  • a raw image is taken under the lighting adapted in this way, corrected for defective vision, and computationally removed on the basis of the scattered light distribution of the scattered light component.
  • the determination of the scattered light image takes place, for example, according to one of the procedures described above.
  • Defective vision can be determined, for example, by interrogating values that can be set by a user of the device.
  • the refractive error can be automatically determined from the positioned eye using methods known per se.
  • the defective vision thus determined is also used in determining the partial scattered light images by adapting the illumination beam path to compensate for the ametropia, so that the dark parts are generated with great sharpness.
  • a light image from the bright subregions H is composed in addition to the dark image composed of the dark subregions D recorded for the different light patterns as a total scattered light image.
  • the dark image is subtracted from the light image in order to computationally remove the scattered light.
  • the scattered light corrected image can then be output.
  • the method in any case expediently after determination of the total scattered light image and optionally after integration of its intensities to the cataract strength value with the output of the cataract strength value or the scattered light image as scattered light distribution.
  • the output can also be done in addition to the output of a stray-corrected image.

Abstract

Es sollen eine Kataraktstärke automatisch ermittelt, streulichtreduzierte Bilder eines Augenabschnitts mit unverfälschtem Farbeindruck erzeugt und ein Streulichtanteil ermittelt werden. Zum Ermitteln einer Kataraktstärke wird im Auge ein Lichtmuster mit mindestens einem hellen und mindestens einem dunklen Teilbereich (H, D) erzeugt, wenigstens ein Teil des dunklen Teilbereichs (D) in ein Streulichtbild (S) abgebildet und die Intensitäten zu einem Katarakt stärkewert integriert. Bei einem ophthalmologischen Gerät (21) mit einer einstellbaren Lichtquelle (3) und einem Lichtdetektor (12) wird in Abhängigkeit der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts das Spektrum und die Helligkeit einer angepassten Beleuchtung für eine nachfolgende Bildaufnahme eingestellt. Bei einer Anordnung (1) zum Ermitteln eines Streulichtanteils an einem Detektionslicht mit einer Lichtquelle (3) mit Modifikationsmitteln zum Erzeugen eines hellen und eines dunklen Teilbereichs sind die Modifikationsmittel als Mittel zum konfokalen Abbilden (17, 20) der Lichtquelle (3) in den hellen Teilbereich (H) ausgebildet und es sind Mittel zum konfokalen Abbilden des hellen Teilbereichs (H) auf Mittel zum Ausblenden (17, 20) oder Ausspiegeln des Abbilds des hellen Teilbereichs (H) aus dem Abbildungsstrahlengang vorgesehen.

Description

Anordnung und Verfahren zur automatischen Ermittlunfi einer Kataraktstärke eines Auges sowie ophthalmologisches Gerät und Steuerverfahren für ein solches
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Kataraktstärke eines Auges sowie ein ophthalmologisches Gerät mit einer Lichtquelle zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor für von dem Untersuchungsbereich reflektiertes Licht. Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuerverfahren für ein solches Gerät.
Ophthalmologische Geräte für die Diagnose, aber auch für die Therapie, dienen dazu, Einzelbilder oder Bildsequenzen von einem Auge, insbesondere von einzelnen Augenabschnitten, zu gewinnen. Die Geräte sind mit Blitzlampen, Halogenlampen oder Leuchtdioden zur Beleuchtung des abzubildenden Augenabschnitts ausgerüstet. Um Bilder mit hoher Dynamik und gutem Kontrast aufnehmen zu können, wird im Stand der Technik eine hohe Strahlungsenergie zur Beleuchtung verwendet. Unter dem Begriff der Strahlungsenergie ist hierbei nicht die Energie der einzelnen Photonen, sondern die über die Beleuchtungsdauer integrierte Gesamtenergie aller Photonen zu verstehen.
Eine zu hohe Strahlungsenergie führt jedoch zu überbelichteten Bildern, eine zu niedrige Strahlungsenergie hingegen zu niedrigem Kontrast und hohem Rauschen. Die optimale Beleuchtung ist von dem abzubildenden Augenabschnitt und weiteren Parametern abhängig. So variieren die patientenindividuellen Eigenschaften des Auges, beispielsweise Pupillengröße, Reflexgrad von Retina, Kornea und Linse, und die geräteindividuellen Eigenschaften, beispielsweise optische Eigenschaften und Toleranzen der eingesetzten Bauelemente sowie Alterung und Verschmutzungsgrad der Geräte. Auch sind verschiedene Aufhahmemoden möglich, beispielsweise Monochrom-, Färb- oder Fluoreszenzaufhahmen oder eine Beleuchtung unter speziellen Winkeln zur optischen Achse des Auges.
Bei jeder Bildaufhahme beeinträchtigen Trübungen in der Augenlinse (Katarakt), im Glaskörper und/oder in der Hornhaut die Bildqualität, indem sie sowohl das einfallende Beleuchtungslicht als auch das im Auge reflektierte Licht streuen. Dieselben Auswirkungen haben Einschlüsse oder Fremdkörper im Auge. Auch das ophthalmologische Gerät selbst kann Streulicht verursachen, beispielsweise durch verschmutzte optische Flächen. Die Streuung an einer Katarakt ist für blaues Licht deutlich stärker als für Licht anderer Wellenlängen.
Im Stand der Technik sind Maßnahmen zur Minderung des Streulichteinflusses einer Katarakt bei einer Funduskamera aus US 7,147,328 bekannt. Dort sind manuelle Einstellmöglichkeiten für die Art und die Stärke einer Katarakt vorgesehen. Alternativ zur manuellen Einstellung der Kataraktart und -stärke wird vorgeschlagen, die Trübung der Augenlinse automatisch zu ermitteln. Eine konkrete Vorgehensweise zur automatischen Ermittlung der Stärke der Katarakt ist nicht angegeben. Die Bildaufnahme erfolgt dann in Abhängigkeit der Kataraktstärke beziehungsweise Trübung der Augenlinse. Je stärker die Katarakt beziehungsweise je trüber die Augenlinse ist, desto stärker soll die Beleuchtungshelligkeit einer Xenon-Lampe und die Ausgangsverstärkung im Blaukanal eines aufnehmenden Farbbildsensors reduziert werden. Auf diese Weise soll die Sättigung des aufgenommenen Bildes durch Streulicht vermieden werden.
An der vorgeschlagenen Maßnahme ist nachteilig, dass durch die Verringerung der Beleuchtungshelligkeit bei gleicher Belichtungszeit das aufgenommene Bild dunkler wird, wodurch sich der Kontrast verschlechtert. Wird zum Ausgleich die Belichtungsdauer verlängert, so erhöht sich wegen der unvermeidlichen Augenbewegung die Bewegungsunschärfe im Bild. Durch die Abschwächung des Blauanteils bei der Bildaufnahme wird zudem der Farbeindruck des Bildes verfälscht. Eine Katarakt streut darüber hinaus auch Licht anderer Wellenlängen als Blau. Dieser Streulichtanteil verschlechtert die Bildqualität trotz der vorgeschlagenen Reduktionsmaßnahmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Kataraktstärke anzugeben. Daneben sind ein ophthalmologisches Gerät und ein Steuerverfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass streulichtreduzierte Bilder eines Augenabschnitts mit unverfälschtem Farbeindruck erzeugt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch eine Anordnung, welche die in Anspruch 21 angegebenen Merkmale aufweist. Ein erfindungsgemäßes ophthalmologisches Gerät ist Gegenstand von Anspruch 28, ein zugehöriges Steuerverfahren Gegenstand von Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden, indem bei einem Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Kataraktstärke ein Untersuchungsbereich mit einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie zumindest teilweise beleuchtet wird, wobei in dem Untersuchungsbereich, insbesondere auf einem Augenhintergrund, mindestens ein heller und mindestens ein dunkler Teilbereich erzeugt werden. Während des Beleuchtens wird wenigstens ein Teil zumindest des dunklen Teilbereichs in ein Streulichtbild abgebildet und Intensitäten wenigstens eines Teils des Streulichtbilds zu einem Kataraktstärkewert integriert.
Die aus der Abbildung des dunklen Teilbereichs resultierenden Intensitäten des Streulichtbilds repräsentieren einerseits Beleuchtungslicht für den hellen Teilbereich, das im Strahlengang rückgestreut wurde. Andererseits repräsentieren sie aus dem hellen Teilbereich reflektiertes Detektionslicht, das im Strahlengang vorwärtsgestreut wurde. Das Integral der Intensitäten ist daher ein genaues Maß für die Stärke der Streuung im Beleuchtungs- und im Abbildungsstrahlengang. Mit zunehmender Trübung der Augenlinse nehmen die Anzahl und die Größe der Streuzentren zu. Die integrierten Intensitäten als Maß für die Stärke der Streuung stellen deswegen ein aussagekräftiges Maß für die Stärke einer Katarakt dar. Dieser Kataraktstärkewert kann beispielsweise auf einer Skala von 1 bis 100 oder von 1 bis 10 liegen.
Wird das Streulichtbild mittels einer Kamera ortsauflösend aufgenommen, so stellt es eine Streulichtverteilung dar, die als Verteilung von Kataraktstärkewerten interpretiert werden kann. Anstelle einer Kamera kann auch ein Sensor verwendet werden, der keine Ortsauflösung ermöglicht. In diesem Fall kann die Integration optisch erfolgen, indem das Streulichtbild oder ein Teil davon durch ein entsprechendes optisches Element, beispielsweise eine Sammellinse, auf den Sensor gebündelt wird. Als Sensor kann beispielsweise je nach zu erwartender Strahlungsenergie ein Sekundärelektronenvervielfacher, ein Photowiderstand oder eine Photodiode verwendet werden. Vorzugsweise werden vor dem Integrieren die Intensitäten anhand der Strahlungsenergie der Beleuchtung normiert oder nach dem Integrieren der Kataraktstärkewert anhand der Strahlungsenergie der Beleuchtung normiert. Die Strahlungsenergie der Beleuchtung ergibt sich aus Beleuchtungsintensität und -dauer. Auf diese Weise kann der Kataraktstärkewert unabhängig von der Beleuchtungssituation ermittelt werden. Durch Normierung auf die Strahlungsenergie gibt der Kataraktstärkewert einen relativen, beleuchtungsunabhängigen Streulichtanteil an. Durch Normierung gibt ein aufgenommenes Streulichtbild die relative Streulichtverteilung beleuchtungsunabhängig an.
Zweckmäßigerweise wird der ermittelte Kataraktstärkewert ausgegeben. Die Ausgabe kann insbesondere in elektronischer Form für weitere Einstellungen erfolgen. Wird der Kataraktstärkewert an einen Benutzer ausgegeben, so kann dieser daraus im Rahmen einer Diagnose mit hoher Genauigkeit Schlüsse über den Grad der Katarakt ziehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine ortsaufgelöste Streulichtverteilung ausgegeben werden, falls das Streulichtbild mittels einer Kamera aufgenommen wird.
Vorteilhafterweise werden in dem Untersuchungsbereich nacheinander mehrere oder genau zwei Lichtmuster mit unterschiedlichen hellen und unterschiedlichen dunklen Teilbereichen erzeugt und von jedem Lichtmuster zumindest die vorzugsweise disjunkten dunklen Teilbereiche wenigstens teilweise in ein jeweiliges Teilstreulichtbild abgebildet, wobei aus den Teilstreulichtbildern das Streulichtbild ermittelt wird. Dadurch können im Kataraktstärkewert beziehungsweise in der Streulichtverteilung Streuzentren im gesamten Querschnitt des Strahlengangs berücksichtigt werden. Zudem kann so der Kataraktstärkewert beziehungsweise die Streulichtverteilung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Zum Ermitteln des Streulichtbilds aus den Teilstreulichtbildern werden zweckmäßigerweise ausschließlich die dunklen Teilbereiche aus den Teilstreulichtbildern kachelartig zu einem vorzugsweise lückenlosen Streulichtbild zusammengesetzt. Falls die Kacheln einander aufgrund der Flächengröße der dunklen Teilbereiche überlappen, können beispielsweise die betreffenden Ränder vor dem Zusammensetzen entsprechend zugeschnitten werden. In diesem Fall können die hellen Teilbereiche nicht lückenlos zu einem Hellbild zusammengesetzt werden. Das aus den Teilstreulichtbildern zusammengesetzte Dunkelbild genügt jedoch als Streulichtbild zur Ermittlung eines Kataraktstärkewerts oder einer Streulichtverteilung. Vorzugsweise werden die Lichtmuster so erzeugt, dass sich die hellen Teilbereiche der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Hellbild und die dunklen Teilbereiche der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Dunkelbild ergänzen, wobei das Dunkelbild als Streulichtbild aus den Teilstreulichtbildern ermittelt wird.
In einer besonderen Ausführung sind die hellen Teilbereiche der Lichtmuster geometrisch größer als die dunklen Bereiche, so dass benachbarte helle Teilbereiche einander überlappen. Da die dunklen Teilbereiche geometrisch kleiner sind als die hellen ist das so erzeugte Dunkelbild nicht vollständig. Die im kombinierten Dunkelbild verbleibenden Lücken aus den bei der Überlagerung fehlenden Bereichen können aus den Intensitätswerten aus den angrenzenden aufgenommenen Dunkelbereichen durch Interpolieren ermittelt werden. Diese Interpolation ist eine gute Näherung, wenn die lateralen Schwankungen der Kataraktstärke größer sind als der Abstand der dunklen Bereiche.
Die hellen Teilbereiche der Lichtmuster können ebenfalls abgebildet und miteinander überlagert werden, um das Hellbild zu ermitteln. Wenn sie überlappen, werden die unmittelbar an die dunklen Teilbereiche angrenzenden Regionen der hellen Teilbereiche so abgeschnitten, dass das entstehende Hellbild lückenlos ist und dass zwei benachbarte helle Teilbereiche in ihrem Überlappungsbereich jeweils in gleichem Maß beschnitten werden. Von dem Hellbild können in jedem Bildpunkt die Intensitätswerte des korrespondierenden Bildpunkts im Dunkelbild abgezogen werden. So kann eine vollständige, streulichtfreie Rekonstruktion des Objektbildes erfolgen, wobei eine ortsaufgelöste Streulichtverteilung in der Objektebene berücksichtigt wird.
In einer besonderen Ausfiihrungsform wird in das Streubild ausschließlich der dunkle Teilbereich ganz oder teilweise abgebildet. Die Abbildung ausschließlich des dunklen Teilbereichs oder zumindest eines Teils davon reicht zur Ermittlung des Kataraktstärkewerts aus. Eine Abbildung des hellen Teilbereichs ist nicht erforderlich, so dass auf eine zeitaufwendige Aufnahme desselben verzichtet werden kann.
In einer besonderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann der helle Teilbereich vorteilhafterweise konfokal abgebildet und das Abbild des hellen Teilbereichs aus dem Abbildungsstrahlengang ausgeblendet oder ausgespiegelt werden. Dabei kann der helle Teilbereich insbesondere durch konfokale Abbildung einer Lichtquelle beziehungsweise einer Beleuchtungsblende in den Untersuchungsbereich erzeugt werden. Diese Umkehrung des konfokalen Prinzips ermöglicht die Ermittlung des Kataraktstärkewerts mit hoher Genauigkeit bei geringem Aufwand. Streuzentren nahezu im gesamten Querschnitt sowohl des Beleuchtungs- als auch des Abbildungsstrahlengangs können in dieser Ausführungsform mit einer einzigen Abbildung berücksichtigt werden, wenn der helle Teilbereich eine viel kleinere Fläche aufweist als der dunkle Teilbereich. Auch in der unmittelbaren Umgebung eines konfokal in die Objektebene abgebildeten Lichtpunkts kann beispielsweise in der schichtweise aufgebauten menschlichen Retina oder in der Augenlinse Streulicht entstehen. Mittels dieser besonderen Ausgestaltung kann auch das Streulicht aus der unmittelbaren Umgebung des in die Objektebene konfokal abgebildeten Lichtpunkts berücksichtigt werden.
Vorteilhafterweise kann in dieser Ausführungsform eine zweidimensionale oder dreidimensionale Abtastung durchgeführt werden, indem der helle Teilbereich in mehreren Schritten bewegt und nach jedem Bewegungsschritt der dunkle Teilbereich in ein jeweiliges Teilstreulichtbild abgebildet wird, wobei die Teilstreulichtbilder zu dem Streulichtbild zusammengesetzt werden. Dadurch ist eine ortsaufgelöste Streuanalyse für eine hohe Genauigkeit des Kataraktstärkewerts beziehungsweise der Streulichtverteilung möglich.
Zweckmäßigerweise wird wenigstens der helle Teilbereich zumindest teilweise scharf auf einen Hintergrund oder in eine Linse eines in dem Untersuchungsbereich angeordneten Auges abgebildet. So entspricht die Abbildung derjenigen bei der nachfolgenden Aufnahme desselben Augenabschnitts. Durch die Anwendung des konfokalen Prinzips kann die Strahlenbelastung des Auges dennoch niedrig gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel zum Ausgleich einer Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet. Diese bewirken vorzugsweise, dass die zumindest teilweise scharfe Abbildung des mindestens einen dunklen Teilbereichs an eine vorhandene Fehlsichtigkeit angepasst wird. Daneben kann in bekannter Weise ein Ausgleich der Fehlsichtigkeit im Abbildungsstrahlengang erfolgen, beispielsweise im Falle einer Funduskamera. Vorteilhafterweise wird die Fehlsichtigkeit für beide Ausgleichsvorgänge automatisch ermittelt und ausgeglichen. Alternativ kann die Fehlsichtigkeit auch manuell von einem Benutzer eingestellt werden. Durch Ausgleich der Fehlsichtigkeit im Beleuchtungsstrahlengang können die dunklen Teilbereiche mit größerer Schärfe erzeugt werden. So kann eine Streulichtverteilung mit höherer Auflösung ermittelt werden, indem beispielsweise eine größere Anzahl kleinerer dunkler Teilbereiche erzeugt, abgebildet und ausgewertet wird. Zudem wird durch die größere Schärfe der dunklen Teilbereiche das kachelartige Zusammensetzen des Dunkelbildes erleichtert und dabei eine höhere Genauigkeit erreicht.
Erfindungsgemäß ist für ein Steuerverfahren für ein ophthalmologisches Gerät mit einer hinsichtlich ihres Spektrums und ihrer Helligkeit einstellbaren Lichtquelle zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor für aus Richtung des Untersuchungsbereichs kommendes Licht vorgesehen, dass mittels der Lichtquelle der Untersuchungsbereich zumindest teilweise beleuchtet, mittels des Lichtdetektors Licht aus Richtung des Untersuchungsbereichs aufgenommen, anhand des aufgenommenen Lichts eine Streulichtverteilung und/oder einen Kataraktstärkewert ermittelt und in Abhängigkeit der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts das Spektrum und die Helligkeit einer angepassten Beleuchtung für eine nachfolgende Bildaufhahme eingestellt werden.
Durch Anpassung insbesondere des Spektrums anhand einer zuvor ermittelten Streulichtverteilung beziehungsweise eines Kataraktstärkewerts kann beim Einstellen der Beleuchtung für die nachfolgende Bildaufnahme die spektral ungleichmäßige Streuung einer Katarakt berücksichtigt werden. Für die Ermittlung der Streulichtverteilung beziehungsweise des Kataraktstärkewerts kann ein ortsauflösender oder ein nicht ortsauflösender Lichtdetektor verwendet werden.
In dem Verfahrensteil zum Bestimmen der Streulichtverteilung beziehungsweise des Kataraktstärkewerts können dabei als Lichtquelle und Lichtdetektor vorteilhafterweise Teile eines Densitometers verwendet werden, mittels dessen der Kataraktstärkewert ermittelt wird. Die Verwendung eines nicht ortsauflösenden Densitometers ist mit geringem Aufwand möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zum Ermitteln der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts und/oder zur Bildaufhahme unter der angepassten Beleuchtung der Untersuchungsbereich mittels der Lichtquelle so beleuchtet, dass in dem Untersuchungsbereich mindestens ein heller und mindestens ein dunkler Teilbereich erzeugt werden. Vorzugsweise wird während des Beleuchtens zumindest der dunkle Teilbereich in ein Streulichtbild abgebildet und anhand wenigstens eines Teils des Streulichtbilds die Streulichtverteilung oder der Kataraktstärkewert ermittelt. Dies entspricht der Anwendung des obengenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Kataraktstärke. Der Kataraktstärkewert beziehungsweise die Streulichtverteilung kann auf diese Weise mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Die Einstellung der angepassten Beleuchtung ist dadurch so möglich, dass in einer nachfolgenden Bildaufhahme ein streulichtreduziertes Bild eines Augenabschnitts mit unverfälschtem Farbeindruck erzeugt wird. Auch in dieser Ausgestaltung kann ein nicht ortsauflösender Lichtdetektor, beispielsweise ein Photowiderstand, oder ein ortsauflösender Lichtdetektor, beispielsweise eine Kamera, verwendet werden.
Vorzugsweise wird bei einer nachfolgenden Bildaufhahme unter der angepassten Beleuchtung mittels einer Kamera ein Rohbild aufgenommen, anhand einerseits des Rohbilds und andererseits der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts ein Streulichtanteil des Rohbilds ermittelt und ein streulichtkorrigiertes Bild erzeugt, indem der Streulichtanteil aus dem Rohbild rechnerisch entfernt wird. Auf diese Weise kann ein streulichtreduziertes Bild eines Augenabschnitts mit unverfälschtem Farbeindruck erzeugt werden.
Vorteilhafterweise wird für mehrere oder für alle Farbkanäle des Rohbilds ein individueller Streulichtanteil ermittelt und rechnerisch aus dem Rohbild entfernt. Dadurch kann die tatsächliche Farbwiedergabe des untersuchten Objekts beziehungsweise Augenabschnitts rekonstruiert werden. Für die farbkanalweise Streulichtkorrektur ist ein Lichtdetektor erforderlich, der die Farbkanäle separat aufnimmt, beispielsweise eine RGB-Digitalkamera. Es ist aber auch denkbar, beispielsweise einer Menge von nicht ortsauflösenden Detektoren eine Vorrichtung zur spektralen Aufspaltung vorzuschalten, wobei jeweils ein Detektor einen Farbkanal aufnimmt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Helligkeit der angepassten Beleuchtung und/oder einzelner Bereiche des Spektrums der angepassten Beleuchtung anhand der Streulichtverteilung und/oder anhand des Kataraktstärkewerts so erhöht eingestellt, dass eine in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartende Strahlungsenergie einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie entspricht oder dass ein in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartendes Signal-Rausch- Verhältnis einem vorgebbaren oder vorgegebenen Signal- Rausch- Verhältnis entspricht. Durch insbesondere spektral selektiv stärkere Beleuchtung kann der durch die Streuung verursachte Intensitätsverlust und eine potentielle Farbverfälschung ausgeglichen werden. Das Übermaß der Beleuchtung kann dabei minimal gehalten werden, da die Streulichtverteilung beziehungsweise die Kataraktstärke mit hoher Genauigkeit bekannt ist. So kann eine unnötige Strahlenbelastung des Auges vermieden werden.
Insbesondere wird vorteilhafterweise für die angepasste Beleuchtung ein relativ zu anderen Farbanteilen erhöhter Blauanteil eingestellt. Dies ermöglicht den Verlustausgleich der im blauen Spektralbereich besonders starken Streuung einer Katarakt.
Zweckmäßigerweise wird das streulichtkorrigierte Bild ausgegeben, um es für weitere Auswertungen, insbesondere die Diagnose eines Arztes, nutzen zu können. Das streulichtkorrigierte Bild kann auch für quantitative Auswertungen genutzt werden. Dies trifft insbesondere auch für Bilder zu, deren Farbkanäle jeweils einzeln eine Streulichtkorrektur erfahren haben.
Vorzugsweise wird als Lichtdetektor eine Kamera verwendet. Diese ermöglicht durch die Ortsauflösung eine genaue Einstellung der Beleuchtung als auch eine genaue Streulichtkorrektur. Dabei wird der Fokus der Kamera vorzugsweise auf einen Hintergrund oder in einer Linse eines Auges liegend eingestellt. Dadurch kann unerwünschte Streuung längs des gesamten Abbildungsstrahlengangs und längs des relevanten Teils des Beleuchtungsstrahlengangs ortsaufgelöst in die Streulichtverteilung akkumuliert werden.
Vorteilhafterweise wird als ophthalmologisches Gerät eine Spaltlampe, Funduskamera, ein Pachymeter, ein Gerät zur Augenachslängenmessung, zur Messung der Augenvorderkammertiefe, zur Messung der Augenlinsendicke oder zur Schnittbilddarstellung von Augenmedien verwendet.
Zweckmäßigerweise werden die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt, während in dem Untersuchungsbereich ein Auge oder ein Augenabschnitt eines Patienten positioniert ist. Beim Erzeugen der dunklen Teilbereiche wird hierbei vorzugsweise eine Fehlsichtigkeit des Auges ausgeglichen, um den mindestens einen dunklen Teilbereich mit großer Schärfe erzeugen zu können.
Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogramm, das zur Durchführung eines der obengenannten Verfahren eingerichtet ist. Eine entsprechende Anordnung zur automatischen Ermittlung einer Kataraktstärke, mit einer Lichtquelle zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor für aus Richtung des Untersuchungsbereichs kommendes Licht, umfasst Modifikationsmittel zum Erzeugen mindestens eines hellen und mindestens eines dunklen Teilbereichs in dem Untersuchungsbereich beim Beleuchten mittels der Lichtquelle, Mittel zum Abbilden wenigstens eines Teils zumindest des dunklen Teilbereichs in ein Streulichtbild während des Beleuchtens und Mittel zum Integrieren von Intensitäten wenigstens eines Teils des Streulichtbilds zu einem Kataraktstärkewert.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zum Abbilden eine Kamera, mittels derer das Streulichtbild aufgenommen wird, wobei die Mittel zum Integrieren eine Steuereinheit umfassen. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Steuereinheit vor dem Integrieren die Intensitäten oder nach dem Integrieren den Kataraktstärkewert anhand der Strahlungsenergie der Beleuchtung normiert.
In bevorzugten Ausgestaltungen sind mittels der Modifϊkationsmittel beim Beleuchten nacheinander mehrere oder genau zwei Lichtmuster mit unterschiedlichen hellen und unterschiedlichen dunklen Teilbereichen erzeugbar und von jedem Lichtmuster zumindest die dunklen Teilbereiche wenigstens teilweise in ein jeweiliges Teilstreulichtbild abbildbar sind, wobei die aus den Teilstreulichtbildern das Streulichtbild ermittelbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung erzeugen die Modifikationsmittel die Lichtmuster so, dass sich die hellen Teilbereiche der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Hellbild und die dunklen Teilbereiche der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Dunkelbild ergänzen, wobei das Dunkelbild als Streulichtbild aus den Teilstreulichtbildern ermittelbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugen die Modifikationsmittel die Lichtmuster so, dass die hellen Teilbereiche der Lichtmuster geometrisch größer sind als die dunklen Teilbereiche, wobei benachbarte helle Teilbereiche einander überlappen.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Mittel zum Abbilden ausschließlich der dunkle Teilbereich wenigstens teilweise in das Streubild abbildbar. Dabei umfassen die Mittel zum ausschließlichen Abbilden des dunklen Teilbereichs vorzugsweise als Mittel zum konfokalen Abbilden des hellen Teilbereichs und Mittel zum Ausblenden oder Ausspiegeln des Abbilds des hellen Teilbereichs aus dem Abbildungsstrahlengang.
Vorzugsweise sind Mittel zum zumindest teilweise scharfen Abbilden zumindest des hellen Teilbereichs auf einen Hintergrund oder in eine Linse eines in dem Untersuchungsbereich angeordneten Auges oder Augenabschnitts vorgesehen.
Eine bevorzugte Anordnung zur Ermittlung eines Streulichtanteils an einem Detektionslicht umfasst eine Lichtquelle mit Modifikationsmitteln zum Erzeugen eines hellen und eines dunklen Teilbereichs in einem Zielbereich und einen Lichtdetektor, insbesondere eine Kamera, für aus Richtung des Zielbereichs kommendes Detektionslicht, gekennzeichnet durch Ausbildung der Modifikationsmittel als Mittel zum konfokalen Abbilden der Lichtquelle in den hellen Teilbereich sowie durch Mittel zum konfokalen Abbilden des hellen Teilbereichs auf Mittel zum Ausblenden oder Ausspiegeln des Abbilds des hellen Teilbereichs aus dem Abbildungsstrahlengang. Diese Anordnung realisiert die Umkehrung des konfokalen Prinzips und kann insbesondere mit einer Abtastung eines Augenabschnitts durch den hellen Teilbereich kombiniert werden, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen.
Für ein ophthalmologisches Gerät mit einer Lichtquelle zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor für aus Richtung des Untersuchungsbereichs kommendes Licht ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Spektrum und eine Helligkeit der Lichtquelle einstellbar sind, und dass eine Steuereinheit mittels der Lichtquelle den Untersuchungsbereich zumindest teilweise beleuchtet, mittels des Lichtdetektors Licht aus Richtung des Untersuchungsbereichs aufnimmt, anhand des aufgenommenen Lichts eine Streulichtverteilung und/oder einen Kataraktstärkewert ermittelt und in Abhängigkeit der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts das Spektrum und die Helligkeit einer angepassten Beleuchtung für eine nachfolgende Bildaufhahme einstellt. Eine Lichtquelle, deren Spektrum und Helligkeit einstellbar ist, kann beispielsweise mehrere Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionswellenlängen umfassen, deren Licht wenigstens teilweise zu einem Beleuchtungsstrahl vereinigt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine spektrale Bandbreite von Infrarot über sichtbares Licht bis hin zum Ultravioletten für die Bildaufhahme einzusetzen, wobei die Intensität jedes Spektralanteils separat einstellbar ist. Hierbei sind die Lichtquelle und der Lichtdetektor vorzugsweise Teile eines Densitometers sind, mittels dessen der Kataraktstärkewert ermittelbar ist.
Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle mit Modifikationsmitteln versehen ist, mittels derer in dem Untersuchungsbereich mindestens ein heller und mindestens ein dunkler Teilbereich erzeugbar sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinheit während des Beleuchtens Licht aus Richtung mindestens dem dunklen Teilbereich mittels einer Kamera in ein Streulichtbild abbildet und anhand wenigstens eines Teils des Streulichtbilds die Streulichtverteilung oder den Kataraktstärkewert ermittelt.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform nimmt die Steuereinheit bei der Bildaufhahme unter der angepassten Beleuchtung mit einer Kamera ein Rohbild auf, ermittelt anhand einerseits des Rohbilds und andererseits der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts einen Streulichtanteil in dem Rohbild und erzeugt ein streulichtkorrigiertes Bild, indem sie den Streulichtanteil aus dem Rohbild rechnerisch entfernt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinheit einen individuellen Streulichtanteil für mehrere oder alle Farbkanäle des Rohbilds ermittelt und rechnerisch aus diesem entfernt.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit die Helligkeit der angepassten Beleuchtung und/oder einzelner Bereiche des Spektrums der angepassten Beleuchtung anhand der Streulichtverteilung und/oder anhand des Kataraktstärkewerts so erhöht einstellt, dass eine in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartende Strahlungsenergie einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie entspricht oder dass ein in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartendes Signal-Rausch- Verhältnis einem vorgebbaren oder vorgegebenen Signal-Rausch-Verhältnis entspricht. Insbesondere stellt die Steuereinheit für die angepasste Beleuchtung vorzugsweise einen relativ zu anderen Farbanteilen erhöhten Blauanteil ein.
Zweckmäßigerweise ist der Lichtdetektor eine Kamera, wobei die Steuereinheit den Fokus der Kamera auf einen Hintergrund oder in einer Linse des Auges liegend einstellt.
Die hellen und dunklen Bereiche werden in einer bevorzugten Ausfuhrungsform durch eine strukturierte Blende, die sich in einer Zwischenbildebene des Beleuchtungsstrahlengangs befindet, erzeugt. Vorzugsweise kann man die Position der strukturierten Blende im Strahlengang mechanisch verschieben.
In einer weiteren Ausführungsform verfugt das ophthalmologische Gerät über eine Möglichkeit zur Bestimmung der Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges; vorzugsweise über eine automatische Fokussiervorrichtung. Die Fokussiervorrichtung arbeitet dabei zur Einstellung bevorzugt mit infraroter Strahlung, um eine Reizung des menschlichen Auges zu vermeiden.
Vorzugsweise wird die automatisch ermittelte Fehlsichtigkeit genutzt, um die Position der strukturierten Blende im Strahlengang automatisch an die Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges anzupassen, um so im Beleuchtungsstrahlengang die Fehlsichtigkeit auszugleichen. Dadurch können die dunklen Teilbereiche mit großer Schärfe erzeugt und das Streulichtbild mit hoher Auflösung ermittelt werden.
Vorteilhafterweise wird eine zeitlich sequentielle Strahlungsquelle verwendet, die mindestens zwei verschiedene Spektren aufweist. Den verschiedenen von der Strahlungsquelle emittierten Wellenlängen werden - unter Einbeziehung der Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges - wellenlängenabhängige Positionen der strukturierten Blende im Strahlengang zugeordnet.
Ferner erfolgt in einer bevorzugten Ausfuhrungsform eine wellenlängenabhängige Zuordnung der Ebenen des Bildes des beleuchteten Objekts auf dem Lichtdetektor im Beobachtungsstrahlengang des ophthalmologischen Gerätes. So ist es möglich, auch spektrale Abhängigkeiten im Beleuchtungsstrahlengang und im Beobachtungsstrahlengang speziell auch bei Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges zu berücksichtigen.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann vorteilhafterweise eine Spaltlampe, Funduskamera, Pachymeter, zur Augenachslängenmessung, zur Messung der Augenvorderkammertiefe, zur Messung der Augenlinsendicke oder zur Schnittbilddarstellung von Augenmedien sein.
Vorzugsweise ist in dem Untersuchungsbereich ein Auge oder ein Augenabschnitt eines Patienten positionierbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine erste Anordnung zur automatischen Ermittlung der Kataraktstärke eines Auges,
Fig. 2 eine zweite Anordnung zur automatischen Ermittlung der Kataraktstärke eines Auges,
Fig. 3 eine dritte Anordnung zur automatischen Ermittlung der Kataraktstärke eines Auges,
Fig. 4 ein ophthalmologisches Gerät fiir die streulichtkorrigierte Aufnahme eines Augenabschnitts und
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens für ein ophthalmologisches Gerät.
In allen Zeichnungen haben übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 1 zur Ermittlung der Kataraktstärke eines Auges 2, welche separat oder insbesondere in einem ophthalmologischen Gerät (nicht gezeigt), beispielsweise einer Funduskamera, verwendbar ist. Der Abbildungsstrahlengang A der Anordnung 1 kann im zweiten Fall Teil des Abbildungsstrahlengangs des ophthalmologischen Geräts sein. Die Anordnung 1 weist im Beleuchtungsstrahlengang B eine Lichtquelle 3 mit optischen Elementen 4 zur Abbildung einer Musterblende 5 auf einen Hintergrund 6 des Auges 2 auf. Die Musterblende 5 weist einen vollständig undurchsichtigen (schwarz gezeichnet) und einen vollständig durchsichtigen (weiß gezeichnet) Bereich auf. Wird die Lichtquelle 3 eingeschaltet, werden durch die Abbildung der Musterblende 5 auf den Augenhintergrund 6 ein heller Teilbereich H und ein dunkler Teilbereich D auf diesem erzeugt.
Der Abbildungsstrahlengang A ist über einen Strahlteiler 7 in den Beleuchtungsstrahlengang B eingespiegelt und enthält eine Blende 8 sowie ein lediglich angedeutetes optisches System 9 zur Abbildung des Augenhintergrunds 6 in ein Zwischenbild 10. Die Blende 8 blendet den hellen Teilbereich H des Augenhintergrunds 6 aus dem Abbildungsstrahlengang A aus, so dass er nicht in das Zwischenbild 10 abgebildet wird. Die Blende 8 hat eine zur Musterblende 5 inverse Wirkung. In den dunklen Teilbereich D gelangt ausschließlich solches Licht, das im Verlauf der Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengangabschnitte des hellen Teilbereichs H in die Beleuchtungs- oder Abbildungsstrahlengangabschnitte des dunklen Teilbereichs D gestreut wurde. Das Zwischenbild 10 kann daher als Streulichtbild 10 bezeichnet werden. Dem optischen System 9 ist eine Optik 1 1 zur optischen Integration durch Bündelung des Streulichtzwischenbildes 10 auf einen nicht ortsauflösenden Lichtdetektor 12 in Form einer Photodiode nachgeschaltet. Dem Lichtdetektor 12 ist ein analoger Integrator 13 zur Integration des von dem Lichtdetektor 12 abgegebenen elektrischen Signals über eine Belichtungszeit nachgeschaltet.
Die Anordnung 1 wird mittels einer Steuereinheit 14 betrieben, die einerseits mit dem Integrator 13 und andererseits mit der Lichtquelle 3 verbunden ist. Über Bedienelemente (nicht gezeigt) der Steuereinheit kann die von der Lichtquelle 3 abgegebene Strahlungsenergie hinsichtlich Beleuchtungsdauer und -Intensität vorgegeben werden. Die Steuereinheit 14 verfugt außerdem über eine Schnittstelle 15 zur Ausgabe des Kataraktstärkewerts nach dessen Ermittlung. Die Ausgabe kann beispielsweise numerisch auf einer Anzeige oder elektronisch auf ein Bussystem erfolgen.
Die Steuereinheit 14 ermittelt den Kataraktstärkewert, indem sie zunächst die Lichtquelle 3 für die vorgegebene Beleuchtungsdauer mit vorgegebener Intensität einschaltet und während einer mit der Beleuchtungsdauer identischen Belichtungszeit, auch als Datenaufhahmezeit bezeichnet, mittels eines Analog-Digital-Wandlers das von dem Integrator 13 abgegebene Signal als unnormierten Kataraktstärkwert aufnimmt. Daraufhin normiert die Steuereinheit 14 den Kataraktstärkewert anhand der während der Datenaufhahmezeit von der Lichtquelle 3 abgegebenen Strahlungsenergie und rechnet ihn auf eine numerische Skala von 0 bis 10 um. Diesen umgerechneten Kataraktstärkewert gibt sie auf ihrer Schnittstelle 15 visuell an einen Benutzer aus, beispielsweise bei Verwendung als separates Gerät an einen Arzt. Der Benutzer beziehungsweise ein angeschlossenes ophthalmologisches Gerät erhält so eine Information darüber, ob und in welcher Stärke im Auge 2 eine Katarakt oder sonstige Streueinflüsse vorliegen.
Die Beleuchtungsdauer kann auch länger als die Belichtungs- oder Datenaufhahmezeit sein. Für eine minimale Strahlenbelastung wird sie jedoch zweckmäßigerweise identisch eingestellt. In Fig. 2 ist eine zweite Anordnung 1 zur automatischen Ermittlung der Kataraktstärke eines Auges 2 gezeigt. Teilfigur 2A zeigt die Anordnung 1 während einer ersten Messperiode, Teilfigur 2B während einer sich unmittelbar anschließenden zweiten Messperiode. Die beidem Messperioden sind beispielsweise gleich lang. Die Anordnung 1 weist im Beleuchtungsstrahlengang B eine spektral und hinsichtlich ihrer Helligkeit einstellbare Lichtquelle 3 mit optischen Elementen 4 zur Abbildung einer Musterblende 5 auf einen Hintergrund 6 des Auges 2 auf. Die Lichtquelle 3 weist mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen spektralen Bereichen auf, beispielsweise eine LED für IR- Licht, jeweils eine rote, grüne und blaue LED sowie eine LED für UV-Licht. Ein Abbildungsstrahlengang A ist über einen Strahlteiler 7 in den Beleuchtungsstrahlengang B eingespiegelt und umfasst ein lediglich angedeutetes optisches System 9 zur Abbildung des Augenhintergrunds 6 auf einen ortsauflösenden Lichtdetektor 12 in Form einer zweidimensionalen CCD-Matrix.
Die Musterblende 5 ist abwechselnd mit zwei vollständig undurchsichtigen (schwarz gezeichnet) und zwei vollständig durchsichtigen (weiß gezeichnet) Bereichen versehen. Sie kann mittels einer Umschaltvorrichtung 15 um ihre Achse rotiert werden, so dass die durchsichtigen Bereiche die Lage der undurchsichtigen Bereiche einnehmen und umgekehrt. Die Position der Musterblende 5 wird zum Ausgleich einer manuell oder automatisch zu ermittelnden Fehlsichtigkeit längs des Strahlengangs angepasst. Wird die Lichtquelle 3 eingeschaltet, werden durch die Abbildung der Musterblende 5 auf den Augenhintergrund 6 auf diesem zwei helle Teilbereiche H und zwei dunkle Teilbereiche D erzeugt. Das optische System 9 bildet dann sowohl den hellen Teilbereich H als auch den dunklen Teilbereich D auf den Lichtdetektor 12 ab.
Die Steuereinheit (hier nicht gezeigt) schaltet zunächst die Musterblende 5 in ihre erste Stellung, schaltet die Lichtquelle 3 für die vorgegebene Beleuchtungsdauer mit vorgegebener Intensität und weißem Spektrum ein und liest nach einer mit der Beleuchtungsdauer identischen Belichtungszeit aus dem CCD-Lichtdetektor 12 ein erstes Teilstreulichtbild 16A aus. Unmittelbar anschließend schaltet die Steuereinheit die Musterblende 5 über die Umschaltvorrichtung 15 in ihre zweite Stellung. Sie schaltet daraufhin die Lichtquelle 3 für die vorgegebene Beleuchrungsdauer mit vorgegebener Intensität und weißem Spektrum ein und liest nach einer mit der Beleuchtungsdauer identischen Belichtungszeit aus dem CCD- Lichtdetektor 12 ein zweites Teilstreulichtbild 16B aus. Die Steuereinheit überlagert die dunklen Teilbereichen D der Teilstreulichtbilder 16A und 16B zu einem Dunkelbild als Streulichtbild S. Sie integriert die Intensitätswerte aller Bildpunkte des Streulichtbilds S und normiert das Ergebnis mit der über die Belichtungsdauer und -intensität in die Teilstreulichtbilder 16A und 16B eingetragenen Strahlungsenergie zu einem Kataraktstärkewert auf einer Skala von 0 bis 10, den sie beispielhaft auf einer Schnittstelle (nicht dargestellt) zur Weiterverarbeitung aus. In alternativen Ausgestaltungen kann das Streulichtbild S anstelle des oder zusätzlich zum Kataraktstärkewert ausgegeben werden, beispielsweise zur Einstellung einer angepassten Beleuchtung für eine Streulichtkorrektur mit Kompensation einer spektral ungleichmäßigen Streuung.
Fig. 3 zeigt eine dritte Anordnung 1 zur automatischen Ermittlung der Kataraktstärke eines Auges 2. Sie realisiert das umgekehrte konfokale Prinzip, indem eine in einem zentralen Loch eines Spiegels 20 angeordnete Endfläche 17 einer Lichtleitfaser 18 scharf in die Linse 19 des Auges 2 abgebildet wird, so dass als Abbild ein heller Teilbereich H mit einem umgebenden dunklen Teilbereich D entsteht. Der helle Teilbereich H, der wesentlich kleiner ist als der dunkle Teilbereich D, wird konfokal ausschließlich auf die Lichtleitfaser 18, nicht auf den Spiegel 20 abgebildet und auf diese Weise aus dem Abbildungsstrahlengang A ausgeblendet. Lediglich der dunkle Teilbereich D wird über den Spiegel 20 auf einen ortsauflösenden Lichtdetektor 12 abgebildet. Durch Auslesen des Lichtdetektors 12 kann ein Streulichtbild gewonnen werden, dessen Intensitäten eine Streulichtverteilung des gesamten Abbildungsstrahlengangs repräsentieren. Durch Normierung und Integration der Intensitäten kann ein Kataraktstärkewert ermittelt werden. Dieser kann anschließend ausgegeben oder weiterverarbeitet werden.
In einer alternativen Ausgestaltung (nicht abgebildet) kann zusätzlich eine abtastende Anordnung („Scanner") vorgesehen sein, beispielsweise durch zwei bewegliche Spiegel im Strahlengang. Auf diese Weise ist eine dreidimensionale Streulichtanalyse möglich, indem durch Abtastung („Scanning") mehrerer optischer Schnitte jeweils ein anderer heller Teilbereich fokussiert und der jeweilige dunkle Teilbereich D in ein betreffendes Teilstreulichtbild aufgenommen wird. Die Teilstreulichtbilder können zu einem Gesamtstreulichtbild zusammengesetzt werden. Aus den Intensitäten des Gesamtstreulichtbilds kann dann der Kataraktstärkewert beispielsweise durch Integration und Normierung ermittelt werden. Außerdem kann das Gesamtstreulichtbild für eine Anpassung der Beleuchtung weiterverwendet werden. Alternativ kann der Lichtdetektor 12 als nicht ortsauflösendes Element ausgebildet sein, wenn das Streulichtbild als Abbild des dunklen Teilbereichs auf den Lichtdetektor 12 gebündelt und damit optisch zu einer einzelnen Streulichtintensität integriert wird. Das Gesamtstreulichtbild wird dann aus den Streulichtintensitäten der einzelnen Fokuspunkte zusammengesetzt. Der Kataraktstärkewert kann auch unmittelbar aus einer Addition der einzelnen Streulichtintensitäten ermittelt werden.
In Fig. 4 ist eine Funduskamera als ophthalmologisches Gerät 20 mit einer Anordnung 1 zur automatischen Ermittlung eines Streulichtanteils gemäß Fig. 2 versehen. Die Steuereinheit 14 führt dabei das in Fig. 5 als Flussdiagramm dargestellte Verfahren zur Ermittlung der Kataraktstärke und der Ausgabe eines streulichtkorrigierten Bildes durch. Insbesondere wird je nach Stärke der Katarakt der Blauanteil des Spektrums erhöht, so dass eine in einem anschließend aufzunehmenden Bild nach einer Streulichtkorrektur zu erwartende Strahlungsenergie einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie entspricht. So kann die im blauen Spektralbereich stärkere Streuung einer Katarakt kompensiert werden. Anschließend wird unter der derart angepassten Beleuchtung ein Rohbild aufgenommen, auf Fehlsichtigkeit korrigiert und anhand der Streulichtverteilung der Streulichtanteil rechnerisch entfernt. Die Ermittlung des Streulichtbilds erfolgt beispielsweise gemäß einer der oben beschriebenen Vorgehensweisen. Die Fehlsichtigkeit kann beispielsweise ermittelt werden, indem von einem Benutzer des Geräts einstellbare Werte abgefragt werden. Alternativ kann die Fehlsichtigkeit mit an sich bekannten Verfahren aus dem positionierten Auge automatisch bestimmt werden. Die so ermittelte Fehlsichtigkeit wird auch beim Ermitteln der Teilstreulichtbilder verwendet, indem der Beleuchtungsstrahlengang zum Ausgleich der Fehlsichtigkeit angepasst wird, so dass die dunklen Teilbereiche mit großer Schärfe erzeugt werden.
In einer vereinfachten Variante (nicht dargestellt) wird neben dem aus den zu den verschiedenen Lichtmustern aufgenommenen dunklen Teilbereichen D zusammengesetzten Dunkelbild als Gesamt-Streulichtbild ein Hellbild aus den hellen Teilbereichen H zusammengesetzt. Von dem Hellbild wird das Dunkelbild subtrahiert, um das Streulicht rechnerisch zu entfernen. Das streulichtkorrigierte Hellbild kann dann ausgegeben werden.
Zur ausschließlichen Bestimmung einer Kataraktstärke oder einer Streulichtverteilung wird das Verfahren in jedem fall zweckmäßigerweise nach Ermittlung des Gesamt-Streulichtbilds und gegebenenfalls nach Integration von dessen Intensitäten zum Kataraktstärkewert mit der Ausgabe des Kataraktstärkewerts beziehungsweise des Streulichtbilds als Streulichtverteilung beendet. Selbstverständlich kann die Ausgabe auch zusätzlich zur Ausgabe eines streulichtkorrigierten Bildes erfolgen.
Bezuεszeichenliste
1 Anordnung
2 Auge
3 Lichtquelle
4 Optisches Element
5 Musterblende
6 Hintergrund
7 Strahlteiler
8 Blende
9 Optisches System
10 Zwischenbild n Optik
12 Lichtdetektor
13 Integrator
14 Steuereinheit
15 Umschaltvorrichtung
16 Teilstreulichtbild
17 Endfläche
18 Lichtleitfaser
19 Linse
20 Ophthalmologisches Gerät

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Kataraktstärke, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- zumindest teilweises Beleuchten eines Untersuchungsbereichs mit einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie, wobei in dem Untersuchungsbereich ein Lichtmuster mit mindestens einem hellen und mindestens einem dunklen Teilbereich (H, D) erzeugt wird,
- Abbilden wenigstens eines Teils zumindest des dunklen Teilbereichs (D) in ein Streulichtbild (S) während des Beleuchtens,
- Integrieren von Intensitäten wenigstens eines Teils des Streulichtbilds (S) zu einem Kataraktstärkewert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Integrieren die Intensitäten oder nach dem Integrieren der Kataraktstärkewert anhand der Strahlungsenergie der Beleuchtung normiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der ermittelte Kataraktstärkewert ausgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Untersuchungsbereich nacheinander mehrere oder genau zwei Lichtmuster mit unterschiedlichen hellen und unterschiedlichen dunklen Teilbereichen (H, D) erzeugt und von jedem Lichtmuster zumindest die dunklen Teilbereiche (D) wenigstens teilweise in ein jeweiliges Teilstreulichtbild ( 16A, 16B) abgebildet werden, wobei aus den Teilstreulichtbildern (16A, 16B) das Streulichtbild (S) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Lichtmuster so erzeugt werden, dass sich die hellen Teilbereiche (H) der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Hellbild und die dunklen Teilbereiche (D) der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Dunkelbild ergänzen, wobei das Dunkelbild als Streulichtbild (S) aus den Teilstreulichtbildern ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Lichtmuster so erzeugt werden, dass die hellen Teilbereiche (H) der Lichtmuster geometrisch größer sind als die dunklen Teilbereiche (D), wobei benachbarte helle Teilbereiche (H) einander überlappen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in das Streubild (S) ausschließlich der dunkle Teilbereich (D) wenigstens teilweise abgebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der helle Teilbereich (H) konfokal abgebildet und das Abbild des hellen Teilbereichs (H) aus dem Abbildungsstrahlengang ausgeblendet oder ausgespiegelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine zweidimensionale oder dreidimensionale Abtastung durchgeführt wird, indem der helle Teilbereich (H) in mehreren Schritten bewegt und nach jedem Bewegungsschritt der dunkle Teilbereich (D) in ein jeweiliges Teilstreulichtbild abgebildet wird, wobei die Teilstreulichtbilder zum Streulichtbild (S) zusammengesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenigstens der helle Teilbereich (H) zumindest teilweise scharf auf einen Hintergrund (6) oder in eine Linse (19) eines in dem Untersuchungsbereich angeordneten Auges (2) oder eines Augenabschnitts abgebildet wird.
1 1. Steuerverfahren für ein ophthalmologisches Gerät (21 ) mit einer hinsichtlich ihres Spektrums und ihrer Helligkeit einstellbaren Lichtquelle (3) zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor (12) für aus Richtung des Untersuchungsbereichs kommendes Licht, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mittels der Lichtquelle (3) der Untersuchungsbereich zumindest teilweise beleuchtet, mittels des Lichtdetektors (12) Licht aus Richtung des Untersuchungsbereichs aufgenommen, anhand des aufgenommenen Lichts eine Streulichtverteilung und/oder einen Kataraktstärkewert ermittelt und in Abhängigkeit der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts das Spektrum und die Helligkeit einer angepassten Beleuchtung für eine nachfolgende Bildaufnahme eingestellt werden.
12. Steuerverfahren nach Anspruch 1 1 , wobei fiir die Lichtquelle (3) und für den Lichtdetektor (12) Teile eines Densitometers verwendet werden, mittels dessen der Kataraktstärkewert ermittelt wird.
13. Steuerverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei zum Ermitteln der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts und/oder zur Bildaufnahme unter der angepassten Beleuchtung der Untersuchungsbereich mittels der Lichtquelle (3) so beleuchtet wird, dass in dem Untersuchungsbereich mindestens ein heller und mindestens ein dunkler Teilbereich (H, D) erzeugt werden.
14. Steuerverfahren nach Anspruch 13, wobei während des Beleuchtens zumindest der dunkle Teilbereich (D) in ein Streulichtbild (S) abgebildet und anhand wenigstens eines Teils des Streulichtbilds (S) die Streulichtverteilung oder der Kataraktstärkewert ermittelt wird.
15. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei bei einer nachfolgenden Bildaufnahme unter der angepassten Beleuchtung mittels einer Kamera ein Rohbild aufgenommen, anhand einerseits des Rohbilds und andererseits der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts ein Streulichtanteil des Rohbilds ermittelt und ein streulichtkorrigiertes Bild erzeugt wird, indem der Streulichtanteil aus dem Rohbild rechnerisch entfernt wird.
16. Steuerverfahren nach Anspruch 15, wobei für mehrere oder alle Farbkanäle des Rohbilds ein individueller Streulichtanteil ermittelt und rechnerisch aus dem Rohbild entfernt wird.
17. Steuerverfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Helligkeit der angepassten Beleuchtung und/oder einzelner Bereiche des Spektrums der angepassten Beleuchtung anhand der Streulichtverteilung und/oder anhand des Kataraktstärkewerts so erhöht eingestellt werden, dass eine in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartende Strahlungsenergie einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie entspricht.
18. Steuerverfahren nach Anspruch 17, wobei für die angepasste Beleuchtung ein relativ zu anderen Farbanteilen erhöhter Blauanteil eingestellt wird.
19. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das streulichtkorrigierte Bild ausgegeben wird.
20. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19, wobei als Lichtdetektor (12) eine Kamera verwendet wird.
21. Steuerverfahren nach Anspruch 20, wobei der Fokus der Kamera auf einen Hintergrund (6) oder in einer Linse (19) eines Auges (2) liegend eingestellt wird.
22. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 21, wobei als ophthalmologisches Gerät (21 ) eine Spaltlampe, Funduskamera, ein Pachymeter, ein Gerät zur Augenachslängenmessung, zur Messung der Augenvorderkammertiefe, zur Messung der Augenlinsendicke oder zur Schnittbilddarstellung von Augenmedien verwendet wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren durchgeführt wird, während in dem Untersuchungsbereich ein Auge (2) oder ein Augenabschnitt eines Patienten positioniert ist.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei beim Erzeugen der dunklen Teilbereiche eine Fehlsichtigkeit des Auges ausgeglichen wird.
25. Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24.
26. Anordnung (1) zur automatischen Ermittlung einer Kataraktstärke, mit einer Lichtquelle (3) zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor (12) für aus Richtung des Untersuchungsbereichs kommendes Licht, gekennzeichnet durch
- Modifikationsmittel (5, 17, 20) zum Erzeugen mindestens eines hellen und mindestens eines dunklen Teilbereichs in dem Untersuchungsbereich beim Beleuchten mittels der Lichtquelle,
- Mittel zum Abbilden (9, 10, 1 1 , 12) wenigstens eines Teils zumindest des dunklen Teilbereichs in ein Streulichtbild (S) während des Beleuchtens und - Mittel zum Integrieren von Intensitäten wenigstens eines Teils des Streulichtbilds (S) zu einem Kataraktstärkewert.
27. Anordnung (1) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abbilden (9, 10, 1 1 , 12) eine Kamera umfassen, mittels derer das Streulichtbild (S) aufgenommen wird, und dass die Mittel zum Integrieren eine Steuereinheit (14) umfassen.
28. Anordnung (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) vor dem Integrieren die Intensitäten oder nach dem Integrieren den Kataraktstärkewert anhand der Strahlungsenergie der Beleuchtung normiert.
29. Anordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Modifikationsmittel (5) beim Beleuchten nacheinander mehrere oder genau zwei Lichtmuster mit unterschiedlichen hellen und unterschiedlichen dunklen Teilbereichen (H, D) erzeugbar und von jedem Lichtmuster zumindest die dunklen Teilbereiche (D) wenigstens teilweise in ein jeweiliges Teilstreulichtbild abbildbar sind, wobei die aus den Teilstreulichtbildem das Streulichtbild (S) ermittelbar ist.
30. Anordnung (1) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationsmittel (5) die Lichtmuster so erzeugen, dass sich die hellen Teilbereiche (H) der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Hellbild und die dunklen Teilbereiche (D) der Lichtmuster insbesondere lückenlos zu einem Dunkelbild ergänzen, wobei das Dunkelbild als Streulichtbild (S) aus den Teilstreulichtbildern ermittelbar ist.
31. Anordnung (1 ) nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationsmittel (5) die Lichtmuster so erzeugen, dass die hellen Teilbereiche (H) der Lichtmuster geometrisch größer sind als die dunklen Teilbereiche (D), wobei benachbarte helle Teilbereiche (H) einander überlappen.
32. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Mittel zum Abbilden (8, 9, 10, 12) ausschließlich der dunkle Teilbereich (D) wenigstens teilweise in das Streubild (S) abbildbar ist.
33. Anordnung (1) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum ausschließlichen Abbilden des dunklen Teilbereichs (D) Mittel zum konfokalen Abbilden ( 17, 20) des hellen Teilbereichs (H) und Mittel zum Ausblenden (17, 20) oder Ausspiegeln des Abbilds des hellen Teilbereichs (H) aus dem Abbildungsstrahlengang umfassen.
34. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 33, gekennzeichnet durch Mittel zum zumindest teilweise scharfen Abbilden zumindest des hellen Teilbereichs auf einen Hintergrund (6) oder in eine Linse ( 19) eines in dem Untersuchungsbereich angeordneten Auges (2) oder Augenabschnitts.
35. Anordnung (1) zur Ermittlung eines Streulichtanteils an einem Detektionslicht, aufweisend eine Lichtquelle (3) mit Modifikationsmitteln zum Erzeugen eines hellen und eines dunklen Teilbereichs in einem Zielbereich und einen Lichtdetektor (12), insbesondere eine Kamera, für aus Richtung des Zielbereichs kommendes Detektionslicht, gekennzeichnet durch Ausbildung der Modifikationsmittel als Mittel zum konfokalen Abbilden (17, 20) der Lichtquelle (3) in den hellen Teilbereich (H) sowie durch Mittel zum konfokalen Abbilden des hellen Teilbereichs (H) auf Mittel zum Ausblenden (17, 20) oder Ausspiegeln des Abbilds des hellen Teilbereichs (H) aus dem Abbildungsstrahlengang.
36. Ophthalmologisches Gerät (21) mit einer Lichtquelle (3) zum Beleuchten eines Untersuchungsbereichs und einem Lichtdetektor ( 12) für aus Richtung des Untersuchungsbereichs kommendes Licht, insbesondere nach einem der Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spektrum und eine Helligkeit der Lichtquelle (3) einstellbar sind, und dass eine Steuereinheit (14) mittels der Lichtquelle (3) der Untersuchungsbereich zumindest teilweise beleuchtet, mittels des Lichtdetektors ( 12) Licht aus Richtung des Untersuchungsbereichs aufnimmt, anhand des aufgenommenen Lichts eine Streulichtverteilung und/oder einen Kataraktstärkewert ermittelt und in Abhängigkeit der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts das Spektrum und die Helligkeit einer angepassten Beleuchtung für eine nachfolgende Bildaufnahme einstellt.
37. Ophthalmologisches Gerät (21 ) nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) und der Lichtdetektor (12) Teile eines Densitometers sind, mittels dessen der Kataraktstärkewert ermittelbar ist.
38. Ophthalmologisches Gerät (21) nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) mit Modifikationsmitteln (5, 17, 20) versehen ist, mittels derer in dem Untersuchungsbereich mindestens ein heller und mindestens ein dunkler Teilbereich (H, D) erzeugbar sind.
39. Ophthalmologisches Gerät (21) nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ( 14) während des Beleuchtens Licht aus Richtung mindestens dem dunklen Teilbereich (D) mittels einer Kamera in ein Streulichtbild (S) abbildet und anhand wenigstens eines Teils des Streulichtbilds (S) die Streulichtverteilung oder den Kataraktstärkewert ermittelt.
40. Ophthalmologisches Gerät (21) nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) bei der Bildaumahme unter der angepassten Beleuchtung mit einer Kamera ein Rohbild aufnimmt, anhand einerseits des Rohbilds und andererseits der Streulichtverteilung und/oder des Kataraktstärkewerts einen Streulichtanteil in dem Rohbild ermittelt und ein streulichtkorrigiertes Bild erzeugt, indem sie den Streulichtanteil aus dem Rohbild rechnerisch entfernt.
41. Ophthalmologisches Gerät (21) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) einen individuellen Streulichtanteil für mehrere oder alle Farbkanäle des Rohbilds ermittelt und rechnerisch aus diesem entfernt.
42. Ophthalmologisches Gerät (21) nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) die Helligkeit der angepassten Beleuchtung und/oder einzelner Bereiche des Spektrums der angepassten Beleuchtung anhand der Streulichtverteilung und/oder anhand des Kataraktstärkewerts so erhöht einstellt, dass eine in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartende Strahlungsenergie einer vorgebbaren oder vorgegebenen Strahlungsenergie entspricht oder dass ein in dem streulichtkorrigierten Bild zu erwartendes Signal-Rausch-Verhältnis einem vorgebbaren oder vorgegebenen Signal-Rausch-Verhältnis entspricht.
43. Ophthalmologisches Gerät (21) nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) für die angepasste Beleuchtung einen relativ zu anderen Farbanteilen erhöhten Blauanteil einstellt.
44. Ophthalmologisches Gerät (21) nach einem der Ansprüche 36 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (12) eine Kamera ist, und dass die Steuereinheit ( 14) den Fokus der Kamera auf einen Hintergrund (6) oder in einer Linse (19) eines Auges (2) liegend einstellt.
45. Anordnung (1 ) ach einem der Ansprüche 26 bis 44 gekennzeichnet durch Ausbildung als Spaltlampe, Funduskamera, Pachymeter, zur Augenachslängenmessung, zur Messung der Augenvorderkammertiefe, zur Messung der Augenlinsendicke oder zur Schnittbilddarstellung von Augenmedien.
46. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Untersuchungsbereich ein Auge (2) oder ein Augenabschnitt eines Patienten positionierbar ist.
47. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Beleuchrungsstrahlengang Mittel zum Ausgleich einer Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges angeordnet sind.
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