WO2009080789A1

WO2009080789A1 - Verfahren zur ermittlung von eigenschaften und/oder ermittlung und/oder verfolgung der position charakteristischer augenbestandteile

Info

Publication number: WO2009080789A1
Application number: PCT/EP2008/068102
Authority: WO
Inventors: Thomas Schuhrke; Günter Meckes
Original assignee: Carl Zeiss Surgical Gmbh
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2009-07-02
Also published as: DE102007055923A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile unter Anwendung von Verfahren der Bildverarbeitung, während einer Augenuntersuchung oder -behandlung. Dabei wird ein digitales Bild zumindest eines Ausschnittes eines Auges mit der Kamera aufgenommen und anhand dieses die Position bzw. Eigenschaften wie der Radius abgeleitet. Erfindungsgemäß wird ein mehrfarbiges Bild aufgenommen und für die Bildverarbeitung wird nur der rote Farbauszug des digitalen Bildes zugrunde gelegt.

Description

Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Verfahren sind aus dem Bereich der Augenchirurgie bekannt.

Beispielsweise bei der Hornhautchirurgie zur Beseitigung von Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges (LASIK), bei der ein Teil der Hornhaut mittels eines Lasers abgetragen wird, ist es für den Chirurgen von Interesse, an welchem Punkt die Sehachse des Patienten die Hornhaut durchstößt. Anhand der exakten Bestimmung dieses Punktes auch während der Operation kann die Laserabtragung von diesem Punkt aus präziser erfolgen, als bei der Wahl eines theoretisch angenommenen oder geschätzten Mittelpunktes der Hornhaut.

Ein weiteres Beispiel hierfür ist eine Kataraktoperation, bei der die natürliche Linse des menschlichen Auges, welche sich getrübt hat, durch eine künstliche Linse ersetzt wird. Einen solchen Eingriff nimmt der Chirurg unter einem Operationsmikroskop vor. Nach einer kreisrunden Eröffnung des vorderen Kapselblattes wird üblicherweise die Linse zertrümmert und abgesaugt. Anschließend wird in den leeren Kapselsack eine künstliche Linse eingesetzt.

Aus der DE 10 2004 055683 A1 ist ein Operationsmikroskop für die Augenchirurgie bekannt, das dem zu operierenden Auge ein Muster überlagert. Das Muster kann eine Hilfestellung zum Ansetzen der Schnittposition geben, es kann aber auch als Orientierungshilfe beim Einsetzen torischer Intraokularlinsen dienen oder auch eine Hilfestellung beim Einbringen einer Naht bei einer Hornhauttransplantation geben. Zur Positionierung des Musters an der richtigen Stelle ist es notwendig, die Position der Pupille bzw. der Iris an dem zu behandelnden Auge zu bestimmen. Idealerweise wird die Position auch während der Operation immer wieder neu bestimmt oder nachgeführt, da es während des Eingriffs zu Bewegungen des gesamten Auges bzw. der Pupille kommen kann.

Auch für andere Anwendungen im Bereich der Augenchirurgie ist es von Bedeutung, die Position oder den Durchmesser der Iris des zu behandelnden Auges zu bestimmen. Beispielsweise ist der Durchmesser der Iris notwendig, um die Stärke einer nach einer Kataraktoperation zu implantierenden Intraokularlinse zu berechnen. Darauf und auf weitere mögliche Anwendungen, sowie auf ein Verfahren zur Bestimmung von Positionen und Größenordnungen innerhalb eines Augenabschnitts wird in der DE 101 08 797 A1 genau- er eingegangen.

Es sind einige Verfahren bekannt, bei denen anhand der aktuellen Aufnahme des zu operierenden Augenabschnitts, welche mit der Kamera am Operationsmikroskop gewonnen wird, die Position der Pupille ermittelt wird. Sowohl in der DE 10 2004 055683 A1 als auch in der DE 101 08 797 A1 werden Verfahren vorgeschlagen, bei denen als erstes anhand einer Schwellwertbildung ein Binärbild erzeugt wird um die dunklen Bereiche im Bild zu bestimmen. Danach wird nach dem größten zusammenhängenden Bereich in den dunklen Regionen gesucht, welcher als Pupille identifiziert wird. Um den Rand der Pupille bzw. Iris detaillierter zu bestimmen, wird bei diesem Verfahren üblicherweise eine Kantendetek- tion vorgenommen.

Insbesondere dann, wenn die Lokalisierung über die ganze Untersuchung oder Behandlung hinweg, als Augentracking, erfolgen soll, ist es für das zum Einsatz kommende Lokalisierungsverfahren von fundamentaler Bedeutung, dass es extrem schnell arbeitet, so dass die aus der ermittelten Position oder Eigenschaft abgeleitete Hilfestellung immer gleich in das zu behandelnde Auge eingeblendet oder anderweitig angezeigt werden kann. Die Ableitung der Position und/oder Eigenschaft und Angabe der Hilfestellung muss also möglichst ohne Zeitversatz erfolgen.

Gerade bei der Detektion oder Nachverfolgung des Limbus ist dies oftmals schwierig, da der Kontrast zwischen Limbus und weißer Sclera bei manchen Irisfarben nicht allzu groß ist und sich nicht immer gegenüber dem Kontrast zwischen Blutgefäßen und Weißem der Sclera abhebt. Insbesondere bei Kataraktoperationen, bei denen während der Operation große Blutflecken auf der Sclera erscheinen können, deren Kontrast zum Weißen der Sclera häufig großer ist als der Kontrast zwischen Limbus und Sclera kann eine schnelle zuverlässige Detektion des Limbus schwierig sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile zu entwickeln, welches auch bei geringem Kontrasten und starker Kontamination des Auges zuverlässig und schnell arbeitet.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Erfindungsgemäß wird einem Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften oder der Loka- lisierung charakteristischer Augenbestandteile ein monochromatisches digitales Bild, vorzugsweise ein Graustufenbild, zugrunde gelegt, welches auf dem roten Farbauszug einer mehrfarbigen digitalen Aufnahme des Augenausschnitts basiert. Üblicherweise werden am Operationsmikroskop und auch anderen Augenbehandlung oder -diagnosegeräten mit einer Videokamera mehrfarbige Bilder aufgenommen. Dabei wird das Auge vorzugs- weise mit Weißlicht beleuchtet. Der Operateur wird dadurch in die Lage versetzt, das zu untersuchende Auge in an sich üblicher Weise wahrzunehmen. Durch die Verwendung nur eines Farbauszugs des mehrfarbigen Bildes vorzugsweise einer aus dem Rotkanal der aufnehmenden Videokamera abgeleiteten Graustufendarstellung des digitalen Bildes kann der zu analysierende Datensatz stark reduziert und damit das Verfahren erheblich beschleunigt werden. Um die Zuverlässigkeit des Verfahrens zu optimieren, muss der am besten geeignete Farbauszug verwendet werden. Dieser soll vorzugsweise während des gesamten Verfahrens verwendet werden und muss deshalb für alle Bilder geeignet sein. Den geeigneten Farbauszug jedes Mal erneut zu Beginn des entsprechenden Verfahrens zu bestimmen wäre zwar prinzipiell möglich, würde aber das Verfahren stark verlangsa- men und eine nahezu Echtzeitanalyse nicht mehr zulassen. Der für die Auswertung mittels Bildverarbeitung am besten geeignete Farbauszug ist prinzipiell derjenige, in dem der Kontrast zwischen dem zu suchenden charakteristischen Augenbestandteil und seiner Umgebung am höchsten ist. Zu entscheiden welcher Farbauszug dies für das jeweils zu behandelnde Auge ist, kann dann, wenn er für alle Augen gelten soll aber sehr kompliziert sein, da große Unterschiede zwischen den Augen an sich, insbesondere aber zwischen erkrankten Augen bestehen. Bei manchen Augen ist die Iris extrem hell, die Pupille sehr dunkel - nahezu schwarz - ein anderes Mal ist die Pupille aufgrund eines Stares hell oder milchig und die Iris kann dunkelbraun, nahezu schwarz sein. Es gibt sogar Fälle, in denen Iris und Pupille in ihrer Farbe nahezu übereinstimmen, weshalb es beispielsweise in diesen Aufnahmen immer relativ schwierig ist, Iris und Pupille zu separieren. Auch die Sclera kann gerade bei erkrankten Augen angefärbt sein und bei sehr heller Iris relativ wenig Kontrast zur Iris bieten. Darüber hinaus ist die Sclera immer von störenden Blutgefäßen durchzogen und kann stark durch Blutungen und während der Behandlung eingeführte Instrumente beeinträchtigt sein, was bei einem während der gesamten Behandlung anzuwendenden Verfahren ebenfalls berücksichtigt werden muss. So ist es schwer, einen Farbauszug zu definieren, der für alle Augentypen und insbesondere auch im Verlauf aller Behandlungen zuverlässig eine Identifizierung von Position und Eigenschaften von cha- rakteristischen Augenbestandteilen zulässt. Überraschender weise hat sich aber gezeigt, dass der rote Farbauszug nahezu immer der Farbauszug ist, welcher gerade während der Augenbehandlungen am wenigsten von Störungen betroffen ist, da in diesem Farbauszug das Rot der Blutungen und Äderchen mit dem Weiß der Sclera eine homogene Fläche bildet. Obwohl er häufig bei weitem nicht der kontrastreichste Farbauszug ist, hat sich gezeigt, dass seine Resistenz gegenüber, durch Blut verursachte Störungen von so großer Bedeutung ist, dass er die zuverlässigsten Ergebnisse liefert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines roten Farbauszuges des digitalen Bildes wenn als charakteristischer Augenbestandteil der Limbus, also der Übergang zwischen Sclera und Iris lokalisiert wird. Auch wenn sie häufig nicht den kontrastreichsten Übergang darstellt, ist dies eine sehr zuverlässig zu identifizierende Größe in speziell diesem Farbauszug, da die Iris sich in ihrer Farbe im Allgemeinen immer von der Sclera unterscheidet und die Sclera im roten Farbauszug wenig von der Behandlung beeinträchtigt wird. Somit ist gewährleistet, dass dieser Übergang in dem roten Farbauszug wenn auch nicht extrem hohe so doch immer genügend Kontrast aufweist um ihn zu identifizieren. Soll ein Verfahren demzufolge so schnell sein, dass es eine jeweils erneut durchzuführende Auswahl eines geeigneten Farbauszugs nicht zulässt, so ist die Kombination aus einer Lokalisierung des Limbus des Auges und der Verwendung des roten Farbauszugs zu dieser Identifizierung die geeignete Wahl, welche immer ein ausreichend zuverlässiges Ergebnis gewährleistet. Vorzugsweise wird der Rotkanal der Aufnahmekamera des Augenuntersuchungs- oder behandlungsgeräts für die Ableitung des roten Farbauszugs verwendet, welcher bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 550 bis 770nm liegt. Vorzugsweise liegt das Emp- findlichkeitsmaximum der Aufnahmekamera für Rot im Bereich von 590 bis 610nm. Damit kann bei der Lokalisierung bzw. beim Nachverfolgen von Augenbestandteilen mit der ganz normalen Aufnahme des Diagnose- oder Behandlungsgerätes wie bspw. des Operationsmikroskops gearbeitet werden. Nur dadurch ist die Nachverfolgung des Limbus während einer Augenoperation überhaupt möglich. Es wäre nämlich nicht durchführbar, zur Lokalisierung des Limbus während der Operation eine andere Beleuchtung einzuschalten und die übliche Weißlichtbeleuchtung auszuschalten. Dies würde die Operation selbst unakzeptabel beeinträchtigen. Darüber hinaus hat sich dieser Farbereich als sehr vorteilhaft erwiesen, da in ihm die Blutgefäße nahezu weiß erscheinen und damit eine einheitliche Fläche mit dem Weißen der Sclera bilden.

Besonders vorteilhaft lässt sich dieses Verfahren dann einsetzen, wenn der charakteristische Augenbestandteil nicht nur einmal identifiziert sondern während der ganzen Behandlung nachverfolgt werden soll. Damit muss der gewählte Farbauszug nämlich gegenüber allen während der Behandlung auftretenden möglichen Störungen am resistentesten sein.

Besonders vorteilhaft kann das Verfahren dann realisiert werden, wenn der charakteristische Augenbestandteil über eine Korrelation des Bildes mit einem ringförmigen Vergleichsobjekt realisiert wird und dabei der rote Farbauszug für die Korrelation zugrunde gelegt wird. Dies kann beispielsweise in Form eines Vergleichs mit einem Template oder einer Faltung mit einem Ringfilter geschehen. Durch die Wahl eines derartigen Bildverarbeitungsverfahrens und die Zugrundelegung eines roten Farbauszuges für alle zu analysierenden Bilder kann die Geschwindigkeit des Verfahrens extrem gesteigert und eine Analyse der Bilder nahezu in Echtzeit erreicht werden. Insbesondere dann, wenn der Limbus über eine Korrelation des roten Farbauszugs mit einem ringförmigen Filter ge- sucht wird, ergibt sich ein extrem schnelles und zuverlässiges Verfahren.

Vorzugsweise ist der Ringfilter so ausgebildet, dass er zwei konzentrische ringförmige Bestandteile aufweist, zwischen denen bei der Faltung die Differenz gebildet wird. Hierfür kann vorzugsweise bei der Faltung der eine ringförmige Bestandteil des Filters mit positivem, der andere mit negativem Vorzeichen versehen werden. Idealer Weise ist der Filter bzw. sind dessen ringförmige Bestandteile so gewählt, dass er bei Faltung mit einer grauen Fläche, also einer gleichmäßigen Fläche ohne Dichteübergang ein neutrales Ergebnis wie beispielsweise Null ergibt, während er bei der Faltung mit einer Fläche im Bereich eines Dichteübergangs mit zunehmender Stärke des Übergangs immer größere Werte produziert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein roter Farbauszug des digitalen Bildes verwendet um anhand eines Kantendetektionsverfahrens den Rand des charakteristischen Augenbestandteils zu identifizieren. Gerade wenn dieser Rand mit dem Limbus übereinstimmt ist der rote Farbauszug besonders bevorzugt einzusetzen, da dieser aus vorher bereits genannten Gründen im roten Farbauszug immer zuverlässig zu identifizieren ist. Obwohl die Schwellwertfestlegung in den Kantendetektionsverfahren immer noch kritisch ist, liefert dieser Kanal doch eine zuverlässige Basis, auch mit einem solchen Verfahren ein relativ schnelles und zuverlässiges Auffinden des charakteristischen Augenbestandteils zu ermöglichen.

Vorzugsweise wird auch für Binarisierungen, welche im Rahmen eines derartigen Verfah- rens zur Ermittlung von Radius oder Position charakteristischer Augenbestandteile mittels Methoden der Bildverarbeitung vorgenommen werden ein roter Farbauszug zugrunde gelegt. Dadurch, dass im roten Farbauszug alle Blutgefäße und Blutungen welche durch die Behandlung verursacht werden unterdrückt bzw. eliminiert werden können, wird jede Binarisierung maßgeblich vereinfacht. Das Binarisierungsverfahren kann sich auf die tat- sächlich zu lokalisierenden charakteristischen Augenbestandteile konzentrieren, ohne von Störungen übermäßig beeinträchtigt zu werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnungen eingehend erläutert wird.

Es zeigen: Fig. 1a und 1 b Jeweils vier Farbauszüge von Aufnahmen eines Augenausschnitts zu Beginn bzw. während einer Augenoperation,

Fig. 2 ein Beispiel eines vorteilhaften Ringfilters einer Aufnahme eines Au- genausschnitts überlagert,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Filterantwort,

Fig. 4 ein Beispiel für eine Filterantwort aufgetragen über den Radius und Fig. 5 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 1 zeigt Aufnahmen eines Augenausschnitts, wie sie typischer Weise bei einer Augen- Operation wie einer Kataraktoperation mittels einer Videokamera getätigt werden. Jeweils von links oben nach rechts unten sind dabei Farbauszüge in rot 1 , grün 2 und blau 3 sowie der Luminanzkanal 4 (der sich z.B. aus der Summe der Farbauszüge rot 1 , grün 2 und blau 3 dividiert durch drei ergibt) zu sehen. In der Fig. 1 a handelt es sich um die Farbauszüge einer Aufnahme, welche zu Beginn der Behandlung gemacht wurde. Soll in dieser Aufnahme ein Farbauszug ausgewählt werden, welcher für ein Bildverarbeitungsverfahren zugrunde gelegt wird um den Limbus zu erkennen, bei dem somit der Kontrast zwischen Limbus und Sclera möglichst groß sein soll, würde in erster Linie der blaue Farbauszug 3 in Betracht gezogen werden. In diesem erscheint an dieser Stelle der Kontrastsprung am größten, was eine Identifizierung des Limbus am einfachsten erscheinen lässt. Dennoch ist zu bemerken, dass in diesem blauen Farbauszug 3 die Sclera von vielen Adern durchsetzt ist und damit ein Kantenerkennungsverfahren oder auch bei einer Binarisierung Probleme auftreten können, da an den Äderchen Kanten detektiert werden können, welche weitaus dominanter sind als der Übergang Sclera - Limbus. Dieser ist beispielsweise im roten Farbauszug 1 weniger stark ausgebildet, dafür erscheint das Bild jedoch ingesamt harmonischer, es sind weniger störende Kanten zu sehen. Somit würde ein Verfahren, das automatisch den kontrastreichsten Farbauszug als Basis für die Lokalisierung ermittelt hier wohl den blauen Farbauszug 3 wählen, auch wenn unter Umständen der rote Farbauszug 1 geeigneter oder zumindest ebenso geeignet erscheint. Noch deutlicher wird dies im Lauf der Behandlung, wie in der Fig. 1 b zu sehen ist. Durch das Auftreten von Blutungen ändert sich die Lage noch einmal stark zugunsten des roten Farbauszugs 1. Dieser ist nämlich der einzige, der nicht allzu stark von Blutungen beeinträchtigt wird. Sowohl im grünen 2 als auch im blauen 3 und im Luminanzauszug 4 tritt die Blutung als dominantes, stark im Kontrast zur Sclera stehendes Element hervor und erschwert das Auffinden des Limbus maßgeblich. Im blauen Farbauszug 3 ist die Blutung sogar so dominant, dass sie das Auffinden des Pupillenrandes erschweren würde. Nur im roten Farbauszug 1 ist die Blutung von geringer Bedeutung. Hier ist die Sclera kaum von ihr beeinflusst, der Limbus-Sclera-Kontrast bleibt nahezu unverändert. Anhand dieses Beispieles wird eindeutig klar, dass die Wahl des roten Farbauszugs 1 als Grundlage für das Lokalisierungsverfahren zwar nicht in jedem Einzelfall die allerbeste Wahl darstellt, dass diese aber doch immer eine Wahl ist, die ausreichend gut für eine zuverlässige Ermittlung v.a. des Limbus ist. Demzufolge wird dieser rote Farbauszug 1 dem im Folgenden erläuterten Lokalisierungsverfahren zur Identifizierung des Limbus zugrunde gelegt.

Ein zur Lokalisierung des Limbus gut geeignetes, schnelles und zuverlässiges Verfahren, welches anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert wird, arbeitet mit der Faltung eines, aus dem roten Videokanal gewonnenen Graustufenbildes mit einem Ringfilter. Um ein zuverlässiges Arbeiten dieses Verfahrens zu gewährleisten, werden der Radius sowie das Zentrum des Limbus anhand des Startbildes in einem sehr genauen aber relativ zeitaufwändigen Initialisierungsverfahren ermittelt. Ein derartiges Verfahren ist in der gleichzeitig, von der selben Anmelderin eingereichten, Patentanmeldung „Verfahren zur Ermittlung charakteristischer Eigenschaften und/oder der Position charakteristischer Augenbestandteile", deren gesamter Inhalt hiermit einbezogen wird, detailliert beschrieben. Auf dieses Verfahren wird im nachfolgenden Text kurz eingegangen. In ihm wird ebenso wie in dem hier beanspruchten Verfahren ein Ringfilter 5 wie er in Fig. 2 schematisch dargestellt, einem Augenausschnitt überlagert ist, mit der Aufnahme des Augenausschnitts gefaltet. Der Ringfilter 5 ist aus zwei ringförmigen Bestandteilen, einem äußeren Ring 6 und einem inneren Ring 7 zusammengesetzt, welche bei an den Limbus angepassten Radius des Ringfil- ters 5 symmetrisch um den untersuchten Limbus 8 gelegt sind. Der Ringfilter 5 ist so normiert, dass der äußere Ring 6 positive Beiträge zur Filterantwort liefert, während der innere Ring 7 negative Beiträge ergibt. Darüber hinaus ist der Ringfilter 5 so normiert, dass die Filterantwort bei der Faltung mit einer grauen Fläche den Wert Null ergibt. Das bedeutet, dass die beiden Ringe 6 und 7 entsprechend ihrer Filteranteile im Bild gewichtet sind. Um das Prinzip des Verfahrens zu erläutern wird im Folgenden davon ausgegangen, dass der Radius des Limbus und damit die Größe des Ringfilters 5 in einem später zu beschreibenden Initialisierungsschritt abgeleitet und von daher bekannt ist. Bei allen danach auf- genommenen Bildern von Ausschnitten desselben Auges wird der Radius des Ringfilters 5 beibehalten, es kann immer, zumindest solange der Aufnahmemodus am Mikroskop nicht verändert wird, derselbe Ringfilter 5 verwendet werden. Dieser Ringfilter 5 wird nun mit dem Bildausschnitt gefaltet. Das heißt, die Filterantwort wird an jedem Punkt des Bildes ermittelt. Das Ergebnis einer Faltung mit dem Ringfilter 5 ist in Figur 3 beispielhaft dargestellt. An dem Ort, an dem das Zentrum von Ringfilter 5 und Limbus 8 liegt, wenn diese übereinander liegen, ergibt sich die maximale Filterantwort, welche hier als heller Bereich zu sehen ist. Das Zentrum dieses hellen Bereichs bzw. die Position des absoluten Maximums der Filterantwort entspricht dem Mittelpunkt des Limbus 8, welches zur Ableitung der Hilfestellung für den Chirurgen verwendet wird.

Es ist jedoch, wie schon erwähnt, notwendig, vorab in einem etwas aufwändigeren Verfahren den Radius des Limbus 8 und damit den geeigneten Radius für den Ringfilter 5 zu bestimmen. Hierfür wird, wie in der erwähnten Parallelanmeldung detailliert beschrieben, das Bild eines Augenausschnitts mit Ringfiltern 5 unterschiedlicher Größe und damit un- terschiedlichem Radius gefaltet. Für jede Faltung mit einem Ringfilter 5 wird die maximale Filterantwort ermittelt. Diese maximale Filterantwort wird gegen den Radius des verwendeten Ringfilters 5 aufgetragen, so dass sich eine Kurve ergibt, die immer dann maximale Werte zeigt, wenn ein Radius eines gewählten Ringfilters 5 mit dem Radius eines runden Objekts in dem Bildausschnitt übereinstimmt. Es wurde erkannt, dass der Radius des größten dieser runden Objekte im Bildausschnitt dem Radius des Limbus 8 entspricht, so dass das dem größten Radius der korrelierten Ringfilter 5 zugehörige Maximum in der Kurve bzw. dessen Filterradius dem Radius des Limbus 8 entspricht. Dieser wird im Folgenden als Radius des Ringfilters 5 zugrunde gelegt um in allen weiteren Aufnahmen, welche bei derselben Untersuchung oder Behandlung von demselben Augenausschnitt aufgenommen wurden, verwendet zu werden. Für alle folgenden Bilder ist es zur Nachverfolgung des Limbuszentrums somit nur noch notwendig, diese, mit dem Ringfilter 5 festgelegten Radius, zu falten und bspw. den Schwerpunkt des hellen Bereiches der Filterantwort zu ermitteln. Damit wurde ein äußerst effizientes und zuverlässiges Verfahren entwickelt, den Radius des Limbus 8 und das Limbus- bzw. das Pupillenzentrum nach einem einmaligen detaillierten und etwas länger währenden Analyseschritt in allen weiteren Bildern extrem schnell abzuleiten und damit dieses Zentrum über die ganze Augendiagnose oder -behandlung hinweg gewissermaßen in Echtzeit für jedes Bild zu bestimmen und daraus die Position abzuleiten, um ein als Hilfestellung für den Chirurgen gedachtes Muster oder ähnliches einzublenden. Durch die Wahl des Rotkanals 1 als Grundlage für alle Korrelationen wird das Verfahren in seiner Schnelligkeit optimiert, ohne an Zuverlässigkeit einzubüßen.

Die Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Operationsmikroskops 9, wie es bei einer Augenbehandlung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, typisch ist. Das zu behandelnde Auge 10 des Patienten, welches mit einer weißen Lichtquelle 1 1 beleuchtet wird, wird zum einen mittels eines Okulars 14, zum anderen mittels einer Kamera 12 beobachtet, wobei der Beobachtungsstrahlengang durch einen Strahlteiler 13 in zwei Beobachtungsstrahlengänge für die beobachtenden Instrumente aufgespalten wird. Die an der Kamera 12, welche vorzugsweise eine Standardvideokamera ist, aufgezeichneten mehrfarbigen Bilder werden an eine Recheneinheit 16 übergeben, an der die Daten abgespeichert und analysiert werden. Anhand der Daten wird ein Hilfsmuster berechnet, das mittels einer Muster- erzeugungseinheit 17 gebildet und dem im Okular 14 sichtbaren Bild überlagert wird, so dass das Auge des Behandelnden 15 das zu behandelnde Auge 10 zusammen mit dem überlagerten Muster, welches an der Mustererzeugungseinheit 17 gebildet wurde, betrachten kann. Die Mustererzeugungseinheit 17 kann beispielsweise als Projektor mit einer ringförmigen LED-Anzeige, die über den Strahlteiler 13 ein Muster ins Auge 10 ein- blendet, ausgeführt sein.

Bei einer Kataraktoperation wird laufend in sehr kurzen Zeitfolgen mit der Kamera 12 das Auge 10 mehrfarbig digital aufgenommen und die digitalen Daten der Aufnahme des Augenausschnittes des Auges 10, an die Recheneinheit 16 übermittelt. Dort wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln der Position des Augenzentrums, insbesondere des Limbus, nur der rote Farbauszug des mehrfarbigen Bildes betrachtet. Dieser rote Farbauszug wird gemäß dem anhand der Fig. 2 geschilderten Verfahren mit einem Ringfilter gefaltet, um so das Augenzentrum zu ermittelt, damit die optimale Schnitt- Position für den Schnitt, zur Entnahme der getrübten und zum Einsetzen der künstlichen Linse, gefunden werden kann. Sobald das Zentrum des Limbus und dabei, dabei ebenfalls abgeleitetem Radius des Limbus, die Schnittposition bestimmt ist, wird dem Bild, das das Auge des Chirurgen 15 über das Okular 14 sieht, ein, an der Mustererzeugungseinheit 17 generiertes, Muster welches diese Schnittposition anzeigt, überlagert. Dadurch sieht das Auge des Chirurgen 15 während der Behandlung immer die als optimal bestimmte Schnittposition zum Ansetzen des Schnittes.

Bezugszeichenhste:

1 Farbauszug rot

2 Farbauszug grün

3 Farbauszug blau

4 Luminanzkanal

5 Ringfilter

6 Äußerer Ring

7 Innerer Ring

8 Limbus

9 Operationsmikroskop

10 Zu behandelndes Auge

1 1 Lichtquelle

12 Kamera

13 Strahlteiler

14 Okular

15 Auge des Behandelnden

16 Recheneinheit

17 Mustererzeugungseinheit

18 LCD-Display

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile unter Anwendung von Verfahren der Bildverarbeitung, während einer Augenuntersuchung oder -behandlung, wobei ein digitales Bild zumindest eines Ausschnittes eines Auges mit der Kamera aufgenommen und anhand dieses die Position bzw. Eigenschaften wie der Radius abgelei- tet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrfarbiges Bild aufgenommen wird und dass für die Bildverarbeitung nur der roten Farbauszug des digitalen Bildes zugrunde gelegt wird.

2. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Auge während der Aufnahme mit einer weißen Lichtquelle beleuchtet wird.

3. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Ableitung des roten Farbauszugs verwendeter Rotkanals der Aufnahmekamera den Wellenlängenbereich zwischen 550 und 700nm umfasst.

4. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für eine Lokalisierung des Limbus der rote Farbauszug des digitalen Bildes verwendet wird.

5. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere digitale Bilder nacheinander aufgenommen und analysiert werden und je Bild für die Bildverarbeitung der rote Farbauszug des digitalen Bildes verwendet wird.

6. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der rote Farbauszug des Bildes mit einem ringförmigen Vergleichsobjekt korreliert wird.

7. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass der rote Farbauszug des Bildes mit einem Ringfilter gefaltet wird.

8. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringfilter zwei konzentrische ringförmige Bestandteile aufweist, zwischen denen bei der Faltung eine Differenzbildung erfolgt.

9. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kantenerkennungsverfahren, insbesondere zur Detektion des Übergangs Sclera-Iris, auf dem roten Farbauszug vorgenommen wird.

10. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Binarisierung auf dem roten Farbauszug erfolgt.

1 1 . Vorrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile während einer Augenuntersuchung oder -behandlung, mit

- einer Kamera zum Aufnehmen eines digitales Bild zumindest eines Ausschnit- tes eines Auges und mit

- einer Bildverarbeitungseinrichtung zum Anwenden von Verfahren der Bildverarbeitung zum Ableiten der Position bzw. Eigenschaften wie des Radius, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kamera ein mehrfarbiges Bild aufnimmt und dass

- für die Bildverarbeitung nur der rote Farbauszug des digitalen Bildes zugrunde gelegt liegt.

12. Computerprogramm zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile unter Anwendung von Verfahren der Bildverarbeitung, während einer Augenuntersuchung oder - behandlung, wobei aus einem digitalen Bild zumindest eines Ausschnittes eines Auges, welches mit einer Kamera aufgenommen wurde, die Position bzw. Eigenschaf- ten, wie der Radius abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem mehrfarbigen Bild ein roter Farbauszug gewonnen wird und dass für die Bildverarbeitung nur der rote Farbauszug zugrunde gelegt wird.