WO2014049122A1 - Verfahren zur verlässlichen bestimmung der achslänge eines auges - Google Patents

Verfahren zur verlässlichen bestimmung der achslänge eines auges Download PDF

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WO2014049122A1
WO2014049122A1 PCT/EP2013/070196 EP2013070196W WO2014049122A1 WO 2014049122 A1 WO2014049122 A1 WO 2014049122A1 EP 2013070196 W EP2013070196 W EP 2013070196W WO 2014049122 A1 WO2014049122 A1 WO 2014049122A1
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eye
fovea
axis
determined
scans
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PCT/EP2013/070196
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French (fr)
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Martin VOLKWARDT
Ferid Bajramovic
Tobias BÜHREN
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Carl Zeiss Meditec Ag
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    • 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
    • A61B3/1005—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for measuring distances inside the eye, e.g. thickness of the cornea
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    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/102—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for optical coherence tomography [OCT]

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the axial length of an eye by means of optical coherence tomography (OCT), in which the orientation of the measuring device to the eye for all one- or two-dimensional scans is controlled in order to ensure a reliable determination of the axial length of the eye can.
  • OCT optical coherence tomography
  • An important application is the preoperative selection of intraocular lenses in cataract treatment.
  • the most important measurement is the axial length of the eye from the front of the cornea (cornea) to the retina (retina). This is preferably measured according to the prior art without contact by optical interferometric methods known as PCI (partial coherence interferometry) or OCT (optical coherence tomography).
  • PCI partial coherence interferometry
  • OCT optical coherence tomography
  • structure transitions can be represented as one-dimensional depth profiles (A scans), two-dimensional depth slice images (B scans), or three-dimensional tomograms, with specular reflections at the optical interfaces and / or light scattering in the various media of the eye to be detected.
  • the patient is offered during the measurement according to the prior art of the optical measuring device, a fixation light on which he fixes his eye.
  • the visual axis of the eye is aligned with the main measuring axis of the device, which simultaneously corresponds to the Z axis of the coordinate system of the measuring device.
  • the device axis is aligned with the visual axis, the cornea and the retina stand in the In most cases, sufficiently perpendicular to the main measuring axis, so that the measuring beams reflected by the cornea and the retina are well detected by the meter.
  • the measurement of the axial length is carried out by means of partially coherent interferometry in the double-jet method.
  • two different types of optic fibers fall into the eye and are speculatively reflected on the anterior surface of the cornea and the retina and brought into interference. From the signals at different optical path lengths can be concluded on the eye length. Since a usable signal only arises when a specular reflex from both the cornea and the retina is present, this method has the advantage that the cornea and the retina are approximately perpendicular to the measuring beam and thus the device axis for generating a distance signal.
  • the device axis / measuring axis is, to a good approximation, identical to the visual axis and the distance measured along the device axis corresponds to the axial length which is decisive for the calculation of the IOL.
  • Another disadvantage is that measurements for B-scans or the measurement of the anterior chamber depth is difficult to realize because these measurements due to the misalignment of the measuring beam to the interfaces either the cornea or the lens does not show a specular reflex which is also detected by the device.
  • newer methods that promise a higher reliability in the selection of intraocular lenses and that require the measurement of the anterior chamber depth, the lens thickness or lens radii are not possible or only with difficulty.
  • the measurement of intraocular distances is carried out on the basis of one or more so-called B-scans, which are obtained by means of optical coherence tomography.
  • B-scans which are obtained by means of optical coherence tomography.
  • corneal thickness, anterior chamber depth and / or lens thickness can be determined.
  • the basic principle of the OCT method described, for example, in US Pat. No. 5,321, 501 A is based on white-light interferometry and compares the propagation time of a signal with the aid of an interferometer (usually a Michelson or Mach-Zehnder interferometer).
  • the arm with known optical path length is used as an object-external reference to the measuring arm.
  • the interference of the signals from both arms gives a pattern from which one can read the relative optical path length within an A-scan (single depth signal).
  • the beam is then guided transversely in one or two directions, enabling a two-dimensional B-scan or a three-dimensional tomogram to be recorded. In this case, sufficient signals are also obtained in the B-scan because both specular reflections and scattering in the object are detected in these methods.
  • the measuring principle itself that ensures that along the correct axis (visual axis) the axial length (axial length of the eye), which is important for the calculation of the intraocular lenses, is measured. This is because even then a recording and a signal are possible when the measuring beam not perpendicular to the cornea front surface or not aligned along the visual axis.
  • the measurement along the device axis then provides an A-scan, which in itself has no detectable defect even if it is not measured along the visual axis due to lack of fixation.
  • these B-scans pose the problem of the lateral assignment of the B-scans with respect to the eye. Eye movements lead to erroneous measurements not only during the measurement, but also during the alignment of the measuring device to the eye due to an inaccurate orientation.
  • a B-scan and the intra-ocular distances which can be evaluated in it are displaced laterally with respect to the eye and thus assigned erroneously. This does not ensure that the A-Scan along the device axis or the A-Scan within a B-scan running along the device axis actually measures the eye length. Furthermore, even with exact alignment only a few A-scans - namely only along the device axis - can be used to calculate the axial length, so that the measured axial length is associated with a relatively high statistical uncertainty.
  • the problem with this solution is that the automatic evaluations of A and B scans to obtain biometric data are confronted with a large number of measurement situations and disturbances. These include, for example, measuring radiation attenuation in cataracts or a defocusing of the measuring radiation in the case of refractive errors or even the presence of pathologies.
  • a method for measuring the axial length of an eye by means of OCT in which the alignment of the measuring device to the eye during the measurement is controlled.
  • the A-scans of the OCT are registered with respect to the topography of the cornea and the axial length of the eye is determined from the A-scan which lies at least approximately on the visual axis.
  • the object is achieved by the method according to the invention for reliably determining the axial length of an eye by means of optical coherence tomography (OCT), in which the eye is aligned with a fixation mark, so that the main measuring axis of the measuring device at least approximately coincides with the visual axis of the eye, corresponding to Method steps: a) realizes the B-scans, b) segments the retinal tissue structure detected from the B-scans using one or different criteria, and c) determines the axial lengths from the B-scans, if possible, in the same way as in step b ) using different criteria segmentation of the retinal tissue structure to detect the fovea are used to control the alignment of the optical axis of the instrument with the visual axis of the eye and the Axis lengths determined from the B-scans are confirmed or corrected and output as a function of the determined position of the fovea or its lateral distance from the optical axis of the measuring device. If the position of the fovea could
  • the method is particularly suitable for those OCT methods in which the axial length determination takes place by means of an A-scan along the axial dimension of the eye, wherein a single A-scan covers the entire length of the eye from the cornea to the retina.
  • the present invention relates to a method for determining the axial length of an eye, which is particularly likely to find application in biometric devices of ophthalmology.
  • the axial length of the eye from the front of the cornea to the retina represents the most important measure for the preoperative selection of intraocular lenses in cataract treatment.
  • FIG. 1 a B-scan, which extends from the vertex / corneal reflex to the retinal tissue structures,
  • Figure 2 retinal tissue structures of a healthy eye as a section of a B-scan
  • FIG. 3 Retinal tissue structures of an eye with pathological
  • OCT optical coherence tomography
  • the segmentation of the retinal tissue structures performed in method step b) using one or different criteria for the detection of the fovea is used to control the alignment of the optical axis of the measuring device with the visual axis of the eye, wherein d) in the event that the Position of the fovea on the optical axis of the meter, which are aggregated as correctly rated axis lengths and the process is terminated with the output of the resulting axis length, e) if the position of the fovea has been determined, but not on the optical axis of the instrument, the lateral distance between the two determines, with a small lateral distance, the axis length of the A-scan at the position determined to be correct , aggregated and output, or the method terminates at a too large lateral distance, preferably without outputting a resulting axis length but a corresponding indication of insufficient alignment of the optical axis of the measuring device with the visual axis of the eye, and f) in the event that the
  • RPE retina pigment epithelium
  • the subsequent detection of the fovea to control the alignment of the optical axis of the meter with the visual axis of the eye further segmentation of the retinal tissue structure is performed using different criteria.
  • the so-called inner limiting membrane (ILM) is of interest here.
  • both the ILM and the RPE can be resolved and detected by OCT-based measurement methods.
  • a B-scan can be analyzed with regard to various criteria. These are gradient strength, intensity, signal-to-noise ratio or local entropy.
  • individual criteria or combinations thereof may be used.
  • the optical axis of the measuring device is essential for a reliable determination of the axial length of the eye. Measurements along the visual axis require good fixation of the patient and proper alignment of the biometric meter to the eye. Under these conditions, it can be expected that the fovea lies on the main measuring axis of the measuring instrument.
  • the B-scans are used to record the retinal tissue structures according to the invention. With the help of optical coherence tomography (OCT), the measurement of the axial length of an eye is only possible if a sufficiently large scanning depth can be achieved. 1 shows a B-scan, which extends from the vertex / corneal reflex VKR to the retinal tissue structures R.
  • a correct axis length can generally only be measured along the visual axis, which inevitably passes through the center of the sharpest vision, that is through the fovea.
  • the position of the fovea detected in the B-scans can therefore be compared with the position of the main measuring axis to check whether the conditions for a correct measurement of the axial length are fulfilled.
  • the above-mentioned segmentations of the retinal tissue structures are of interest, since they are used for the detection of the fovea.
  • the fovea of an anatomically healthy eye is characterized, for example, by the following features:
  • the fovea has the least amount of light scattering and reflection, and thus the lowest signal intensity in the range between RPE and ILM.
  • the lowest signal intensity in the region between RPE and ILM can be determined by summing the intensities between the segmentations of ILM and RPE or a subsection thereof for each A-scan. The lowest intensity sum then defines the position of the fovea.
  • the fovea can be detected in a simple manner.
  • the B-scans include the fovea, their position can be determined automatically (at least in healthy eyes).
  • one or more of the features mentioned may be used to determine the position of the fovea, the arithmetic mean value being determined from the individually determined positions after removal of outliers.
  • the method according to the invention is characterized in that the segmentation of the retinal tissue structures performed in method step b) using one or different criteria for detecting the fovea is used to control the alignment of the optical axis of the measuring device with the visual axis of the eye d) in the event that the determined position of the fovea lies on the optical axis of the meter, which are aggregated as correctly classified axle lengths and the procedure is terminated with the output of the resulting axle length, e) in the event that the position of the fovea was determined, but this is not on the optical axis of the measuring device, determines the lateral distance between the two, at a small lateral distance, the axis length of the A-scan at the determined position as correctly classified, aggregated and output or the method in a large lateral distance, preferably without issuing a resulting axis length but a corresponding indication of insufficient alignment of the optical axis of the measuring device with the visual axis of the eye is terminated, and f) in the event
  • the position of the fovea must be detected. Depending on the determined position of the fovea, three cases are distinguished, which will be discussed in more detail below.
  • the axis lengths classified as correct are aggregated and the method ends with the output of the resulting axis length. Since the measured axis length is considered reliable, no further measures need to be taken and the process can be terminated. According to the invention, the axis lengths classified as correct are aggregated after outlier detection. The outlier detection is carried out in such a way that, starting from the median of the axis length measurements, an area for the expected axis lengths is defined and measured values outside this area are classified as outliers and are not permitted for aggregation.
  • the axis lengths classified as correct are thereby aggregated by forming the arithmetic mean value of the axial lengths remaining after the outlier detection, whereby this can only take place if a sufficient number of, preferably at least 2 axis lengths remain.
  • FIG. 2 shows retinal tissue structures of a healthy eye as a section of a B-scan.
  • the segmentation of the RPE and the ILM as well as the determined position of the fovea F are shown. Since the retinal tissue structures are well resolved and both the RPE and the ILM are exactly segmented, the position of the fovea F easily determined. As expected, the RPE is in a small area around the fovea.
  • the lateral distance between the two determines, with a small lateral distance, the axial length of the A-scan at the determined Position is classified as correct, aggregated and output or the process is terminated at a too large lateral distance without output of a resulting axis length but a corresponding indication of insufficient alignment of the optical axis of the measuring device with the visual axis of the eye.
  • the reason that the detected position of the fovea is not on the optical axis of the meter is due to insufficient fixation of the patient and / or inaccurate alignment of the meter with the visual axis of the meter To look for an eye. While the axial length of the A-scans at the determined position can be classified as correct, aggregated and output at a small lateral distance, this is no longer sensible with a large lateral distance.
  • the lateral distance of the determined position of the fovea to the optical axis of the measuring device gives an indication of the fixation or alignment of the measuring device, this can advantageously be used as fixation control for the measurement and verification of the measured axial length.
  • the lateral distance of the ascertained position of the fovea from the optical axis of the measuring device must be decided on a case-by-case basis.
  • the determined position of the fovea is classified as correct and the axis lengths of the relevant A-scans are aggregated and output.
  • a corresponding warning indicates the limited reliability of the axial length measurement and possible pathological changes.
  • the reason that the position of the fovea can not be detected is either to find inadequate fixation of the patient and / or inaccurate alignment of the instrument with the visual axis of the eye or the presence of pathological changes of the eye.
  • the cause actually appears to be the presence of pathological changes in the eye.
  • the pathological changes can affect both the retina, as well as the lens and cornea.
  • macular degeneration detachment of the retina
  • cataract cataract or a cloudy cornea.
  • Pathological changes can alter and / or attenuate the scan signals, in particular of the retinal tissue structures, so that detection becomes difficult or even impossible. Thus, segmentation of the ILM and localization of the fovea are also no longer possible.
  • segmentation of RPE and ILM can also provide clues to pathological changes in the eye, which in turn can strongly influence reliable axis length measurement.
  • the RPE should be straight in a small area around the fovea, a form clearly deviating from a straight line can be an indication that an insufficient fixation of the patient, a inaccurate alignment of the meter or pathological changes are present.
  • FIG. 3 shows retinal tissue structures of an eye with pathological changes as a section of a B-scan.
  • the image includes the segmentations of the RPE and the ILM. Although both the RPE and the ILM could be segmented, the position of the fovea F was not detectable.
  • the axial length can be measured as long as the signals of the retinal tissue structures can be detected from the B-scans and the RPE can be segmented.
  • the segmented RPE and / or ILM can be subjected to a plausibility check to evaluate the reliability of the determined position of the fovea and the axial length measurement.
  • the plausibility check can be based on the criteria used for the segmentation, such as gradient strength or intensity, or on features such as signal-to-noise ratio or local entropy.
  • Implausible segmentation may indicate pathological changes such that the measured axis length and the particular fovea position can not be considered reliable.
  • a warning is displayed to the user.
  • available options are displayed or predetermined to the operator.
  • the operator may be offered the option of manually marking the position of the fovea in the OCT image, for which purpose an input device such as a mouse, a touch screen or the like must be available.
  • the suspicion of a pathological change is present, but also independently of this, it proves expedient, as a plausibility criterion, to determine a thickness profile of the layer between RPE and ILM and to compare it with that of one or more healthy eyes or a sample eye.
  • the presence of a pathological change can be confirmed by comparing the intensity distribution of the retinal tissue structures or their spatial appearance.
  • a method for determining the axial length of an eye by means of optical coherence tomography is provided, which ensures a reliable determination of the axial length of the eye.
  • the disadvantages of the solutions known from the prior art are eliminated and it is ensured that only the measured values are used to determine the axial length, which were recorded with the exact alignment of the optical axis of the measuring device with the visual axis of the eye of the patient.
  • Being able to obtain indications of pathological changes of the eye during the determination of the axial length of an eye is completely novel for biometric measuring devices and allows a much wider application.
  • the indications of possible pathological changes of the eye are thereby largely without additional effort for doctors or operators in the context of the preparation of a cataract operation, which recommends in the case of such a hint a closer examination, preferably with special diagnostic methods and equipment.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Achslänge eines Auges mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), bei dem die Ausrichtung des Messgeräts zum Auge für alle ein- oder zweidimensionalen Scans kontrolliert wird, um eine verlässliche Bestimmung der Achslänge des Auges gewährleisten zu können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nach dem Ausrichten der Sehachse des Auges auf die Haupt-Messachse des Messgerätes B-Scans realisiert, aus denen retinale Gewebestrukturen detektiert werden um die Achslängen zu bestimmen, die dann zur Detektion der Fovea verwendet werden, um die Ausrichtung zu kontrollieren. Die aus den B-Scans ermittelten Achslängen werden dann in Abhängigkeit von der ermittelten Position der Fovea bzw. deren lateralen Abstand zur optischen Achse des Messgerätes bestätigt bzw. korrigiert und ausgegeben. Das Verfahren ist besonders für solche OCT-Verfahren geeignet, bei denen die Achslängenbestimmung anhand eines A-Scans entlang der axialen Dimension des Auges erfolgt.

Description

Verfahren zur verlässlichen Bestimmung der Achslänge eines Auges
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Achslänge eines Auges mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), bei dem die Ausrichtung des Messgeräts zum Auge für alle ein- oder zweidimensionalen Scans kontrolliert wird, um eine verlässliche Bestimmung der Achslänge des Auges gewährleisten zu können.
Eine wichtige Anwendung stellt die präoperative Auswahl von Intraokularlinsen bei der Kataraktbehandlung dar. Der hierfür bedeutendste Messwert ist die Achslänge des Auges von der Vorderseite der Hornhaut (Kornea) bis zur Netzhaut (Retina). Diese wird nach dem Stand der Technik bevorzugt kontaktfrei durch optische interferometrische Verfahren gemessen, die unter dem Namen PCI (partial coherence interferometry) oder OCT (optical coherence tomogra- phy) bekannt sind. Bei diesen Verfahren können Strukturübergänge als eindimensionale Tiefenprofile (A-Scans), als zweidimensionale Tiefenschnittbilder (B-Scans) oder dreidimensionale Tomogramme dargestellt werden, wobei spe- kulare Reflexe an den optischen Grenzflächen und/oder Licht das in den verschiedenen Medien des Auges gestreut wird, detektiert werden.
Bei beiden Messverfahren ist es wichtig, dass die Messung entlang einer axial orientierten Achse, die dabei der Sehachse entspricht, erfolgt. Andernfalls kann es bei der Auswahl der IOL zu Fehlern kommen, die zu einer erheblichen Fehlsichtigkeit des Patienten nach der Implantation der IOL führen.
Um die Messung entlang der Sehachse mit großer Sicherheit zu gewährleisten, wird dem Patienten während der Messung nach dem Stand der Technik vom optischen Messgerät ein Fixierlicht angeboten, auf das er sein Auge fixiert. Dadurch wird die Sehachse des Auges mit der Haupt-Messachse des Geräts, welche gleichzeitig der Z-Achse des Koordinatensystems des Messgeräts entspricht, ausgerichtet. Dies ist der Literatur [1 ] zu entnehmen. Ist die Geräteachse auf die Sehachse ausgerichtet so stehen die Kornea und die Retina in den allermeisten Fällen hinreichend senkrecht auf der Haupt-Mess-achse, so dass die von der Kornea und der Retina reflektierten Messstrahlen gut vom Messgerät erfasst werden.
Gemäß einer ersten, in der Literatur [2] beschriebenen Methode erfolgt die Messung der Achslänge mittels partiell kohärenter Interferometrie im Doppelstrahl verfahren. Dabei fallen zwei in ihrer optischen Weglänge verschiedene Stahlen in das Auge und werden an Hornhautvorderseite und der Retina speku- lar reflektiert und zur Interferenz gebracht. Aus den Signalen bei verschiedenen optischen Weglängen lässt sich auf die Augenlänge schließen. Da ein verwertbares Signal nur entsteht, wenn ein spekularer Reflex sowohl von der Kornea als auch von der Retina vorhanden ist, bietet dieses Verfahren den Vorteil, dass zur Generierung eines Entfernungssignals die Kornea und die Retina annähernd senkrecht zum Messstrahl und damit der Geräteachse stehen.
Experimentell hat sich gezeigt, dass bei diesen Messbedingungen, die zu einem auswertbaren Entfernungssignal führen, in guter Näherung die Geräteachse/Messachse mit der Sehachse identisch ist und die entlang der Geräteachse gemessene Entfernung der axialen Länge entspricht, die für die Berechnung der IOL ausschlaggebend ist.
Damit ist quasi im Messverfahren sichergestellt, dass bei zu großen Abweichungen der Sehachse von der Geräteachse kein falscher Messwert für die Augenlänge gewonnen und für die Berechnung der IOL verwendet wird.
Ein Nachteil ist aber, dass der Patient für die Messzeitdauer ein Mindestmaß an Kooperation zur Fixation aufbringen muss. Ist dies nicht der Fall, so können keine oder nur wenige, statistisch kaum gesicherte Messwerte für die axiale Augenlängen bestimmt werden.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Messwerte für B-Scans oder die Messung der Vorderkammertiefe nur schwer zu realisieren ist, da bei diesen Messungen aufgrund der Schiefstellung des Messstrahles zu den Grenzflächen entweder die Kornea oder die Linse keinen spekularen Reflex zeigen, der auch vom Gerät erfasst wird. Somit sind neuere Methoden, die eine höhere Zuverlässigkeit bei der Auswahl der Intraokularlinsen versprechen und die die Messung der Vorderkammertiefe, der Linsendicke oder Linsenradien voraussetzen nicht oder nur erschwert möglich.
Gemäß einer zweiten aus der Literatur [3] beschriebenen Methode erfolgt die Messung intraokularer Distanzen anhand eines oder mehrerer sogenannter B-Scans, die mittels optischer Kohärenztomographie gewonnen werden. Dadurch lassen sich nicht nur die Korneavorderfläche und die Retina sondern weitere Gewebestrukturen auflösen. Beispielsweise lassen sich Hornhautdicke, Vorderkammertiefe und/oder Linsendicke ermitteln.
Das beispielsweise in US 5,321 ,501 A beschriebene Grundprinzip des OCT- Verfahrens basiert auf der Weißlicht-Interferometrie und vergleicht die Laufzeit eines Signals mit Hilfe eines Interferometers (meist Michelson- oder Mach- Zehnder-Interferometer). Dabei wird der Arm mit bekannter optischer Weglänge als Objekt-externe Referenz zum Messarm herangezogen. Die Interferenz der Signale aus beiden Armen ergibt ein Muster, aus dem man die relative optische Weglänge innerhalb eines A-Scans (einzelnes Tiefensignal) herauslesen kann. In den eindimensionalen Rasterverfahren wird der Strahl dann transversal in einer oder zwei Richtungen geführt, womit sich ein flächiger B-Scan oder ein dreidimensionales Tomogramm aufnehmen lässt. Dabei ergeben sich auch beim B-Scan ausreichende Signale weil bei diesen Verfahren sowohl spekulare Reflexe als auch Streuung im Objekt erfasst werden.
Im Gegensatz zum Doppelstrahlverfahren ist allerdings bei solchen Verfahren nicht durch das Messprinzip selbst sichergestellt, dass entlang der richtigen Achse (Sehachse) die Achslänge (axiale Länge des Auges), welche für die Berechnung der Intraokularlinsen wichtig ist, gemessen wird. Das liegt daran, dass auch dann eine Aufnahme und ein Signal möglich sind, wenn der Messstrahl nicht senkrecht auf die Corneavorderfläche trifft bzw. nicht entlang der Sehachse ausgerichtet ist. Die Messung entlang der Geräteachse liefert dann einen A-Scan, der für sich genonnnnen keinen erkennbaren Defekt aufweist auch wenn er wegen mangelnder Fixation nicht entlang der Sehachse gemessen wird. Aus der Messung entlang der Geräte-Achse die Achslänge abzulesen, würde im allgemeinen allerdings zu falschen, systematisch verkürzten Messwerten führen, da bei mangelnder Ausrichtung des Messgeräts zur Sehachse, aufgrund Augenbewegung bzw. wegen mangelnder Fixation der A-Scan lateral zu weit abseits der Sehachse misst, was bei einem typischerweise konvexen Auge zu einer Verkürzung der Distanz Kornea - Retina führt.
Generell stellt sich bei diesen B-Scans das Problem der lateralen Zuordnung der B-Scans bzgl. des Auges. Augenbewegungen führen dabei nicht nur während der Messung, sondern auch während der Ausrichtung des Messgerätes auf das Auge, aufgrund einer ungenauen Ausrichtung, zu fehlerhaften Messungen.
Berücksichtigt man derartige Augenbewegung nicht, so werden ein B-Scan und die in ihm auswertbaren intraokularen Distanzen bzgl. des Auges lateral versetzt und damit fehlerhaft zugeordnet. Dadurch ist nicht sichergestellt, dass der A-Scan entlang der Geräte-Achse bzw. der A-Scan innerhalb eines B-Scans der entlang der Gerätachse läuft, tatsächlich die Augenlänge misst. Ferner können selbst bei exakter Ausrichtung nur wenige A-Scans - nämlich nur die entlang der Geräteachse - zur Berechnung der axialen Länge herangezogen werden, so dass die gemessene axiale Länge mit einer relativ hohen statistischen Unsicherheit behaftet ist.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Abstände lokalisierter Grenzflächen im Auge wird in der DE 10 2010 051 281 A1 beschrieben. Anhand der unter verschiedenen Bedingungen aufgenommenen Scans, die mindestens zwei der im Auge vorhandenen Grenzflächen beinhalten, wird von einer Steuer- und Auswerteeinheit ein parametrisches Augenmodell entsprechend angepasst, so dass eine modellbasierte Bestimmung der Biometrie eines Auges erfolgen kann.
Problematisch ist jedoch auch bei dieser Lösung, dass die automatischen Auswertungen von A- und B-Scans zur Gewinnung von Biometriedaten mit einer Vielzahl von Messsituationen und Störungen konfrontiert werden. Dazu zählen beispielsweise Messstrahlungsabschwächung bei Katarakten oder eine Defo- kussierung der Messstrahlung im Falle der Refraktionsfehler oder auch das Vorhandensein von Pathologien.
In der noch nicht veröffentlichten DE 10 2012 016 379.7 wird ein Verfahren zur Messung der axialen Länge eines Auges mittels OCT beschrieben, bei dem die Ausrichtung des Messgeräts zum Auge während der Messung kontrolliert wird. Dazu werden die A-Scans des OCT bezüglich der Topographie der Kornea registriert und die Achslänge des Auges aus dem A-Scan ermittelt der zumindest annähernd auf der Sehachse liegt. Dadurch kann zwar eine zuverlässige Achslängenbestimmung gewährleistet werden, jedoch ist dafür immer die Topographie der Kornea erforderlich, die entweder bereits vorhanden ist oder erst gemessen werden muss.
Eine weitere Lösung die die Ausrichtung eines Messgerätes zu einem Auge kontrolliert und/oder korrigiert wird beispielsweise in der US 7,452,077 B2 beschrieben. Hierbei wird das Muster gekreuzter B-Scans dazu verwendet, die Fehlausrichtung zu verbessern, indem der Versatz für jedes B-Scan-Paar in Bezug auf den Scheitelpunkt (Vertex) der Hornhaut ermittelt und wenn erforderlich korrigiert wird. Nachteilig hierbei ist, dass die Lage der Sehachse auf der Kornea im Allgemeinen nicht bekannt ist.
Literatur
[1 ] ISO/CD 19980, "Ophthalmie Instruments - Corneal topographers." 2009 [2] W. Haig is, "Optical Coherence Biometry," in Modern Cataract Surgery, T. Kohnen, Ed. Basel: Karger Publishers, 2002, pp. 1 19-1 30
[3] Haag-Streit AG, "Biometry Connected ... " Jun-2010
[4] D. C. Fernandez, "Delineating Fluid-Filled Region Boundaries in Optical Coherence Tomography Images of the Retina," IEEE Trans. Med. Ima- ging, vol. 24. No. 8, pp. 929-945, 2005.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verlässlichen Bestimmung der Achslänge eines Auges zu entwickeln, das die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen behebt und sicherstellt, dass nur die Messwerte zur Bestimmung der Achslänge verwendet werden, die bei möglichst exakter Ausrichtung der Haupt-Messachse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges des Patienten aufgenommen wurden
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur verlässlichen Bestimmung der Achslänge eines Auges mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge auf eine Fixiermarke ausgerichtet ist, so dass die Haupt-Messachse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zumindest annähernd zusammenfällt, entsprechend der Verfahrensschritte: a) die B-Scans realisiert, b) die aus den B-Scans detektierten retinalen Gewebestruktur unter Verwendung eines oder unterschiedlicher Kriterien segmentiert und c) wenn möglich die Achslängen aus den B-Scans bestimmt werden dadurch gelöst, das die im Verfahrensschritt b) unter Verwendung unterschiedlicher Kriterien durchgeführten Segmentierungen der retinalen Gewebestruktur zur Detektion der Fovea verwendet werden, um die Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zu kontrollieren und die aus den B-Scans ermittelten Achslängen in Abhängigkeit von der ermittelten Position der Fovea bzw. deren lateralen Abstand zur optischen Achse des Messgerätes bestätigt bzw. korrigiert und ausgegeben werden. Falls die Position der Fovea nicht ermittelt werden konnte, so weist ein Warnhinweis auf die eingeschränkte Verlässlichkeit der Achslängenmessung und mögliche pathologische Veränderungen hin.
Das Verfahren ist besonders für solche OCT-Verfahren geeignet, bei denen die Achslängenbestimmung anhand eines A-Scans entlang der axialen Dimension des Auges erfolgt, wobei ein einzelner A-Scan die gesamte Länge des Auges von der Kornea bis zur Retina erfasst.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Achslänge eines Auges, welches insbesondre in biometrischen Geräten der Ophthalmologie Anwendung finden dürfte. Dabei stellt die Achslänge des Auges von der Vorderseite der Kornea bis zur Retina den bedeutendsten Messwert für die präoperative Auswahl von Intraokularlinsen bei der Kataraktbehandlung dar.
Durch die Möglichkeit, während der Bestimmung der Achslänge eines Auges unter Umständen Hinweise auf pathologische Veränderungen der Netzhaut (Retina) zu erhalten ist für biometrische Messgeräte völlig neuartig und ermöglicht eine viel breitere Anwendung. Die Hinweise auf pathologische Veränderungen der Netzhaut werden dabei weitestgehend ohne zusätzlichen Aufwand für Ärzte oder Bediener im Rahmen der Vorbereitung einer Katarakt-Operation, wobei sich im Fall eines solchen Hinweises eine genauere Untersuchung, vorzugsweise mit zusätzlichen Diagnoseverfahren und -geräten empfiehlt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen die Figur 1 : einen B-Scan, der ausgehend vom Vertex-/Korneareflex bis zu den retinalen Gewebestrukturen reicht,
Figur 2: retinale Gewebestrukturen eines gesunden Auges als Ausschnitt eines B-Scans und
Figur 3: retinale Gewebestrukturen eines Auges mit pathologischen
Veränderungen als Ausschnitt eines B-Scans.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur verlässlichen Bestimmung der Achslänge eines Auges mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge auf eine Fixiermarke ausgerichtet ist, so dass die Haupt-Messachse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zumindest annähernd zusammenfällt, werden entsprechend der folgenden Verfahrensschritte: a) die B-Scans realisiert, b) die aus den B-Scans detektierten retinalen Gewebestrukturen unter Verwendung eines oder unterschiedlicher Kriterien segmentiert und c) wenn möglich die Achslängen aus den B-Scans bestimmt.
Erfindungsgemäß wird die im Verfahrensschritt b) unter Verwendung einer oder unterschiedlicher Kriterien durchgeführte Segmentierung der retinalen Gewebestrukturen zur Detektion der Fovea verwendet, um die Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zu kontrollieren, wobei d) für den Fall, dass die ermittelte Position der Fovea auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, die als korrekt eingestuften Achslängen aggregiert werden und das Verfahren mit der Ausgabe der resultierenden Achslänge beendet wird, e) für den Fall, dass die Position der Fovea ermittelt wurde, diese aber nicht auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, der laterale Abstand zwischen beiden bestimmt, bei einem geringen lateralen Abstand die Achslänge der A-Scans an der ermittelten Position als korrekt eingestuft, aggregiert und ausgegeben werden oder das Verfahren bei einem zu großen lateralen Abstand vorzugsweise ohne Ausgabe einer resultierenden Achslänge aber einem entsprechenden Hinweis auf eine unzureichende Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges beendet wird, und f) für den Fall, dass die Position der Fovea nicht ermittelt werden konnte, weist ein entsprechender Warnhinweis auf die eingeschränkte Ver- lässlichkeit der Achslängenmessung und mögliche pathologische Veränderungen hin.
Vor der Bestimmung der Achslängen des Auges ist es erfindungsgemäß erforderlich, die in den B-Scans aufgenommenen retinalen Gewebestrukturen zu segmentieren, d. h. die unterschiedlichen Gewebestrukturen im B-Scan zu identifizieren. Für OCT-basierte Verfahren ist dabei die Segmentierung des sogenannte„Retina-Pigmentepithelium" (kurz: RPE) von besonderem Interesse, da die Lichtstrahlen der Scanbeleuchtung an dieser Schicht der retinalen Gewebestruktur gestreut wird.
Für die im Anschluss folgende Detektion der Fovea, um die Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zu kontrollieren, werden weitere Segmentierungen der retinalen Gewebestruktur, unter Verwendung unterschiedlicher Kriterien durchgeführt. Neben dem bereits erwähnten Retinapigmentepithelium (RPE) ist hierbei die sogenannte Innere limitierende Membran (ILM) von Interesse. Durch entsprechende Vorgaben für die Segmentierung der Messsignale kann von OCT-basierten Messverfahren sowohl die ILM als auch die RPE aufgelöst und detektiert werden. Für die Segmentierung bzw. diese Segmentierungen, insbesondere die Lokalisierung des RPE und/oder der ILM, kann ein B-Scan hinsichtlich verschiedener Kriterien analysiert werden. Diese sind Gradientenstärke, Intensität, Signal- Rausch-Verhältnis oder lokale Entropie. Für die Segmentierung einer einzelnen Gewebestruktur können einzelne Kriterien oder auch Kombination davon verwendet werden.
Eine exakte Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges ist für eine verlässliche Bestimmung der Achslänge des Auges unerlässlich. Für die Messungen entlang der Sehachse sind eine gute Fixation des Patienten sowie die richtige Ausrichtung des biometrischen Messgerätes zum Auge erforderlich. Unter diesen Bedingungen ist zu erwarten, dass die Fovea auf der Hauptmessachse des Messgerätes liegt. Um die Ausrichtung kontrollieren zu können, werden erfindungsgemäß mit den B-Scans die retinalen Gewebestrukturen aufgenommen. Mit Hilfe der optischen Kohärenztomographie (OCT) ist die Vermessung der Achslänge eines Auges nur möglich, wenn eine genügend große Scantiefe erreicht werden kann. Hierzu zeigt die Figur 1 einen B-Scan, der ausgehend vom Vertex-/Korneareflex VKR bis zu den retinalen Gewebestrukturen R reicht.
Eine korrekte Achslänge kann generell nur entlang der Sehachse gemessen werden, die zwangsläufig durch das Zentrum des schärfsten Sehens, also durch die Fovea verläuft. Die in den B-Scans detektierte Position der Fovea kann daher mit der Lage der Hauptmessachse verglichen werden, um zu überprüfen, ob die Bedingungen für eine korrekte Messung der Achslänge erfüllt sind.
Erfindungsgemäß sind die zuvor genannten Segmentierungen der retinalen Gewebestrukturen von Interesse, da diese zur Detektion der Fovea Verwendung finden. Die Fovea eines anatomisch gesunden Auges wird beispielsweise durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
• die Fovea befindet sich an der tiefsten Stelle der ILM,
• die Fovea befindet sich beim geringsten Abstand zwischen RPE und ILM,
• die Fovea weist die geringste Lichtstreuung und -reflexion und somit die geringste Signalintensität im Bereich zwischen RPE und ILM auf.
Dabei lässt sich die geringste Signalintensität im Bereich zwischen RPE und ILM bestimmen, indem die Intensitäten zwischen den Segmentierungen von ILM und RPE oder einem Teilausschnitt davon für jeden A-Scan summiert werden. Die geringste Intensitätssumme definiert dann die Position der Fovea.
Durch die entsprechende Auswertung des Retinapigmentepithelium (RPE) und/oder der Innere limitierende Membran (ILM) lässt sich die Fovea auf einfache Weise detektieren. Vorausgesetzt die B-Scans umfassen die Fovea, kann deren Position (zumindest in gesunden Augen) automatisiert bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann zur Bestimmung der Position der Fovea eines oder mehrere der genannten Merkmale verwendet werden, wobei von den einzeln ermittelten Positionen nach dem Entfernen von Ausreißern der arithmetische Mittelwert bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahrensschritt b) unter Verwendung einer oder unterschiedlicher Kriterien durchgeführte Segmentierung der retinalen Gewebestrukturen zur Detektion der Fovea verwendet wird, um die Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zu kontrollieren, wobei d) für den Fall, dass die ermittelte Position der Fovea auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, die als korrekt eingestuften Achslängen aggregiert werden und das Verfahren mit der Ausgabe der resultierenden Achslänge beendet wird, e) für den Fall, dass die Position der Fovea ermittelt wurde, diese aber nicht auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, der laterale Abstand zwischen beiden bestimmt, bei einem geringen lateralen Abstand die Achslänge der A-Scans an der ermittelten Position als korrekt eingestuft, aggregiert und ausgegeben werden oder das Verfahren bei einem zu großen lateralen Abstand vorzugsweise ohne Ausgabe einer resultierenden Achslänge aber einem entsprechenden Hinweis auf eine unzureichende Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges beendet wird, und f) für den Fall, dass die Position der Fovea nicht ermittelt werden konnte, ein entsprechender Warnhinweis auf die eingeschränkte Verlässlichkeit der Achslängenmessung und mögliche pathologische Veränderungen hinweist.
Nachdem die Segmentierungen der retinalen Gewebestruktur durchgeführt wurden, muss die Position der Fovea detektiert werden. In Abhängigkeit der ermittelten Position der Fovea werden drei Fälle unterschieden, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.
Im ersten Fall, für den gemäß dem Verfahrensschritt d) die ermittelte Position der Fovea auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, werden die als korrekt eingestuften Achslängen aggregiert und das Verfahren mit der Ausgabe der resultierenden Achslänge beendet. Da die gemessene Achslänge als verlässlich angesehen wird, brauchen keine weiteren Maßnahmen ergriffen zu werden und das Verfahren kann beendet werden. Erfindungsgemäß werden die als korrekt eingestuften Achslängen nach einer Ausreißerdetektion aggregiert. Die Ausreißerdetektion erfolgt dabei derart, dass ausgehend vom Median der Achslängenmessungen ein Bereich für die zu erwartenden Achslängen definiert wird und Messwerte außerhalb dieses Bereiches als Ausreißer eingestuft und für eine Aggregation nicht zugelassen werden.
Die als korrekt eingestuften Achslängen werden dabei aggregiert, indem von den nach der Ausreißerdetektion verbleibenden Achslängen der arithmetische Mittelwert gebildet wird, wobei dies nur erfolgen kann, wenn hinreichend viele, vorzugsweise mindestens 2 Achslängen übrig bleiben.
Hierzu zeigt die Figur 2 retinale Gewebestrukturen eines gesunden Auges als Ausschnitt eines B-Scans. Die Abbildung beinhaltet neben den retinalen Gewebestrukturen R, die Segmentierungen des RPE und der ILM, sowie die ermittelte Position der Fovea F. Da hierbei die retinalen Gewebestrukturen gut aufgelöst und sowohl das RPE als auch die ILM exakt segmentiert sind, kann die Position der Fovea F problemlos ermittelt werden. Erwartungsgemäß stellt sich das RPE in einem kleinen Bereich um die Fovea gerade dar.
Im zweiten Fall, für den gemäß dem Verfahrensschritt e) die Position der Fovea ermittelt wurde, diese aber nicht auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, der laterale Abstand zwischen beiden bestimmt, bei einem geringen lateralen Abstand die Achslänge der A-Scans an der ermittelten Position als korrekt eingestuft, aggregiert und ausgegeben wird oder das Verfahren bei einem zu großen lateralen Abstand ohne Ausgabe einer resultierenden Achslänge aber einem entsprechenden Hinweis auf eine unzureichende Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges beendet wird.
Der Grund dafür, dass die ermittelte Position der Fovea nicht auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, ist in einer ungenügenden Fixation des Patienten und/oder einer ungenaue Ausrichtung des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zu suchen. Während bei einem geringen lateralen Abstand die Achslänge der A-Scans an der ermittelten Position als korrekt eingestuft, aggregiert und ausgegeben werden können, ist dies bei einem großen lateralen Abstand nicht mehr sinnvoll.
Da der laterale Abstand der ermittelten Position der Fovea zur optischen Achse des Messgerätes einen Hinweise auf die Fixierung bzw. Ausrichtung des Messgerätes gibt, kann dies vorteilhafter Weise als Fixationskontrolle für die Messung und zur Verifikation der gemessenen Achslänge genutzt werden.
Inwieweit der laterale Abstand der ermittelten Position der Fovea von der optischen Achse des Messgeräts als gering angesehen werden kann, ist von Fall zu Fall zu entscheiden. Bis zu einer zu definierenden Akzeptanzschwelle wird die ermittelte Position der Fovea als korrekt eingestuft und die Achslängen der betreffenden A-Scans aggregiert und ausgegeben. Es bedarf somit keiner Änderungen der Messbedingungen, so dass die Messungen der Achslängen weiterhin entlang der Hauptmessachse erfolgen.
Ist der laterale Abstand der ermittelten Position der Fovea bezüglich der optischen Achse des Messgeräte zu groß, d. h. liegt er außerhalb der definierten Akzeptanzschwelle, so wird das Verfahren ohne Ausgabe einer resultierenden Achslänge abgebrochen bzw. wird erneut gestartet. In jedem Fall wird jedoch ein entsprechender Hinweis auf eine unzureichende Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges gegeben.
Es ist hierbei allerdings auch möglich, dass die Messungen der Achslängen an der Stelle der detektierten Foveaposition erfolgen.
Im dritten Fall, für den gemäß dem Verfahrensschritt f) die Position der Fovea nicht ermittelt werden konnte, weist ein entsprechender Warnhinweis auf die eingeschränkte Verlässlichkeit der Achslängenmessung und mögliche pathologische Veränderungen hin. Der Grund dafür, dass die Position der Fovea nicht ermittelt werden kann, ist entweder in einer ungenügenden Fixation des Patienten und/oder einer ungenaue Ausrichtung des Messgerätes mit der Sehachse des Auges oder dem Vorliegen pathologischer Veränderungen des Auges, zu suchen.
Ist lediglich eine ungenügende Fixation des Patienten und/oder einer ungenaue Ausrichtung des Messgerätes Ursache, so kann dies meist durch eine erneute Messung behoben werden. Auch hier sind sowohl die Verfahrensschritte a) bis c) als auch die Detektion der Position der Fovea erneut durchzuführen.
Kann jedoch auch nach erneuten Messungen die Position der Fovea nicht ermittelt werden, so scheint die Ursache tatsächlich im Vorliegen pathologischer Veränderungen des Auges, zu liegen. Die pathologischen Veränderungen können dabei sowohl die Retina, als auch die Linse und Hornhaut betreffen. Beispielhaft seien hier nur folgende Veränderungen genannt: Makuladegeneration, Ablösung der Netzhaut, Katarakt oder eine trübe Hornhaut.
Pathologischen Veränderungen können die Scan-Signale, insbesondere der retinalen Gewebestrukturen verändern und/oder abschwächen, so dass eine Detektion erschwert oder gar unmöglich wird. Somit sind eine Segmentierung des ILMs und die Lokalisierung der Fovea ebenfalls nicht mehr möglich.
Neben einer verlässlichen Achslängenmessung können die Segmentierungen von RPE und ILM auch Hinweise auf pathologische Veränderungen des Auges geben, die wiederum eine verlässliche Achslängenmessung stark beeinflussen können.
Da sich, wie bereits erwähnt, das RPE in einem kleinen Bereich um die Fovea gerade darstellen sollte, kann eine deutlich von einer Geraden abweichende Form ein Indiz dafür sein, dass eine ungenügende Fixation des Patienten, eine ungenaue Ausrichtung des Messgerätes oder pathologische Veränderungen vorliegen.
Hierzu zeigt die Figur 3 retinale Gewebestrukturen eines Auges mit pathologischen Veränderungen als Ausschnitt eines B-Scans. Die Abbildung beinhaltet neben den retinalen Gewebestrukturen R, die Segmentierungen des RPE und der ILM. Zwar konnte sowohl das RPE als auch die ILM segmentiert werden, die Position der Fovea F war allerdings nicht ermittelbar.
Während die Segmentierung der ILM noch über einen annähernd„normalen" Verlauf verfügt, weist die Segmentierung des RPE starke Schwankungen auf, die nicht der erwarteten Form einer gesunden Retina entsprechen und auf potentielle pathologische Veränderungen hinweisen.
Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass trotzdem prinzipiell die Achslänge gemessen werden kann, solange die Signale der retinalen Gewebestrukturen aus den B-Scans detektiert und das RPE segmentiert werden kann.
Da die automatisierte Lokalisation der Fovea vor allem bei pathologischen Veränderungen in manchen Fällen nicht korrekt oder gar nicht durchführbar ist, können zusätzliche Maßnahmen sinnvoll sein.
Einerseits kann die segmentierte RPE und/oder ILM einer Plausibilitätskontrolle unterzogen werden, um die Verlässlichkeit der ermittelten Position der Fovea und der Achslängenmessung zu bewerten.
Die Plausibilitätskontrolle kann dabei auf den für die Segmentierung verwendeten Kriterien, wie Gradientenstärke oder Intensität, oder auf Merkmalen, wie Signal-Rausch-Verhältnis oder lokale Entropie basieren.
Nicht plausible Segmentierungen können auf pathologische Veränderungen hinweisen, so dass die gemessene Achslänge und die bestimmte Foveaposition als nicht verlässlich angesehen werden. In diesem Fall wird dem Benutzer ein Warnhinweis angezeigt. Vorzugsweise werden dem Bediener gleichzeitig mögliche, zur Verfügung stehende Optionen dargestellt oder vorgegeben.
Andererseits kann dem Bediener die Möglichkeit angeboten werden, die Lage der Fovea in der OCT-Aufnahme manuell zu markieren, wofür ein Eingabegerät, wie beispielsweise eine Maus, ein Touchscreen oder ähnliches zur Verfügung stehen muss.
Insbesondere, wenn der Verdacht einer pathologischen Veränderung vorliegt, aber auch unabhängig davon, erweist es sich als zweckdienlich, als Plausibili- tätskriterium ein Dickenprofil der Schicht zwischen RPE und ILM zu ermittelt und mit dem eines oder mehrerer gesunder Augen bzw. eines Musterauges zu vergleichen. Das Vorliegen einer pathologischen Veränderung lässt sich darüber hinaus durch Vergleich der Intensitätsverteilung der retinalen Gewebestrukturen oder deren räumlicher Erscheinung bestätigen.
Als Plausibilitätskriterium können aber auch Eigenschaften der Retinasignals, wie beispielsweise Intensitätsverlauf, Struktur usw. ausgewertet werden. Eine ähnliche Verwendung der Eigenschaften des Retinasignals ist gemäß dem Artikel [4] von D. C. Fernandez für die Diagnose der Retina bekannt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Achslänge eines Auges mittels optischer Kohärenztomographie zur Verfügung gestellt, welches eine verlässliche Bestimmung der Achslänge des Auges gewährleistet. Dabei werden die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen behoben und es wird sicherstellt, dass nur die Messwerte zur Bestimmung der Achslänge verwendet werden, die bei möglichst exakter Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges des Patienten aufgenommen wurden. Durch die Möglichkeit, während der Bestimmung der Achslänge eines Auges unter Umständen Hinweise auf pathologische Veränderungen des Auges zu erhalten, ist für biometrische Messgeräte völlig neuartig und ermöglicht eine viel breitere Anwendung. Die Hinweise auf mögliche pathologische Veränderungen des Auges werden dabei weitestgehend ohne zusätzlichen Aufwand für Ärzte oder Bediener im Rahmen der Vorbereitung einer Katarakt-Operation, wobei sich im Fall eines solchen Hinweises eine genauere Untersuchung, vorzugsweise mit speziellen Diagnoseverfahren und -geräten empfiehlt.
Es hat sich gezeigt, dass die Kontrolle der Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes auf die Sehachse des Auges selbst bei ungenügender Fixation und/oder ungenauer Ausrichtung des Messgerätes eine verlässlichere Bestimmung von Achslängen ermöglichen, wobei die Bestimmung der Position der Fovea die Messergebnisse verbessern oder zumindest verifizieren kann.
Zusätzlich können dabei automatisierte Hinweise auf ungewöhnliche Strukturen erfolgen, die auf pathologische Veränderungen hinweisen und zudem die Messung der Achslänge beeinflussen können und deren Verlässlichkeit infrage stellen können.
Während obige Ausführungen auf die Überprüfung der Fixation bei der Achslängenmessung anhand der Lokalisierung der Fovea in den OCT-Signalen abheben, so kann jedoch der grundlegende Gedanke der Überprüfung der Lage der Fovea durch das OCT bei Geräten, die verschieden Meßmodalitäten integrieren bzw. kombinieren auch vorteilhaft für die Fixationsüberwachung bei der Messung der anderen Modalitäten, genutzt werden.
So kann z. B. bei den Messungen zur Topographie in einem Kombinationsgerät aus Placido-Topograph und einem die Retina-abbildenden OCT die Fixation bei den Placido-Topographie-Messungen anhand der Lokalisierung der Fovea in den OCT-Messungen erfolgen. Dabei werden die OCT-Messungen idealerweise nahezu zeitgleich mit den Topographie-Messsungen durchgeführt. Somit können Topographie-Messungen, die bei mangeldner Fixation erfolgen, durch zu großer Abweichung der Fovea-Lage von der Geräteachse im OCT erkannt und von der weiteren Auswertung oder diagnostischen Verwendung ausgeschlossen werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur verlässlichen Bestimmung der Achslänge eines Auges mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), bei dem das Auge auf eine Fixiermarke ausgerichtet ist, so dass die Haupt-Messachse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zumindest annähernd zusammenfällt, bei dem entsprechend der Verfahrensschritte: a) die B-Scans realisiert, b) die aus den B-Scans detektierten retinalen Gewebestrukturen unter Verwendung eines oder unterschiedlicher Kriterien segmentiert und c) wenn möglich die Achslängen aus den B-Scans bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahrensschritt b) unter Verwendung eines oder unterschiedlicher Kriterien durchgeführte Segmentierung der retinalen Gewebestrukturen zur Detektion der Fovea verwendet wird, um die Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges zu kontrollieren, wobei d) für den Fall, dass die ermittelte Position der Fovea auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, die als korrekt eingestuften Achslängen aggregiert werden und das Verfahren mit der Ausgabe der resultierenden Achslänge beendet wird, e) für den Fall, dass die Position der Fovea ermittelt wurde, diese aber nicht auf der optischen Achse des Messgerätes liegt, der laterale Abstand zwischen beiden bestimmt, bei einem geringen lateralen Abstand die Achslänge der A-Scans an der ermittelten Position als korrekt eingestuft, aggregiert und ausgegeben werden oder das Verfahren bei einem zu großen lateralen Abstand vorzugsweise ohne Aus- gäbe einer resultierenden Achslänge aber einem entsprechenden Hinweis auf eine unzureichende Ausrichtung der optischen Achse des Messgerätes mit der Sehachse des Auges beendet wird, und f) für den Fall, dass die Position der Fovea nicht ermittelt werden konnte, ein entsprechender Warnhinweis auf die eingeschränkte Verlässlich- keit der Achslängenmessung und mögliche pathologische Veränderungen hinweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Verfahrensschritt b) aus der retinalen Gewebestruktur unter Verwendung unterschiedlicher Kriterien das Retinapigmentepithelium (RPE) und die Innere limitierende Membran (ILM) segmentiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fovea nach einem ersten Merkmal durch die tiefste Stelle der ILM gekennzeichnet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fovea nach einem zweiten Merkmal durch den geringsten Abstand zwischen RPE und ILM gekennzeichnet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fovea nach einem dritten Merkmal durch die geringsten Lichtstreuung und -reflexion und somit durch die geringste Signalintensität zwischen RPE und ILM gekennzeichnet ist.
6. Verfahren nach den vorgenannten Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Position der Fovea mehr als ein Merkmal verwendet wird, wobei die ermittelten Positionen nach dem Entfernen von Ausreißern arithmetisch gemittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom Median der Achslängenmessungen ein Bereich für die zu erwartenden Achslängen definiert wird und Messwerte außerhalb dieses Bereiches als Ausreißer eingestuft und für eine Aggregation nicht zugelassen werden.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den B-Scans bestimmten Achslängen aggregiert werden, indem von den nach der Ausreißerdetektion verbleibenden Achslängen der arithmetische Mittelwert gebildet wird, wobei dies nur erfolgen kann, wenn hinreichend viele, vorzugsweise mindestens 2 Achslängen übrig bleiben.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentierte RPE und/oder ILM einer Plausibili- tätskontrolle unterzogen wird, insbesondere falls die Position der Fovea nicht ermittelt werden kann.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibili- tätskontrolle auch auf den, für die Segmentierung verwendeten Kriterien, wie Gradientenstärke oder Intensität basiert.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibili- tätskontrolle auf Merkmalen, wie Signal-Rausch-Verhältnis oder lokale Entropie basiert.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Plausibili- tätskriterium ein Dickenprofil der Schicht zwischen RPE und ILM ermittelt und mit dem eines oder mehrerer gesunder Augen bzw. eines Musterauges verglichen wird.
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US14/431,206 US9867535B2 (en) 2012-09-28 2013-09-27 Method for the reliable determination of the axial length of an eye
JP2015533608A JP6276278B2 (ja) 2012-09-28 2013-09-27 眼軸長を高い信頼性で決定するための方法

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DE (1) DE102012019473A1 (de)
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013020706A1 (de) 2013-12-10 2015-06-11 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren zur optimierten Auswahl der in ein Auge zu implantierenden IOL
JP6748434B2 (ja) 2016-01-18 2020-09-02 キヤノン株式会社 画像処理装置、推定方法、システム及びプログラム
EP3420887A1 (de) * 2017-06-30 2019-01-02 Essilor International Verfahren zur bestimmung der position des augenrotationszentrums des auges eines patienten und zugehörige vorrichtung
DE102018200829A1 (de) 2018-01-19 2019-07-25 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren zur durchgehenden Kontrolle der Fixation eines Patientenauges während der Erfassung dessen biometrischer Messdaten
JP7106320B2 (ja) * 2018-03-27 2022-07-26 株式会社トプコン 眼科装置、及び眼科装置の制御方法
DE102020110985A1 (de) * 2019-10-11 2021-04-15 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren und System zur Assistenz einer Implantation einer künstlichen Linse in ein Auge
AU2021350571A1 (en) * 2020-09-25 2023-03-09 Alcon Inc. Imaging markers for verifying biometry

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5321501A (en) 1991-04-29 1994-06-14 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for optical imaging with means for controlling the longitudinal range of the sample
US7452077B2 (en) 2006-08-29 2008-11-18 Carl Zeiss Meditec, Inc. Image adjustment derived from optical imaging measurement data
US20090163898A1 (en) * 2007-06-04 2009-06-25 Oraya Therapeutics, Inc. Method and device for ocular alignment and coupling of ocular structures
US20110069279A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Carl Zeiss Meditec Ag Ophthalmologic biometric or image generating system and method for detection and evaluation of measured data
US20110299034A1 (en) * 2008-07-18 2011-12-08 Doheny Eye Institute Optical coherence tomography- based ophthalmic testing methods, devices and systems
DE102010051281A1 (de) 2010-11-12 2012-05-16 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der Biometrie von Augen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4864516B2 (ja) * 2006-04-07 2012-02-01 株式会社トプコン 眼科装置
JP4895748B2 (ja) * 2006-09-29 2012-03-14 株式会社ニデック 眼科用超音波診断装置
US8223143B2 (en) * 2006-10-27 2012-07-17 Carl Zeiss Meditec, Inc. User interface for efficiently displaying relevant OCT imaging data
JP5179063B2 (ja) * 2007-01-06 2013-04-10 株式会社ニデック 眼科装置
US20120150029A1 (en) * 2008-12-19 2012-06-14 University Of Miami System and Method for Detection and Monitoring of Ocular Diseases and Disorders using Optical Coherence Tomography
DE102008063225A1 (de) * 2008-12-23 2010-07-01 Carl Zeiss Meditec Ag Vorrichtung zur Swept Source Optical Coherence Domain Reflectometry
US8332016B2 (en) * 2009-08-04 2012-12-11 Carl Zeiss Meditec, Inc. Non-linear projections of 3-D medical imaging data
DE102010017837A1 (de) * 2010-04-22 2011-10-27 Carl Zeiss Meditec Ag Anordnung zur Erzielung hochgenauer Messwerte am Auge
JP5762712B2 (ja) * 2010-09-30 2015-08-12 株式会社ニデック 眼科観察システム
WO2013134554A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Optovue, Inc. Enhanced biometry using optical coherence tomography
DE102012016379A1 (de) 2012-08-16 2014-02-20 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren zur Vermessung eines Auges

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5321501A (en) 1991-04-29 1994-06-14 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for optical imaging with means for controlling the longitudinal range of the sample
US7452077B2 (en) 2006-08-29 2008-11-18 Carl Zeiss Meditec, Inc. Image adjustment derived from optical imaging measurement data
US20090163898A1 (en) * 2007-06-04 2009-06-25 Oraya Therapeutics, Inc. Method and device for ocular alignment and coupling of ocular structures
US20110299034A1 (en) * 2008-07-18 2011-12-08 Doheny Eye Institute Optical coherence tomography- based ophthalmic testing methods, devices and systems
US20110069279A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Carl Zeiss Meditec Ag Ophthalmologic biometric or image generating system and method for detection and evaluation of measured data
DE102010051281A1 (de) 2010-11-12 2012-05-16 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der Biometrie von Augen

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Ophthalmic instruments - Corneal topographers", ISO/CD 19980, 2009
D. C. FERNANDEZ: "Delineating Fluid-Filled Region Boundaries in Optical Coherence Tomography Images of the Retina", IEEE TRANS. MED. IMA- GING, vol. 24, no. 8, 2005, pages 929 - 945
HAAG-STREIT AG, BIOMETRY CONNECTED ..., June 2010 (2010-06-01)
W. HAIG: "Modern Cataract Surgery", 2002, KARGER PUBLISHERS, article "Optical Coherence Biometry", pages: 119 - 1 30

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