WO2015176699A2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der ausrichtung des auges bei augenoperationen - Google Patents

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Saso Spasovski
Kai Just
Wolfgang Pogade
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Chronos Vision Gmbh
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    • A61F2009/00844—Feedback systems
    • A61F2009/00846—Eyetracking

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the orientation of the eye in eye operations, as well as a surgical microscope, a control unit and a computer program for eye surgery systems.
  • cataract or cataract For patients suffering from often age-related opacity of the natural eye lens, called cataract or cataract, often remains as a last resort only the removal of the intra-ophthalmic lens and the implantation of an artificial intraocular lens, called IOL.
  • Astigmatism is a particularly common type of astigmatism.
  • the cornea or cornea has no constant curvature in astigmatism, but can be approximated to a good approximation by a torus surface which can be characterized by two curvature values along two mutually perpendicular surface directions.
  • the cornea has the least curvature (flat corneal axis), whereas the corneal curvature is perpendicular to it at the maximum (steep corneal axis).
  • an indication of the orientation of the direction with, for example, the greatest curvature, the so-called axial position must be provided.
  • Various diagnostic devices are used to determine the surface curvature and, for example, the astigmatism axis of the eye. These are based, with a few exceptions, on the evaluation of eye images in which the distances between the either point-like or ring-like reflections, which are produced by a corresponding illumination arrangement on the surface of the cornea, are analyzed. Thus, the reflections of an example, even, circular arrangement of light emitting diodes in an astigmatic eye in the camera image appear ellipse-like.
  • Toric lenses are used for this purpose, which are characterized in particular by having a maximum or minimum curvature in two mutually perpendicular directions.
  • the axis of a toric intraocular lens is characterized by markings applied to the lens surface. Most of these markers consist of points or lines whose imaginary connecting line defines the lens axis.
  • the toric intraocular lens For optimal correction of corneal astigmatism, the toric intraocular lens must be precisely aligned when inserted into the eye, i. it must be rotated during the operation by the physician so that its axis coincides as well as possible with the astigmatism axis of the cornea, which was determined during the diagnosis at an earlier time.
  • the problem here is that the relative torsional orientation of the eye between the diagnosis measurement and the time of surgery can not generally be assumed to be constant and known.
  • the publication WO 2010/009897 A1 describes an eye surgery system and corresponding method, in which a preoperative first image of an eye to be operated on is stored in an image memory.
  • a camera is used for intraoperative acquisition of a second image of the eye to be operated on.
  • An image processing device determines from the first image and the second image an orientation value.
  • a display device generates a representation of a mark as a function of the orientation value.
  • the publication WO 2010/046371 A1 describes an image processing method for computer-assisted eye operations.
  • a reference image of the eye is taken and enriched with context information.
  • the reference image is registered with a real-time image of the eye, and the context information is superimposed on the real-time image so as to be reproduced at the same position regardless of eye movement.
  • DE 10 2009 053 208 A1 describes an apparatus for eye surgery with an image recognition device that observes the operation procedure and qualitatively analyzes to give feedback to the surgeon.
  • the feedback may involve the operation of an operating instrument or the lateral or rotational displacement of an intraocular lens.
  • registration takes place as an integral part, i. a preoperative image is compared with an operative one to determine the torsion.
  • LASIK operations corneal tissue is ablated by laser bombardment in order to correct aberrations of the eye.
  • PRK operations corneal tissue is ablated by laser bombardment in order to correct aberrations of the eye.
  • the ablation patterns are based on a preoperative diagnosis and must by no means be cylindrically symmetrical. For astigmatic eyes, for example, the ablation pattern is only symmetrical to the axis of astigmatism. Thus, knowledge of the eye torsion between diagnosis and the current orientation during the operation is urgently required for a rotation of the shot coordinate list of the laser.
  • the cameras used during the diagnosis and operation may be twisted relative to the patient's head, or the head posture relative to the camera may have changed in operation from the posture at diagnosis.
  • torsional movement of the eye during the transition from a seated position during the diagnosis to a lying position of the patient during surgery may actually occur.
  • a so-called dynamic torsion may additionally occur intraoperatively. This is caused by acute torsional eye movements, other head movements of the patient or is possibly induced by the use of surgical instruments by the doctor.
  • So-called Surgery Guidance Systems recognize the position of the markers and hide, e.g. the target position of the lens axis relative to the detected markings in the beam path of the microscope, and thus visible to the doctor, a.
  • a disadvantage of these methods is the fact that very often no iris patterns are visible during the operation, since the pupil is usually expanded by medication and on the other hand too few or only not distinctive blood vessels can be present or covered by the lids in the diagnosis.
  • the torsion is determined by the physician, e.g. by manually superimposing polar transformed images each representing the ring-like image region beyond the limbus during diagnosis and during surgery.
  • the target orientation of the lens axis of the intraocular lens to be used is visually faded into the beam path of the surgical microscope and appears embedded in the image scene by the physician.
  • the doctor can rotate the inserted intraocular lens until the markings on the lens coincide with the indicated target axis.
  • non-torsional head or eye movements occur, which are determined by tracking algorithms can be detected. This makes it possible to implement a visualization of the desired axis and other relevant information accompanying the eye.
  • the torsion is similarly determined indirectly, i.
  • An image processing determines the relative rotation of a current surgical image with respect to a reference image from the diagnosis. This process may be multi-level, in the sense that the image processing first calculates the torsion between a diagnostic image and an operation image, the operation image showing the eye before the actual procedure, and then setting this operation image as a new reference to which all subsequent ones Operation images are related in the calculation of the dynamic torsion.
  • torsion detection in refractive corneal surgery can usually be based on the iris pattern.
  • diagnosis devices which produce a variety of, for example, bright rings on the ocular surface to identify the topography of the cornea and thus can cover iris structures, which are thus useless for the algorithms. This has a detrimental effect on the calculation of the torsion or may make it too inaccurate or impossible.
  • the problem arises that while they are usually well visible during the diagnosis but can not be perceived by the camera in general during the operation, since IR light is used for illumination.
  • the iris remains as a feature carrier in the calculation of the torsion.
  • the calculation of the torsion results in the additional difficulty that the iris and the features contained in it become more and more indistinct as treatment progresses. This is due to the fact that the corneal surface becomes rougher as laser ablation progresses. The transparency decreases and the iris features may not be used to calculate the torsion.
  • a similar effect occurs in the so-called flap cut in LASIK operations.
  • the cut surface generally has a roughness which has a detrimental effect on the detection of iris patterns, regardless of whether the cut was performed with a microkeratome or femtosecond laser (Femto-LASIK).
  • the accuracy in the use of intraocular lenses and in the performance of laser ablation is to be increased and the resulting visual strength after surgery improved.
  • the method according to the invention for determining the orientation of the eye during eye operations comprises the steps of: generating a light pattern the eye and detecting the light pattern while the patient is in the operating position; and determining at least one property of the eye from the light pattern detected in the patient's operating position that characterizes the instantaneous orientation of the eye.
  • a torsion of the eye between the time of diagnosis and the time of the intervention no longer has a detrimental effect on the result of the operation, since the determination of the torsion takes place intraoperatively, that is, if it is already in the operative position, which also includes the period during the operation Operation includes.
  • the torsional position of the eye at the time of diagnosis no longer plays a role. Instead, only the momentary alignment of the eye during surgery is important.
  • the determined property of the eye may be, for example, a one- or multi-dimensional parameter.
  • the property or the parameter is, for example, geometrical, differential-geometric, topographical or optical nature.
  • the characteristic determined from the light pattern is used to control a light mark on the eye as a function of the current orientation of the eye. This gives the doctor an important aid for the operation. However, it can also be used in a laser treatment to correct the position of the ablation site as a function of the current orientation of the eye. This increases the accuracy of laser treatments.
  • the property determined from the light pattern is a specific topographical property of the eye. It can, for example, mark the iris surface, the sclera surface or even the corneal surface.
  • the property or the parameter determined from the light pattern characterizes the position of the astigmatic axis of the eye and / or a direction in a defined relationship with respect thereto.
  • Intraocular lenses are used exactly in the correct position without a torsion of the eye between the time of diagnosis and the time of use of the intraocular lens plays a role.
  • the property determined from the light pattern is preferably determined by collecting data of the eye during the operation, the data being obtained in particular from topometric, topographical, keratometric, keratographic or ophthalmometric measurements.
  • the current data or quantities derived therefrom are compared with corresponding data determined during the diagnosis or variables derivable therefrom in order to determine therefrom a change in position during the operation compared to the diagnosis time.
  • a change in position in particular a momentary torsion of the eye can be determined.
  • a torsional relationship to equivalent parameters of the eye at the time of diagnosis can be determined. That is, by position comparison of the current eye data and derived therefrom parameters or properties with corresponding data or derived parameters from the diagnosis, for example, the astigmatism axis, the current torsion against the torsion can be determined at the time of diagnosis. If required, a refractive laser treatment can be controlled more precisely.
  • the data collected during the operation and the associated camera images are stored, for example, and used as reference data or images for subsequent steps for calculating the intraoperative change in position, in particular the torsion.
  • one or more eye images are obtained from the operation for which the above-mentioned data are collected and which are e.g. characterize the astigmatism axis, stored and used as reference images for the following step.
  • the intraoperative torsion between a current operation image showing the eye at a time after storing one of these reference images and one of these reference images is then determined by means of the image processing.
  • the shot positions of the laser can be adjusted accordingly during torsions of the eye during the operation.
  • the treatment in a refractive laser operation is adjusted or corrected on the basis of the currently determined property of the eye. This can be done for example by the alignment of the weft pattern of the ablation laser due to the currently determined geometric parameters of the eye during the laser treatment.
  • the light marking produced on the eye on the basis of the geometric or topographical feature advantageously indicates the instantaneous orientation of the eye during the eye operation on the eye, in particular with respect to the angle of rotation about the axis of the viewing direction, and / or a location marking required for the operation.
  • the light marking indicates the target orientation of an intraocular lens to be inserted into the eye and / or the desired position of a cut or an incision to be made.
  • the light marking indicates, in particular during eye surgery, the direction of the astigmatism axis of the eye on the eye.
  • an axis can also be displayed that is in a defined relationship to the axis of astigmatism.
  • the physician can, for example, align an intraocular lens exactly with the astigmatism axis or axes related to it during insertion.
  • the diffuse or afocal light sources are intended to produce reflections that can be observed by the camera. From the position of the reflexes one can e.g. close to the axis of astigmatism.
  • the diffuse nature of these light sources allows for styling and is extremely tolerant of varying distance to the eye and distance from eye to camera.
  • Afocal means that there is no preferred direction for the emitted light, as would be the case when using an LED. This generally bundles the light through the shape of your case. If this bundling is too strong, then the reflexes of the camera under certain conditions (unfavorable radiation direction with certain distances of the LED from the eye and the eye of the camera) either no longer be perceived or the camera no longer uniformly bright appear. The latter, however, is important for image processing, which must determine the position of the reflections in the image, for example via threshold value operations.
  • Another advantage of diffuse light sources is the ability to specially shape reflections. With a bundled, so focal, lighting, it is not possible to create a specific shaped light source (circle, rhombus, triangle, etc.), the special shape of which can be perceived by a camera after reflection on the highly reflective cornea as such.
  • the light pattern generated on the eye comprises specific forms of reflexes.
  • the advantage of specific forms of reflection lies in particular in that extraneous reflexes can be identified and eliminated by the image processing algorithms. This makes it easier or even possible to determine the axis of astigmatism. This procedure would be further supported by the fact that the individual light sources optionally emit light of different wavelengths or are operated pulsed.
  • the curvature of the cornea can be deduced. In general one can speak of geometrical or topographical parameters.
  • the light for generating the light mark on the eye is incident at an angle ⁇ to the axis of a detecting camera.
  • the projector for generating the light marking is not integrated in the microscope, but is located outside the microscope housing or attached thereto.
  • the axis of the integrated microscope camera and the direction of incidence of the light mark include a non-vanishing angle. This fact can be used to determine the eye alignment.
  • the projector or pattern generator should project a line or line pair onto the eye.
  • the angle at which the pattern is generated on the eye with respect to the camera axis is preferably in the range of 5 degrees to 85 degrees, particularly preferably between 5 degrees and 50 degrees. It is important that this angle is greater than zero, so that, for example, triangulation algorithms can be used to calculate the position of the limbus plane and thus the line of sight. Thereby, distance information can be extracted from the image coordinates of the projected pattern. This is a great advantage over, for example, coaxial generation and detection of the light mark, in which the projection direction of the pattern and the camera axis do not enclose an angle with each other.
  • the doctor can be informed, on the one hand, of the torsional orientation that the IOL should have, and, on the other hand, one can additionally determine the line of vision of the patient's eye.
  • the projected pattern is more complex than a line, eg a line pair. Three or more points of intersection of the pattern with the limbus results in a plane in space. With just one line, for example, one can determine the distance of the center of the pupil.
  • the device according to the invention for determining the orientation of the eye during an eye operation comprises: a lighting device for generating a light pattern on the eye of a patient in the operating position; and camera means for detecting the light pattern generated on the eye during eye surgery; and an arithmetic unit configured to detect at least one property of the eye during the eye operation from the detected light pattern, which is dependent on the current orientation of the eye.
  • the determined property or parameter is, for example, a geometrical, differential-geometric, topographical, keratographic or optical property of the eye which characterizes the instantaneous orientation of the eye.
  • a device for attachment to a surgical microscope or for pivoting the illumination device is provided.
  • a control unit for controlling a second illumination device for generating a light mark on the eye is provided on the basis of the currently determined geometric parameter during eye surgery.
  • the control unit may also drive an ablation laser based on the geometric parameter currently determined during eye surgery. Only the information regarding the static torsion is transmitted to the treatment laser. He then turns his shot list or changes the shot positions.
  • the property or parameter determined from the light pattern characterizes a specific position-dependent characteristic of the eye.
  • This property is in particular a specific geometric, differential geometric, topographical, keratographic or optical property.
  • the property or parameter determined from the light pattern identifies the position of the astigmatism axis of the eye or a direction in a defined relationship with respect thereto.
  • the illumination device for generating the light pattern is designed such that it generates diffuse or afocal light.
  • a second illumination means for producing a light mark on the eye which, during ocular surgery, provides on the eye information, e.g. indicates the current orientation of an eye parameter and / or a location marker needed for the operation.
  • the light marking indicates the desired orientation of an intraocular lens to be inserted into the eye and / or the desired position of an incision to be made on the eye.
  • the light marking can indicate the astigmatism axis of the eye or an axis that is in a defined relationship with it on the eye.
  • control unit corrects the orientation of the shot pattern of the ablation laser due to the information obtained about the torsion due to the currently determined geometric parameters of the eye during the laser treatment.
  • the illumination device for generating the light marking is arranged such that the incidence occurs at an angle ⁇ to the axis of a detecting camera.
  • the illumination device is designed such that specific reflex shapes are generated on the eye.
  • an ophthalmic surgical microscope comprising a device according to the invention.
  • a control unit for eye surgery systems is provided, which is designed to carry out the method according to the invention.
  • control unit comprises a computing unit that determines at least one property or parameter of the eye from a light pattern captured on the eye during the eye operation, which characterizes the instantaneous orientation of the eye, wherein the control unit is designed such that it has an optical display device and / or controls an ablation laser.
  • a computer program for controlling an eye surgery system is provided which comprises program steps for carrying out the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a device according to a preferred embodiment of
  • Figures 2 a-c preferred examples of light patterns generated on the eye
  • Figures 3a and 3b various light source arrangements as a lighting device for generating patterns of light on the eye;
  • 3c shows a diffuse light source of the illumination device with a
  • FIGS. 3d and 3e show illumination devices for generating specific forms of reflex on the eye
  • FIG. 4 a shows images of the eye during the diagnosis and during the operation, wherein a rotation or torsion of the eye has taken place about the visual axis between the two receptacles;
  • FIG. 5 shows a surgical microscope comprising the device according to the invention
  • 6 shows an inventive surgical microscope in which the internal camera of the surgical microscope is used as a camera for detecting the light pattern generated on the eye;
  • FIG. 7 shows a surgical microscope comprising the device 10 according to the invention, showing the angles ⁇ x1 and a2, respectively, with the optical axis of the internal camera for capturing the image of the eye;
  • Figure 8 is an image of an eye tilted or rotated to the right in the illustration.
  • FIG. 1 shows a device 10 according to a preferred embodiment of the invention, which is attached to a surgical microscope 20.
  • the surgical microscope 20 includes eyepieces 21, 22 through which the doctor looks at the eye 30 of the patient during the operation.
  • the device 10 for determining the orientation of the eye 30 is arranged.
  • the device 10 comprises a camera 11 and a lighting device 12 which serves to generate a light pattern on the eye 30.
  • the camera 11 is used to detect the light pattern generated on the eye and is connected to a computing unit 13.
  • the arithmetic unit 13 determines from the detected light pattern a parameter that is characteristic of the current orientation of the eye 30.
  • a holder 14 serves as a fastening device, which holds the camera 11 and the illumination device 12 and connects to the surgical microscope 20.
  • it can also serve a built-in surgical microscope camera for detecting the light pattern generated on the eye.
  • the instantaneous orientation of the eye is understood to mean, in particular, the torsional position, that is to say the angle of rotation of the eye about the axis of the viewing direction.
  • a second illumination device 15 or a light pattern generator is additionally provided.
  • the second illumination device 15 serves to generate a light mark on the eye 30 whose position or position on the eye 30 is controlled on the basis of the parameter determined by the arithmetic unit 13 from image data of the camera 11.
  • the second illumination device 15 is also attached to the holder 14. With appropriate moving or static patterns, the direction of view can be determined.
  • the eye 30 includes the sclera 31, the iris 32, the pupil 33, and the cornea 36.
  • FIGS. 2 a-c show preferred examples of the light pattern 40 generated on the eye 30. As parts of the eye 30, again the sclera 31, the iris 32 and the pupil 33 are shown. The light patterns 40 are caused by light reflections on the cornea of the eye 30th
  • the light pattern 40 shown in FIG. 2a consists of an ellipse-like arrangement of light spots.
  • the light spots or corneal light reflections are generated in this example by a circular arrangement of LEDs with upstream diffuser elements as lighting device 12 of the device 10 (see FIG. 1).
  • the deformation to an ellipse-like arrangement results from the astigmatism of the eye 30th
  • the longitudinal axis of the ellipse corresponds approximately to the astigmatism axis 34 of the eye 30.
  • an annular or circular, diffuse light source is used to illuminate the eye 30 as illumination device 12 (see FIG. 1).
  • the ellipse-like shape of the light pattern 40 results from the astigmatism of the eye 30, wherein the large semiaxis of the ellipse corresponds approximately to the axis of astigmatism 34 of the eye 30 and their direction indicates.
  • an arrangement of a plurality of annular, diffuse light sources, which are arranged as concentric circles, is used as illumination device 12 for illuminating the eye 30.
  • the ellipsoidal shape of the light pattern 40 arises from the astigmatism of the eye 30, the major semiaxes of the ellipses approximately corresponding to the astigmatism axis 34 of the eye 30 and indicating their direction ,
  • the torsion ie the relative rotation of the eye between diagnosis and surgery
  • relevant parameters of the eye such as the axis of astigmatism
  • relevant parameters of the eye are determined directly during surgery by, for example, topometric, topographical, keratometric, keratographic or ophthalmometric measurements. This makes you independent of the image material from the diagnosis.
  • Figures 3a and 3b show in a plan view from below, that is seen from the operation object or patient's eye, a Fastening device 14 with the camera 11, the illumination device 12 for generating the light pattern 40 and the second illumination device 15.
  • the illumination device 12 comprises an annular arrangement of diffuse or afocal light sources.
  • the camera 11 is optional in the case where the operation microscope's built-in camera is not used.
  • As illumination device 12 various light source arrangements for generating the light pattern on the eye 30 are shown.
  • the light sources of the illumination device 12 generate diffused or afocal light.
  • the holder 14 may for this purpose be equipped with a number of LEDs with pre-set diffuser elements (Fig. 3b) or e.g. with diffused rings formed as concentric circles ( Figure 3a). But it is also possible to use instead of the luminous LEDs or rings bright, non-luminous points or circles, which are illuminated with a secondary light source.
  • FIG. 3c shows as an example a diffuse light source 12a of the illumination device 12 with an LED 121 and a diffuser element 122 arranged in front of the LED 121 as an intent, which is designed as a light-scattering foil or glass pane.
  • FIGS. 3d and 3e show, as further examples, the fastening device 14 as already described in FIGS. 3a and 3b, wherein the illumination device 12 is designed to generate specific forms of reflection on the eye.
  • individual light elements or light sources 12a of the illumination device 12 have a special geometric shape, which is designed such that the light reflection generated by them on the eye differs from other light reflections or extraneous reflections.
  • the individual light sources of the illumination device 12 are rectangular, square, diamond-shaped or ring-shaped, wherein the light sources with their different geometric shapes are provided in a defined arrangement.
  • the light reflections produced by this on the eye are very easy to recognize and very well distinguishable from light reflections on the eye which originate from other light sources.
  • the individual light sources of the illumination device 12 can also be operated pulsed or emit light of specific or different wavelengths in order to produce a specific reflection or specific light reflection on the eye, which can be distinguished from other light reflections on the eye.
  • FIG. 4 a shows, as an example, images of the eye 30 during the diagnosis (left image) and during the operation (right image), wherein the illumination device 12 (see FIG. 1) used is a ring fitted with LEDs and superior diffuser elements, as shown in FIG 3b and described above.
  • the reference numerals each indicate the same elements of the eye 30 as in the previous figures.
  • the location of the measured astigmatism axis 34 at the time of surgery has changed from its location at the time of diagnosis. This change is called static torsion. Errors due to this torsion are avoided by the invention.
  • FIGS. 4b and 4c show, as further examples, images of the eye 30 with light reflections which have specific forms of reflection on the eye.
  • the same reference numerals as in the previous figures identify the same elements and have already been described above.
  • the reflection shape shown in FIG. 4b is generated by the illumination device 12 shown in FIG. 3d
  • the reflection shape shown in FIG. 4c is generated by the illumination device shown in FIG. 3e.
  • external reflections 77 are additionally shown in FIG. 4 c, which due to the specific reflection shape of the illumination device are very easily recognizable as such.
  • the determined position of the astigmatism axis 34 during the operation can optionally also be compared with the axis position during the diagnosis, which was preferably determined according to the same principle or else by another method.
  • each parameter must be deducible, which can be compared to their spatial position.
  • a topographic measurement can be carried out with so-called placido rings, from which initially the spatially resolved surface curvature and subsequently both the ocular surface itself and the axis of astigmatism can be calculated.
  • the ocular surface can be e.g. be measured by fringe projection techniques as a point cloud. From this, too, the astigmatism axis 34 can be derived.
  • One can either, as already mentioned above, compare the 3D surface point clouds by means of registration or even only the orientation of the respectively derived astigmatism axis in order to determine the torsion between diagnosis and operation.
  • FIG. 5 shows a surgical microscope 20, which comprises the device 10 according to the invention.
  • the elements of the surgical microscope 20 including the device 10 integrated therein or removably attached thereto are provided with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • a light marker 50 is produced by the second illumination device 15.
  • the position and orientation of the light marking 50 on the eye 30 is controlled on the basis of the parameter determined by the arithmetic unit 13 from image data of the camera 11 or an integrated microscope camera.
  • the arithmetic unit serves as a control unit 13a or has integrated such.
  • the astigmatism axis 34 of the eye 30 determined during operation from the light pattern 40 is displayed on the eye 30 by the light mark 50 and is thus visible to the doctor on the eye 30.
  • the elements of the eye 30 are as described above and provided with the same reference numerals.
  • the data connection between the camera 11 and the computing or control unit 13 or 13a is not shown in FIG. 5 for the sake of clarity.
  • the second illumination device 15 in the form of a projector or a laser, such as a line or point laser, the position of the astigmatism axis 34 or the target orientation of an intraocular lens to be used is projected directly onto the eye and thus displayed to the doctor directly on the eye.
  • the arithmetic unit 13 evaluates the camera images of the microscope and instructs the projector or a pattern generator, for example, to generate a line as a light marking 50 which indicates, for example, the astigmatism axis 34 of the eye 30 or an axis that is in a defined relationship with it. Other information is also useful, such as the locations where incisions are to be made. Their position is determined by the evaluation of the reflections generated by the light sources or the illumination device 12 on the cornea.
  • the arithmetic unit 13 may additionally track the eye 30 so that the projector or laser can always generate the line at the same location, e.g. always limbusmittig. That is, the arithmetic unit 13 can simultaneously control the eye, e.g. track the pupil or the limbus, and instruct the projector or the second illumination device 15 to project the desired axis, visible to the doctor, pupil-centered or limbusmittig.
  • Tracking algorithms can determine the current eye position including the torsion and thus the projection e.g. allow a mitrithnden target axis of the intraocular lens to the eye. Also, the display of further information is possible, such as the places where the incisions should be made, the border of the limbus, the visual and visual axis of the patient, the position of the capsulorhexis, etc.
  • a projector or in general a pattern generator as lighting device 15, which is provided for the visualization, for example, the astigmatism axis
  • the camera 1 1 or the internal microscope camera which includes an angle with the projection or lighting device 15, also generate 3D data.
  • a point cloud is generated in the arithmetic unit 13, which represents the eye surface or parts thereof. This makes it possible, for example, to determine the viewing direction of the eye 30. If a certain asphericity of Eye surface or parts thereof, the dynamic or intraoperative torsion can be determined in this way. It is also possible to determine the orientation of surgical instruments located in the field of view of the pattern and the camera 11.
  • reflexes on the intraocular lens which can be used for a position determination, are also produced at the corresponding angle of incidence. This can be used e.g. Compare the axis of a toric lens with the astigmatism axis of the cornea and thus determine a possible misorientation of the intraocular lens. Likewise, a skew of the lens can be detected.
  • FIG. 6 shows a surgical microscope 20 according to the invention, in which the internal camera of the surgical microscope 20 is used as the camera 11 for detecting the light pattern generated on the eye.
  • the elements identified by the further reference symbols have already been described above.
  • FIG. 7 shows a surgical microscope 20, which comprises the device 10 according to the invention, as already described with reference to FIGS. 1 and 5.
  • the arithmetic unit 13 (see Figure 5) is not shown in this figure for the sake of clarity.
  • the illustrated elements are provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 5.
  • diffuser elements 122 are shown explicitly, which are connected upstream of the LEDs of the first illumination device 12.
  • the camera 11 is optional in the event that the integrated camera of the surgical microscope for detecting the light pattern on the eye 30 is not used. However, it can also be used in addition to an integrated camera of the surgical microscope.
  • the second illumination device 15 in the form of a pattern generator, in the example shown here, generates a line pair 151, 152 which is incident on the eye 30 is projected.
  • the individual lines 151, 152 enclose the angles a1 and a2, respectively, with the optical axis AI of the internal camera of the surgical microscope 20.
  • the magnitude of these angles is advantageously about 5 to 45 degrees.
  • the angles including the lines 151, 152 with the optical axis of the optional camera 11 are not shown for clarity.
  • angles a1 and a2 are greater than zero makes it possible to determine the orientation or tilt of the eye 30.
  • the statements from the calculations based on the reflex patterns no longer refer to the corneal apex.
  • the calculated astigmatism axis can deviate from the central axis of astigmatism and is therefore only comparably comparable with the axis of astigmatism during the diagnosis.
  • the decentering is illustratively shown in Figure 8, in which example the eye 30 is rotated to the right.
  • the center of the reflexes and the pupil or limbus center do not coincide in the camera image can only be used to a limited extent, since with asymmetrically shaped limbus or pupil, even with a vanishing tilt, there is not necessarily a coincidence of the reflex center and the pupil or limbus center got to. It is also possible that the limbus is partially so blurred that the limbus center can no longer be reliably detected or determined. You can detect the tilt by, for example, using a pattern generator at arbitrary times a light pattern on the eye generated. This is shown as an example in FIG. The reference numerals used identify the elements of the eye 30 as already described above.
  • the points of intersection P1, P2, P3, P4 of the light pattern which in the illustrated example is a line pair and is projected onto the eye 30 as shown in FIG. 7, are determined with the limbus. Subsequently, after a preceding, patient-independent, calibration process, the 3d coordinates of these points of intersection P1, P2, P3, P4 are calculated, with the aid of which a compensation plane is approximated. The plane normal finally indicates the eye alignment.
  • the shown line pair is just one example of many possible patterns. However, there must be at least three non-line points.
  • the display of the astigmatism axis 34 and the calculation of the tilt for example, by generating a relatively narrow line pair on the eye 30, which on the one hand determines a tilt and on the other hand indicates the determined astigmatism axis.
  • a specific color or a flashing of the lines generated on the eye provides the doctor with indications of the instantaneous tilting.
  • the eye alignment can be determined without a pattern generator with the help of an additional camera using stereo vision.
  • the limbus edge is detected in both camera images in order to then use the respective image coordinates to calculate its spatial position.
  • a significant advantage of the system and method according to the invention is the fact that one by the re-measurement of eye parameters, such as the axis of astigmatism, does not rely on pictorial material from the diagnosis.
  • intraocular lenses can be introduced into the eye with high accuracy in the intended position, for example with respect to the axial position of the eye, without any torsion of the eye during the operation or between the point of diagnosis and operation affecting the accuracy.
  • the lens axis can be oriented on the axis position of the eye that is visible to the doctor during the operation.
  • the static torsion can be measured very well.
  • weft patterns in laser treatments may be rotated in accordance with the measured intraoperative axis position prior to treatment so as to avoid the treatment errors due to the static torsion.

Abstract

Verfahren und Vorrichtung (10) zur Steuerung eines Augenchirurgiesystems, wobei mit einer Beleuchtungseinrichtung (12) ein Lichtmuster auf einem Auge (30) erzeugt und mit einer Kameraeinrichtung (11) erfasst wird, während sich der Patient in Operationslage befindet. Aus dem Lichtmuster (40) wird mit einer Recheneinheit (13) mindestens eine Eigenschaft des Auges (30) bestimmt, die die momentane Ausrichtung des Auges (30) während der Operation kennzeichnet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges bei Augenoperationen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges bei Augenoperationen, sowie ein Operationsmikroskop, eine Steuereinheit und ein Computerprogramm für Augenchirurgiesysteme.
Für Patienten, die an einer häufig altersbedingten Opazität der natürlichen Augenlinse leiden, Grauer Star oder Katarakt genannt, verbleibt oft als letzter Ausweg nur die Entfernung der sich innerhalb des Auges befindlichen Linse und die Implantation einer künstlichen Intraokularlinse, kurz IOL genannt.
Wo in der Vergangenheit nur sphärisch geformte lOLs eingesetzt wurden, erlaubt der medizinische Fortschritt mittlerweile auch den Einsatz von asphärisch geformten Linsen, deren Hauptzweck darin liegt, die Abbildungsfehler einer ungleichmäßig verkrümmten Hornhaut zu kompensieren. Eine besonders häufig auftretende Art der Hornhautverkrümmung stellt der Astigmatismus dar. Bei dieser Fehlsichtigkeit wird das in das Auge tretende Licht nicht gleichmäßig gebrochen und auf einen Punkt fokussiert. Die Kornea oder Hornhaut weist beim Astigmatismus keine konstante Krümmung auf, sondern kann in guter Näherung durch eine Torusoberfläche angenähert werden, die durch zwei Krümmungswerte entlang zweier zueinander senkrechter Oberflächenrichtungen charakterisiert werden kann. In der einen Richtung weist die Hornhaut die geringste Krümmung auf (flache Hornhautachse), wohingegen die Korneakrümmung senkrecht dazu maximal ist (steile Hornhautachse). Für eine vollständige Charakterisierung des Astigmatismus muss neben den zwei erwähnten Krümmungswerten noch eine Angabe über die Orientierung der Richtung mit der beispielsweise größten Krümmung, die sogenannte Achslage, erfolgen. Zur Bestimmung der Oberflächenkrümmung sowie z.B. der Astigmatismusachse des Auges kommen diverse Diagnosegeräte zum Einsatz. Diese basieren mit wenigen Ausnahmen auf der Auswertung von Augenbildern, in denen der Abstände zwischen den entweder punktförmigen oder ringartigen Reflexen, welche durch eine entsprechende Beleuchtungsanordnung auf der Hornhautoberfläche entstehen, analysiert werden. So erscheinen die Reflexe einer beispielsweise ebenen, kreisrunden Anordnung von Leuchtdioden bei einem astigmatischen Auge im Kamerabild ellipsenähnlich angeordnet.
Eine Intraokularlinse, die diese Fehlbildung der Kornea auszugleichen sucht, muss selbst in geometrisch ähnlicher Weise geformt sein. Zu diesem Zweck werden torische Linsen verwendet, welche sich gerade dadurch auszeichnen, dass sie in zwei zueinander senkrechten Richtungen eine maximale bzw. minimale Krümmung aufweisen. Die Achse einer torischen Intraokularlinse wird durch auf die Linsenoberfläche aufgebrachte Markierungen gekennzeichnet. Meist bestehen diese Markierungen aus Punkten oder Strichen, deren gedachte Verbindungslinie die Linsenachse definiert.
Für eine optimale Korrektur des Hornhautastigmatismus muss die torische Intraokularlinse beim Einsetzen in das Auge exakt ausgerichtet werden, d.h. sie muss während der Operation durch den Arzt so gedreht werden, dass deren Achse möglichst gut mit der Astigmatismusachse der Hornhaut, welche während der Diagnose zu einem früheren Zeitpunkt bestimmt wurde, übereinstimmt. Das Problem hierbei ist jedoch, dass die relative torsionale Orientierung des Auges zwischen der Diagnosemessung und zum Zeitpunkt der OP im Allgemeinen nicht als konstant und bekannt vorausgesetzt werden kann.
Die Druckschrift WO 2010/009897 A1 beschreibt ein Augenchirurgiesystem und entsprechendes Verfahren, bei dem ein präoperatives erstes Bild eines zu operierenden Auges in einem Bildspeicher gespeichert wird. Eine Kamera dient zur intraoperativen Aufnahme eines zweiten Bildes des zu operierenden Auges. Eine Bildverarbeitungsvorrichtung ermittelt aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild einen Orientierungswert. Eine Anzeigevorrichtung erzeugt eine Darstellung einer Markierung in Abhängigkeit von dem Orientierungswert.
Die Druckschrift WO 2010/046371 A1 beschreibt ein Bildverarbeitungsverfahren für computerunterstützte Augenoperationen. Dabei wird ein Referenzbild des Auges aufgenommen und mit Kontextinformationen angereichert. Das Referenzbild wird mit einem Echtzeitbild des Auges registriert, und die Kontextinformation wird dem Echtzeitbild so überlagert, dass sie an derselben Position unabhängig von einer Augenbewegung wiedergegeben wird.
DE 10 2009 053 208 A1 beschreibt eine Vorrichtung für Augenoperationen mit einer Bilderkennungsvorrichtung, die den Operationsvorgang beobachtet und qualitativ analysiert, um dem Chirurgen eine Rückmeldung zu geben. Die Rückmeldung kann das Führen eines Operationsinstruments oder das laterale oder rotative Verschieben bzw. Verdrehen einer Intraokularlinse zum Gegenstand haben.
Weitere Druckschriften auf diesem Gebiet sind zum Beispiel US 8414123 B2, EP 2184005 B1 , WO 2012041349 A1 und DE 102008034490 A1.
Im Stand der Technik erfolgt eine Registrierung als integraler Bestandteil, d.h. es wird ein präoperatives Bild mit einem operativen verglichen, um daraus die Torsion zu bestimmen.
Die korrekte Orientierung spielt jedoch nicht nur bei torischen Linsen und astigmatischen Augen eine entscheidende Rolle. Vielmehr ist sie immer dann von Bedeutung, wenn die Intraokularlinse bezüglich Geometrie oder anderer Eigenschaften, beispielsweise optischer Eigenschaften, keine Zylindersymmetrie aufweist. So sind auch asphärische Intraokularlinsen denkbar, die keine torische Form haben und beispielsweise einen patientenspezifischen Keratokonus auszugleichen versuchen, oder auch Multifokallinsen mit einer ebenfalls patientenspezifischen und nicht unbedingt zylindersymmetrischen Anordnung der verschiedenen Zonen. Auch bei diesen Geometrien käme es auf eine torsional lagerichtige Ausrichtung der Linsen an.
Ähnliche Probleme treten auch bei anderen Typen von refraktiven Operation auf. Als Beispiele seien hier Laserbehandlungen des Auges wie z.B. sogenannte LASIK-Operationen oder PRK-Operationen genannt. Bei diesen Operationen wird Hornhautgewebe mittels Laserbeschuss definiert abgetragen, um Abbildungsfehler des Auges zu korrigieren. Die Abtragmuster basieren auf einer präoperativen Diagnose und müssen durchaus nicht zylindersymmetrisch sein. Bei astigmatischen Augen ist das Abtragmuster beispielsweise nur symmetrisch zur Astigmatismusachse. Somit ist auch hier die Kenntnis der Augentorsion zwischen Diagnose und der aktuellen Orientierung bei der Operation dringend für eine Drehung der Schusskoordinatenliste des Lasers erforderlich.
Die relative Verdrehung des Auges um die Blickachse zwischen dem Diagnosezeitpunkt und unmittelbar vor dem operativen Eingriffs wird häufig als statische Torsion bezeichnet. Diese tritt, wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden, mit hoher Wahrscheinlichkeit immer auf. Hierfür können mehrere Faktoren verantwortlich sein.
Einerseits können die während der Diagnose und der Operation verwendeten Kameras relativ zum Kopf des Patienten gegeneinander verdreht sein oder aber die Kopfhaltung relativ zur Kamera kann sich bei der Operation gegenüber der Haltung bei der Diagnose verändert haben. Andererseits kann es tatsächlich zu einer torsionalen Augenbewegung beim Übergang von einer sitzenden Position während der Diagnose zu einer liegenden Position des Patienten während der Operation kommen.
Neben der statischen Torsion kann intraoperativ zusätzlich eine sog. dynamische Torsion auftreten. Diese hat ihre Ursache in akuten torsionalen Augenbewegungen, in weiteren Kopfbewegungen des Patienten oder ist möglicherweise durch die Verwendung von Operationsinstrumenten durch den Arzt induziert.
Gegenwärtig werden hauptsächlich drei automatische oder halbautomatische Verfahren zur Vermeidung von torsionsbedingten Ausrichtungsfehlern beim Einsetzen einer Intraokularlinse angewendet. Bei einem sehr häufig zum Einsatz kommenden Verfahren wird das Patientenauge mit einem Stempel und wasserfester Tinte markiert. Die während der Diagnose ermittelte Orientierung der Astigmatismusachse des Auges wird dann relativ zu dieser Markierung angegeben. Während der Operation können diese Marker z.B. mittels Bildverarbeitungsalgorithmen detektiert werden.
Sogenannte Surgery Guidance Systeme erkennen die Position der Markierungen und blenden z.B. die Sollposition der Linsenachse relativ zu den detektierten Markierungen in den Strahlengang des Mikroskops, und somit sichtbar für den Arzt, ein.
Neuere bekannte Verfahren benötigen theoretisch keine Markierungen. Beispielsweise können sichtbare anatomische Eigenschaften des Auges zur Ermittlung der Augentorsion zwischen Diagnose und Operation herangezogen werden. Hier bieten sich die Blutgefäße der Sklera oder Bindehaut bzw. das Irismuster an.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist die Tatsache, dass während der Operation sehr häufig keine Irismuster sichtbar sind, da die Pupille meist medikamentös erweitert wird und andererseits zu wenige oder nur nicht markante Blutgefäße vorhanden oder durch die Lider bei der Diagnose verdeckt sein können.
Häufig entstehen auch bei der Lensektomie (Linsenentfernung), im Speziellen bei der Linsenfragmentation mittels Femtosekundenlaser, bedingt durch einen mechanischen Ansaug- und Fixierprozess des Auges, sklerale Hämatome, die die skleralen Gefäße derart überlagern, dass eine Registrierung des Diagnosebildes mit einem Augenbild aus der Operation nach der Entfernung der natürlichen Linse erschwert oder sogar unmöglich gemacht wird.
Andere bekannte Verfahren und Systeme basieren auf der Auswertung von Lichtwellenfronten, welche im Ergebnis eine Aussage über die optischen Eigenschaften des Auges erlauben. Nach der Entfernung der natürlichen Linse verbleibt die Kornea als einzige brechende Fläche. Eine Messung zu diesem Zeitpunkt ermittelt die Abbildungsfehler allein der Kornea und erlaubt z.B. eine Angabe über die Orientierung der Astigmatismusachse. Besonders nachteilig bei derartigen Systemen ist die Abhängigkeit der Ergebnisse von allen die Lichtbrechung beeinflussenden Faktoren wie beispielsweise mechanische Deformationen der Hornhaut durch Operationsinstrumente, Gasbläschen in z.B. der Augenvorderkammer oder der Einsatz von Viskoelastika.
Neben den beschriebenen automatischen bzw. halbautomatischen Verfahren zur Vermeidung von IOL-Ausrichtungsfehlern existiert noch eine Reihe von weiteren halbautomatischen bzw. manuellen Verfahren, auf die nicht näher eingegangen wird. Hier wird auf die eine oder andere Weise die Torsion vom Arzt mitbestimmt, z.B. durch das manuelle Übereinanderschieben von polartransformierten Bildern, die jeweils die ringartige Bildregion jenseits des Limbus während der Diagnose und während der Operation darstellen.
Gegenwärtig wird bei Kataraktoperationen die Sollorientierung der Linsenachse der einzusetzenden Intraokularlinse in den Strahlengang des Operationsmikroskops optisch eingeblendet und erscheint dem Arzt in die Bildszene eingebettet. Alternativ existiert die Möglichkeit, auf einem externen Sichtgerät die von einer Kamera beobachtete Operationsszene inklusive der Sollposition der IOL-Achse online darzustellen. Der Arzt kann mit Hilfe dieser Anzeigen die eingesetzte Intraokularlinse so lange drehen, bis die Markierungen auf der Linse mit der eingeblendeten Sollachse zusammenfallen. Neben der bereits erwähnten Torsion treten naturbedingt auch nichttorsionale Kopf- oder Augenbewegungen auf, welche durch Verfolgungsalgorithmen detektiert werden können. Damit lässt sich eine mit dem Auge mitwandernde Darstellung der Sollachse sowie weiterer, relevanter Informationen realisieren.
Bei Operationstypen, bei denen die natürliche Linse im Auge verbleibt und die Korrektur der Sehfehler über eine Neuformung der Hornhaut mittels Laserablation erzielt werden soll, wird die Torsion in ähnlicher Weise indirekt bestimmt, d.h. eine Bildverarbeitung ermittelt die relative Verdrehung eines aktuellen Operationsbildes gegenüber einem Referenzbild aus der Diagnose. Dieser Prozess kann mehrstufig sein, in dem Sinne, dass die Bildverarbeitung zunächst die Torsion zwischen einem Diagnosebild und einem Operationsbild berechnet, wobei das Operationsbild das Auge noch vor dem tatsächlichen Eingriff zeigt, und anschließend dieses Operationsbild als neue Referenz festgelegt wird, zu der alle folgenden Operationsbilder bei der Berechnung der dynamischen Torsion in Beziehung gesetzt werden.
Im Gegensatz zu Kataraktoperationen, bei denen die Pupille medikamentös erweitert wird, kann man zur Torsionsermittlung bei refraktiven Korneaoperationen meist auch auf das Irismuster zurückgreifen. Hierbei gibt es allerdings das Problem, dass bei der Diagnose Geräte zum Einsatz kommen können, die zur Ermittlung der Topographie der Kornea eine Vielzahl von beispielsweise hellen Ringen auf der Augenoberfläche produzieren und damit Irisstrukturen überdecken können, die dadurch für die Algorithmen unbrauchbar werden. Dies wirkt sich nachteilig auf die Berechnung der Torsion aus oder macht sie unter Umständen auch zu ungenau oder unmöglich.
Wollte man Blutgefäße als Merkmale für eine Registrierung heranziehen, so ergibt sich das Problem, dass diese zwar meist gut während der Diagnose sichtbar sind aber während der Operation im Allgemeinen von der Kamera nicht wahrgenommen werden können, da IR-Licht zur Beleuchtung verwendet wird. Somit bleibt momentan nur die Iris als Merkmalsträger bei der Berechnung der Torsion übrig. Insbesondere intraoperativ ergibt sich bei der Berechnung der Torsion zusätzlich die Schwierigkeit, dass die Iris und die darin enthaltenen Merkmale mit fortschreitender Behandlung immer undeutlicher werden. Dies liegt darin begründet, dass die korneale Oberfläche beim Laserabtrag immer rauer wird. Die Transparenz nimmt dadurch ab und die Irismerkmale können unter Umständen nicht mehr zur Berechnung der Torsion herangezogen werden. Zu einem ähnlichen Effekt kommt es beim sogenannten Flapschnitt bei LASIK- Operationen. Die Schnittfläche weist im Allgemeinen eine Rauheit auf, die sich Nachteilig auf die Detektion der Irismuster auswirkt, unabhängig davon, ob der Schnitt mit einem Mikrokeratom oder mittels Femtosekundenlaser (Femto- LASIK) durchgeführt wurde.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Nachteile der bekannten Systeme und Verfahren zu überwinden und die Genauigkeit bei chirurgischen Eingriffen in das Auge zu erhöhen. Insbesondere soll die Genauigkeit beim Einsatz von Intraokularlinsen und bei der Durchführung von Laserablationen erhöht und die resultierende Sehstärke nach dem Eingriff verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12, durch das Operationsmikroskop gemäß Patentanspruch 20, durch die Steuereinheit für Augenchirurgiesysteme gemäß Patentanspruch 21 , und durch das Computerprogramm gemäß Patentanspruch 22. Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Vorteile und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit den Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahren genannt sind, gelten entsprechend auch für die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges bei Augenoperationen umfasst die Schritte: Erzeugen eines Lichtmusters auf dem Auge und Erfassen des Lichtmusters während sich der Patient in der Operationslage befindet; und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft des Auges aus dem in der Operationslage des Patienten erfassten Lichtmuster, die die momentane Ausrichtung des Auges kennzeichnet.
Dadurch, dass die relevanten Eigenschaften bzw. Parameter des Auges direkt während der Operation bestimmt werden, sind diese vom Bildmaterial aus der Diagnose unabhängig. Insbesondere wirkt sich eine zwischen dem Diagnosezeitpunkt und dem Zeitpunkt des Eingriffs erfolgte Torsion des Auges nicht mehr schädlich auf das Operationsergebnis aus, da die Bestimmung der Torsion intraoperativ erfolgt, das heißt, wenn er sich bereits in der Operationslage befindet, was auch den Zeitraum während der Operation umfasst. Die torsionale Lage des Auges zum Diagnosezeitpunkt spielt keine Rolle mehr. Stattdessen ist nur die momentane Ausrichtung des Auges während der Operation von Bedeutung.
Durch diesen Ansatz werden die im Stand der Technik bestehenden Probleme und Hindernisse gelöst, denn man ist weder von der Existenz von in Diagnose- und Operationsbild gleichzeitig sichtbaren Blutgefäßen und Irisstrukturen abhängig, noch stellen die durch die Fixierung des Auges während der Linsenfragmentation mittels Femtosekundenlaser während der Lensektomie induzierten skleralen Hämatome ein Problem bei der Registrierung zwischen Diagnose- und Operationsbild dar. Insbesondere kann z.B. bei Kataraktoperationen auf die Ermittlung der torsionalen Differenz zum Diagnosezeitpunkt verzichtet werden.
Die ermittelte Eigenschaft des Auges kann zum Beispiel ein ein- oder mehrdimensionaler Parameter sein. Die Eigenschaft bzw. der Parameter ist beispielsweise geometrischer, differentialgeometrischer, topographischer oder optischer Natur. Bevorzugt wird die aus dem Lichtmuster bestimmte Eigenschaft zur Steuerung einer Lichtmarkierung auf dem Auge in Abhängigkeit von der momentanen Ausrichtung des Auges verwendet. Dadurch erhält der Arzt eine wichtige Hilfestellung für die Operation. Sie kann aber auch bei einer Laserbehandlung zur Korrektur der Position der Ablationsorte in Abhängigkeit von der momentanen Ausrichtung des Auges verwendet werden. Dadurch wird die Genauigkeit von Laserbehandlungen erhöht.
Vorteilhaft ist die aus dem Lichtmuster ermittelte Eigenschaft eine spezifische topografische Eigenschaft des Auges. Sie kann zum Beispiel die Irisoberfläche, die Skleraoberfläche oder auch die Korneaoberfläche kennzeichnen.
Insbesondere kennzeichnet die aus dem Lichtmuster ermittelte Eigenschaft bzw. der Parameter die Lage der Astigmatismusachse des Auges und/oder eine hierzu in definierter Beziehung stehende Richtung. Dadurch können z.B. Intraokularlinsen exakt lagerichtig eingesetzt werden, ohne dass eine zwischen dem Diagnosezeitpunkt und dem Zeitpunkt des Einsatzes der Intraokularlinse erfolgte Torsion des Auges eine Rolle spielt.
Die aus dem Lichtmuster ermittelte Eigenschaft wird bevorzugt durch Erhebung von Daten des Auges während der Operation bestimmt, wobei die Daten insbesondere aus topometrischen, topografischen, keratometrischen, keratografischen oder ophthalmometrischen Messungen gewonnen werden.
Bevorzugt werden die momentanen Daten oder daraus ableitbare Größen mit entsprechenden während der Diagnose ermittelten Daten oder daraus ableitbaren Größen verglichen, um daraus eine Lageveränderung während der Operation gegenüber dem Diagnosezeitpunkt zu bestimmen. Als Lageveränderung kann insbesondere eine momentane Torsion des Auges bestimmt werden. Dadurch kann insbesondere eine torsionale Beziehung zu äquivalenten Parametern des Auges zum Diagnosezeitpunkt ermittelt werden. Das heißt, durch Lagevergleich der momentanen Augendaten und daraus ableitbarer Parameter oder Eigenschaften mit entsprechenden Daten oder daraus ableitbarer Parameter aus der Diagnose, die z.B. die Astigmatismusachse kennzeichnen, kann die aktuelle Torsion gegenüber der Torsion zum Diagnosezeitpunkt bestimmt werden. Damit kann bei Bedarf auch eine refraktive Laserbehandlung exakter gesteuert werden.
Die während der Operation erhobenen Daten und die zugehörigen Kamerabilder werden beispielsweise gespeichert und als Referenzdaten oder - bilder für nachfolgende Schritte zur Berechnung der intraoperativen Lageveränderung, insbesondere der Torsion, verwendet.
Beispielsweise erfolgt eine wiederholte oder erneute Ermittlung der relevanten Parameter des Auges. Vorteilhaft werden ein oder mehrere Augenbilder aus der Operation, für die die oben erwähnten Daten erhoben werden und die z.B. die Astigmatismusachse kennzeichnen, gespeichert und als Referenzbilder für den folgenden Schritt verwendet. In dem nachfolgenden Schritt wird dann die intraoperative Torsion zwischen einem aktuellen Operationsbild, das das Auge zu einem Zeitpunkt nach dem Speichern eines dieser Referenzbilder zeigt, und einem dieser Referenzbilder mit Mitteln der Bildverarbeitung bestimmt.
Dadurch kann beispielsweise bei refraktiven Operationen wie zum Beispiel LASIK oder PRK, die Schusspositionen des Lasers bei Torsionen des Auges während der Operation entsprechend nachgeführt werden.
Insbesondere wird gemäß der Erfindung die Behandlung bei einer refraktiven Laseroperation aufgrund der momentan ermittelten Eigenschaft des Auges angepasst oder korrigiert. Dies kann beispielsweise durch die Ausrichtung des Schussmusters des Ablationslasers aufgrund der momentan ermittelten geometrischen Parameter des Auges während der Laserbehandlung erfolgen. Die aufgrund der geometrischen oder topografischen Eigenschaft auf dem Auge erzeugte Lichtmarkierung zeigt vorteilhafterweise während der Augenoperation auf dem Auge die momentane Ausrichtung des Auges, insbesondere in Bezug auf den Drehwinkel um die Achse der Blickrichtung, und/oder eine für die Operation benötigte Ortsmarkierung an. Die Lichtmarkierung zeigt zum Beispiel während der Augenoperation auf dem Auge die Soll-Ausrichtung einer in das Auge einzusetzenden Intraokularlinse und/oder die Soll-Position eines durchzuführenden Schnittes bzw. einer Inzision an.
Die Lichtmarkierung zeigt insbesondere während der Augenoperation die Richtung der Astigmatismusachse des Auges auf dem Auge an. Optional kann auch eine Achse angezeigt werden, die in einer definierten Beziehung zur Astigmatismusachse steht. Dadurch kann der Arzt zum Beispiel eine Intraokularlinse beim Einsetzen exakt anhand der Astigmatismusachse oder zu dieser in Beziehung stehender Achsen ausrichten.
Durch diese Merkmale werden dem Arzt Informationen zur Verfügung gestellt, welche ihm zum Beispiel eine korrekte Ausrichtung einer in Form und Eigenschaft nicht zylindersymmetrischen Linse oder auch die exakte Platzierung eines Schnittes erlauben. Dadurch wird ihm eine wichtige Unterstützung oder Hilfestellung gegeben. Die Angabe der Astigmatismusachse des Auges oder einer zu dieser in definierter Beziehung stehender Achse kann zum Beispiel im aktuellen Operationsbild beim Einsetzen einer torischen Intraokularlinse erfolgen.
Vorteilhaft wird das Lichtmuster auf dem Auge mit einer diffusen oder afokalen Beleuchtungsquelle erzeugt. Eine diffuse oder afokale Beleuchtung bietet insbesondere zwei wesentliche Vorteile. Einerseits lassen sich auf eine einfache Weise sehr spezifische Reflexformen realisieren und andererseits entfällt die Notwendigkeit einer exakten Ausrichtung, wie sie bei einer fokussierten Beleuchtung notwendig ist. Die Ausrichtung der Beleuchtung an die Entfernung des Auges vom Mikroskop und an die Entfernung der Beleuchtungseinrichtung zum Auge muss nicht angepasst werden um Reflexe zu erzeugen, die von der Kamera detektierbar sind. Zur Erzeugung einer afokalen Beleuchtung können z.B. streuende Folien oder Glasscheiben als Vorsatz für beispielsweise LEDs oder Lichtleiter verwendet werden.
Die diffusen oder afokalen Lichtquellen sollen Reflexe erzeugen, die von der Kamera beobachtet werden können. Aus der Lage der Reflexe kann man z.B. auf die Astigmatismusachse schließen. Der diffuse Charakter dieser Lichtquellen ermöglicht eine Formgebung und ist extrem tolerant gegenüber einer variierenden Entfernung zum Auge und gegenüber der Entfernung von Auge zu Kamera.
Afokal bedeutet, dass es für das emittierte Licht keine Vorzugsrichtung gibt wie beispielsweise bei Benutzung einer LED der Fall wäre. Diese bündelt im Allgemeinen das Licht durch die Form Ihres Gehäuses. Ist diese Bündelung zu ausgeprägt, dann kann es sein, dass die Reflexe von der Kamera unter bestimmtem Bedingungen (ungünstige Abstrahlrichtung bei bestimmten Entfernungen der LED vom Auge und des Auges von der Kamera) entweder nicht mehr wahrgenommen werden oder aber der Kamera nicht mehr gleichmäßig hell erscheinen. Letzteres ist aber für die Bildverarbeitung wichtig, die beispielsweise über Schwellwertoperationen die Position der Reflexe im Bild ermitteln muss.
Ein weiterer Vorteil von diffusen Lichtquellen ist die Fähigkeit zur speziellen Formgebung von Reflexen. Mit einer gebündelten, also fokalen, Beleuchtung ist es nicht möglich, eine spezifisch geformte Lichtquelle zu erzeugen (Kreis, Rhombus, Dreieck etc.), deren spezielle Gestalt nach der Reflexion an der hochreflektiven Kornea als solche auch von einer Kamera wahrgenommen werden kann.
Insbesondere umfasst das auf dem Auge erzeugte Lichtmuster spezifische Reflexformen. Der Vorteil von spezifischen Reflexformen liegt insbesondere darin, dass Fremdreflexe von den Algorithmen der Bildverarbeitung identifiziert und eliminiert werden können. Dadurch wird die Ermittlung der Astigmatismusachse erleichtert oder sogar erst ermöglicht. Unterstützt würde dieses Vorgehen noch dadurch, dass die einzelnen Lichtquellen optional Licht verschiedener Wellenlänge emittieren oder gepulst betrieben werden.
Neben der Astigmatismusachse kann z.B. auch die Krümmung der Kornea abgeleitet werden. Allgemein kann man von geometrischen oder topographischen Parametern sprechen.
Bevorzugt fällt das Licht zur Erzeugung der Lichtmarkierung auf dem Auge unter einem Winkel α zur Achse einer erfassenden Kamera ein.
Dies wird zum Beispiel dadurch erreicht, dass der Projektor zur Erzeugung der Lichtmarkierung nicht im Mikroskop integriert ist, sondern sich außerhalb des Mikroskopgehäuses befindet bzw. daran befestigt ist. Dadurch schließen die Achse der integrierten Mikroskopkamera und die Einfallsrichtung der Lichtmarkierung einen nichtverschwindenden Winkel ein. Diese Tatsache kann dazu benutzt werden, die Augenausrichtung zu bestimmen.
Der Projektor oder Mustergenerator soll z.B. eine Linie oder ein Linienpaar auf das Auge projizieren. Der Winkel, unter dem das Muster gegenüber der Kameraachse auf dem Auge generiert wird, liegt bevorzugt im Bereich von 5 Grad bis 85 Grad, insbesondere bevorzugt zwischen 5 Grad und 50 Grad. Wichtig ist hierbei, dass dieser Winkel größer als Null ist, damit zum Beispiel über Triangulationsalgorithmen die Lage z.B. der Limbusebene und damit die Blickrichtung berechnen werden kann. Dadurch können Entfernungsinformationen aus den Bildkoordinaten des projizierten Musters extrahiert werden. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber beispielsweise einer koaxialen Erzeugung und Erfassung der Lichtmarkierung, bei der die Projektionsrichtung des Musters und die Kameraachse keinen Winkel miteinander einschließen. Mit dem Muster kann also dem Arzt einerseits die torsionale Orientierung mitgeteilt werden, die die IOL haben soll, und andererseits kann man auch zusätzlich die Blickrichtung des Patientenauges bestimmen. Zu diesem Zweck ist das projizierte Muster komplexer als eine Linie, z.B. ein Linienpaar. Durch drei oder mehr Schnittpunkte des Musters mit dem Limbus ergibt sich eine Ebene im Raum. Mit nur einer Linie kann man zum Beispiel die Entfernung der Pupillenmitte ermitteln.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges während einer Augenoperation umfasst: eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Lichtmusters auf dem Auge eines sich in der Operationslage befindlichen Patienten; und eine Kameraeinrichtung, um das auf dem Auge erzeugte Lichtmuster während der Augenoperation zu erfassen; sowie eine Recheneinheit, die derart ausgestaltet ist, dass sie während der Augenoperation aus dem erfassten Lichtmuster mindestens eine Eigenschaft des Auges ermittelt, die von der momentanen Ausrichtung des Auges abhängig ist.
Die oben in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile gelten entsprechend auch für die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die ermittelte Eigenschaft oder der Parameter ist beispielsweise eine geometrische, differentialgeometrische, topografische, keratografische oder optische Eigenschaft des Auges, die die momentane Ausrichtung des Auges kennzeichnet.
Vorteilhaft ist eine Einrichtung zur Befestigung an einem Operationsmikroskop oder zum Einschwenken der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen. Dadurch und durch die folgenden Merkmale werden die weiter oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile ermöglicht. Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer zweiten Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer Lichtmarkierung auf dem Auge aufgrund des momentan ermittelten geometrischen Parameters während der Augenoperation vorgesehen. Die Steuereinheit kann jedoch zum Beispiel auch einen Ablationslaser aufgrund des momentan während der Augenoperation ermittelten geometrischen Parameters ansteuern. Dabei wird nur die Information bzgl. der statischen Torsion an den Behandlungslaser übermittelt. Dieser dreht daraufhin seine Schussliste bzw. ändert die Schusspositionen.
Die aus dem Lichtmuster ermittelte Eigenschaft oder Parameter kennzeichnet zum Beispiel eine spezifische lageabhängige Charakteristik des Auges. Diese Eigenschaft ist insbesondere eine spezifische geometrische, differentialgeometrische, topografische, keratografische oder optische Eigenschaft.
Vorteilhaft kennzeichnet die aus dem Lichtmuster ermittelte Eigenschaft oder Parameter die Lage der Astigmatismusachse des Auges oder eine hierzu in definierter Beziehung stehende Richtung.
Bevorzugt ist die Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Lichtmusters derart ausgestaltet, dass sie diffuses oder afokales Licht erzeugt.
Insbesondere ist eine zweite Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer Lichtmarkierung auf dem Auge vorgesehen, die während der Augenoperation auf dem Auge Informationen wie z.B. die momentane Ausrichtung eines Augenparameters und/oder eine für die Operation benötigte Ortsmarkierung anzeigt.
Vorteilhaft zeigt die Lichtmarkierung die Soll-Ausrichtung einer in das Auge einzusetzenden Intraokularlinse und/oder die Soll-Position einer durchzuführenden Inzision auf dem Auge an. Die Lichtmarkierung kann insbesondere die Astigmatismusachse des Auges oder eine zu dieser in definierter Beziehung stehender Achse auf dem Auge anzeigen.
Vorteilhafterweise korrigiert die Steuereinheit aufgrund der gewonnenen Informationen über die erfolgte Torsion die Ausrichtung des Schussmusters des Ablationslasers aufgrund der momentan ermittelten geometrischen Parameter des Auges während der Laserbehandlung.
Insbesondere ist die Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung der Lichtmarkierung derart angeordnet, dass der Einfall unter einem Winkel α zur Achse einer erfassenden Kamera erfolgt.
Vorteilhafterweise ist die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass auf dem Auge spezifische Reflexformen erzeugt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Operationsmikroskop für die Augenchirurgie geschaffen, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuereinheit für Augen- chirurgiesysteme geschaffen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.
Die Steuereinheit umfasst insbesondere eine Recheneinheit, die aus einem während der Augenoperation auf dem Auge erfassten Lichtmuster mindestens eine Eigenschaft oder Parameter des Auges ermittelt, der die momentane Ausrichtung des Auges kennzeichnet, wobei die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass sie eine optische Anzeigevorrichtung und/oder einen Ablationslaser steuert. Weiterhin wird ein Computerprogramm zur Steuerung eines Augenchirurgiesystems geschaffen, das Programmschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, die an einem Operationsmikroskop befestigt ist;
Figuren 2 a-c bevorzugte Beispiele für auf dem Auge erzeugte Lichtmuster;
Figuren 3a und 3b verschiedenartige Lichtquellenanordnungen als Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Lichtmustern auf dem Auge;
Figur 3c eine diffuse Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung mit einem
Diffusorelement;
Figuren 3d und 3e zeigen Beleuchtungseinrichtungen zur Erzeugung spezifischer Reflexformen auf dem Auge;
Figur 4a Bilder des Auges bei der Diagnose und während der Operation, wobei eine Verdrehung bzw. Torsion des Auges um die Blickachse zwischen den beiden Aufnahmen stattgefunden hat;
Figuren 4b und 4c Bilder des Auges mit Lichtreflexen, die spezifische
Reflexformen aufweisen;
Figur 5 ein Operationsmikroskop, das die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst; Figur 6 ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop bei dem die interne Kamera des Operationsmikroskops als Kamera zur Erfassung des auf dem Auge erzeugten Lichtmusters verwendet wird;
Figur 7 ein Operationsmikroskop, das die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst, mit Darstellung der Winkel <x1 bzw. a2 mit der optischen Achse der internen Kamera zur Erfassung des Bildes des Auges;
Figur 8 ein Bild eines Auges, das in der Darstellung nach rechts verkippt oder rotiert ist; und
Figur 9 ein Bild eines Auges mit einem darauf projizierten Lichtmuster zur
Detektion einer Verkippung des Auges.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die an einem Operationsmikroskop 20 befestigt ist. Das Operationsmikroskop 20 umfasst Okulare 21 , 22, durch die der Arzt während der Operation auf das Auge 30 des Patienten blickt. An der dem Auge 30 zugewandten Seite des Operationsmikroskops 20 ist die Vorrichtung 10 zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges 30 angeordnet. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Kamera 11 und eine Beleuchtungseinrichtung 12, die zur Erzeugung eines Lichtmusters auf dem Auge 30 dient. Die Kamera 11 dient zur Erfassung des auf dem Auge erzeugten Lichtmusters und ist mit einer Recheneinheit 13 verbunden. Die Recheneinheit 13 ermittelt aus dem erfassten Lichtmuster einen Parameter, der für die momentane Ausrichtung des Auges 30 charakteristisch ist.
Um mit der Beleuchtungseinrichtung 12 diffuses Licht oder eine afokale Beleuchtung zu erzeugen, werden entsprechend ausgestaltete Lichtquellen verwendet. Es können aber auch zum Beispiel Diffusorelemente als Vorsatz im Strahlengang nach der Lichtquelle angeordnet sein, beispielsweise wenn LEDs oder Lichtleiter als Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung dienen. Eine Halterung 14 dient als Befestigungseinrichtung, die die Kamera 11 und die Beleuchtungseinrichtung 12 hält und mit dem Operationsmikroskop 20 verbindet. Es kann aber auch eine im Operationsmikroskop integrierte Kamera zur Erfassung des auf dem Auge erzeugten Lichtmusters dienen.
Unter der momentanen Ausrichtung des Auges wird insbesondere die torsionale Lage verstanden, das heißt der Drehwinkel des Auges um die Achse der Blickrichtung.
Optional ist zusätzlich eine zweite Beleuchtungseinrichtung 15 bzw. ein Lichtmustergenerator vorgesehen. Die zweite Beleuchtungseinrichtung 15 dient dazu, eine Lichtmarkierung auf dem Auge 30 zu erzeugen, deren Lage oder Position auf dem Auge 30 aufgrund des von der Recheneinheit 13 aus Bilddaten der Kamera 11 ermittelten Parameters gesteuert wird. Vorteilhaft ist die zweite Beleuchtungseinrichtung 15 ebenfalls an der Halterung 14 befestigt. Mit entsprechenden bewegten oder statischen Mustern lässt sich auch die Blickrichtung bestimmen.
Das Auge 30 umfasst die Sklera 31 , die Iris 32, die Pupille 33 und die Kornea 36.
Die Figuren 2 a-c zeigen bevorzugte Beispiele für das auf dem Auge 30 erzeugte Lichtmuster 40. Als Teile des Auges 30 sind wiederum die Sklera 31 , die Iris 32 und die Pupille 33 gezeigt. Die Lichtmuster 40 entstehen durch Lichtreflexe auf der Kornea des Auges 30.
Das in Figur 2a gezeigte Lichtmuster 40 besteht aus einer ellipsenähnlichen Anordnung von Lichtpunkten. Die Lichtpunkte oder kornealen Lichtreflexe werden in diesem Beispiel durch eine kreisrunde Anordnung von LEDs mit vorgeschalteten Diffusorelementen als Beleuchtungseinrichtung 12 der Vorrichtung 10 erzeugt (siehe Fig. 1). Die Verformung zu einer ellipsenähnlichen Anordnung ergibt sich aus dem Astigmatismus des Auges 30. Die Längsachse der Ellipse entspricht etwa der Astigmatismusachse 34 des Auges 30.
In Figur 2b wird zur Beleuchtung des Auges 30 eine ringförmige bzw. kreisrunde, diffuse Lichtquelle als Beleuchtungseinrichtung 12 (siehe Fig. 1) verwendet. Als Lichtmuster 40 ergibt sich ein ellipsenähnlicher Lichtreflex auf der Kornea des Auges 30. Auch in diesem Beispiel entsteht die ellipsenähnliche Form des Lichtmusters 40 aus dem Astigmatismus des Auges 30, wobei die große Halbachse der Ellipse etwa der Astigmatismusachse 34 des Auges 30 entspricht und deren Richtung angibt.
In Figur 2c wird zur Beleuchtung des Auges 30 eine Anordnung von mehreren ringförmigen, diffusen Lichtquellen, die als konzentrische Kreise angeordnet sind, als Beleuchtungseinrichtung 12 verwendet. Als Lichtmuster 40 ergeben sich ellipsenhafte Lichtreflexe auf der Kornea des Auges 30. Auch in diesem Beispiel entsteht die ellipsenhafte Form des Lichtmusters 40 aus dem Astigmatismus des Auges 30, wobei die großen Halbachsen der Ellipsen etwa der Astigmatismusachse 34 des Auges 30 entsprechen und deren Richtung angeben.
Gemäß der Erfindung ist es nicht notwendig die Torsion, also die relative Verdrehung des Auges zwischen Diagnose und Operation, durch einen bildmerkmalbasierten Vergleich zwischen einem Diagnose- und einem Operationsbild indirekt durch Mittel der Bildverarbeitung zu bestimmen. Stattdessen werden relevante Parameter des Auges, wie zum Beispiel die Astigmatismusachse, direkt während der Operation durch beispielsweise topometrische, topographische, keratometrische, keratographische oder ophthalmometrische Messungen bestimmt. Damit wird man vom Bildmaterial aus der Diagnose unabhängig.
Die Figuren 3a und 3b zeigen in einer Draufsicht von unten, das heißt vom Operationsobjekt bzw. Patientenauge aus gesehen, eine Befestigungseinrichtung 14 mit der Kamera 11 , der Beleuchtungseinrichtung 12 zur Erzeugung des Lichtmusters 40 und der zweiten Beleuchtungseinrichtung 15. Die Beleuchtungseinrichtung 12 umfasst eine ringförmige Anordnung von diffusen oder afokalen Lichtquellen. Die Kamera 11 ist optional, für den Fall, dass nicht die integrierte Kamera des Operationsmikroskops verwendet wird. Als Beleuchtungseinrichtung 12 sind verschiedenartige Lichtquellenanordnungen zur Erzeugung des Lichtmusters auf dem Auge 30 gezeigt.
Die Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung 12 erzeugen diffuses oder afokales Licht. Die Halterung 14 (siehe Fig. 1 ) kann zu diesem Zweck mit einer Anzahl von LEDs mit vorgesetzten Diffusorelementen bestückt sein (Fig. 3b) oder z.B. mit diffus leuchtenden Ringen, die als konzentrische Kreise ausgebildet sind (Fig. 3a). Es ist aber auch möglich statt der leuchtenden LEDs oder Ringe helle, nicht leuchtende Punkte oder Kreise zu benutzen, die mit einer sekundären Lichtquelle angeleuchtet werden.
Figur 3c zeigt als Beispiel eine diffuse Lichtquelle 12a der Beleuchtungseinrichtung 12 mit einer LED 121 und einem vor der LED 121 als Vorsatz angeordneten Diffusorelement 122, das als lichtstreuende Folie oder Glasscheibe ausgestaltet ist.
Figuren 3d und 3e zeigen als weitere Beispiele die Befestigungseinrichtung 14 wie in den Figuren 3a und 3b bereits beschrieben, wobei die Beleuchtungseinrichtung 12 zur Erzeugung spezifischer Reflexformen auf dem Auge ausgestaltet ist. Dazu haben einzelne Lichtelemente oder Lichtquellen 12a der Beleuchtungseinrichtung 12 eine spezielle geometrische Form, die derart gestaltet ist, dass sich der durch sie auf dem Auge erzeugte Lichtreflex von anderen Lichtreflexen oder Fremdreflexen unterscheidet.
In den gezeigten Beispielen sind die einzelnen Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung 12 rechteckig, quadratisch, rautenförmig oder auch ringförmig gestaltet, wobei die Lichtquellen mit ihren unterschiedlichen geometrischen Formen in definierter Anordnung vorgesehen sind. Die hierdurch auf dem Auge erzeugten Lichtreflexe sind sehr gut zu erkennen und sehr gut von Lichtreflexen auf dem Auge unterscheidbar, die von anderen Lichtquellen stammen.
Optional oder zusätzlich können die einzelnen Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung 12 auch gepulst betrieben werden oder Licht bestimmter oder verschiedener Wellenlängen emittieren, um eine spezifische Reflexform bzw. einen spezifischen Lichtreflex auf dem Auge zu erzeugen, der von anderen Lichtreflexen auf dem Auge unterschieden werden kann.
Figur 4a zeigt als Beispiel Bilder des Auges 30 bei der Diagnose (linkes Bild) und während der Operation (rechtes Bild), wobei als Beleuchtungseinrichtung 12 (siehe Fig. 1) ein mit LEDs und vorgesetzten Diffusorelementen bestückter Ring verwendet wird, wie er in Figur 3b gezeigt und weiter oben beschrieben wurde. Die Bezugszeichen kennzeichnen jeweils dieselben Elemente des Auges 30 wie in den vorhergehenden Figuren. In diesem Beispiel hat sich die Lage der gemessenen Astigmatismusachse 34 zum Zeitpunkt der Operation gegenüber ihrer Lage zum Zeitpunkt der Diagnose geändert. Diese Änderung wird als statische Torsion bezeichnet. Fehler aufgrund dieser Torsion werden durch die Erfindung vermieden.
Die Figuren 4b und 4c zeigen als weitere Beispiele Bilder des Auges 30 mit Lichtreflexen, die spezifische Reflexformen auf dem Auge aufweisen. Gleiche Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren kennzeichnen dieselben Elemente und wurden oben bereits beschrieben. Die in Figur 4b dargestellte Reflexform wird durch die in Figur 3d gezeigte Beleuchtungseinrichtung 12 erzeugt, während die in Figur 4c dargestellte Reflexform durch die in Figur 3e gezeigte Beleuchtungseinrichtung erzeugt wird. Zur Veranschaulichung sind in Figur 4c zusätzlich Fremdreflexe 77 gezeigt, die aufgrund der spezifischen Reflexform der Beleuchtungseinrichtung sehr gut als solche erkennbar sind. Die ermittelte Lage der Astigmatismusachse 34 während der Operation kann jedoch optional auch mit der Achslage während der Diagnose verglichen werden, die vorzugsweise nach dem gleichen Prinzip oder auch mit einem anderen Verfahren ermittelt wurde.
Das Messprinzip während Diagnose und während der Operation muss nicht notwendigerweise identisch sein. Allerdings müssen jeweils Parameter ableitbar sein, die man auf ihre räumliche Lage hin vergleichen kann. Beispielsweise kann während der Diagnose eine topographische Messung mit sogenannten Placido-Ringen durchgeführt werden, aus der zunächst die ortsaufgelöste Oberflächenkrümmung und anschließend sowohl die Augenoberfläche selbst als auch die Astigmatismusachse berechnet werden kann. Andererseits kann während der Operation die Augenoberfläche z.B. durch Streifenprojektionstechniken als Punktewolke gemessen werden. Auch hieraus lässt sich die Astigmatismusachse 34 ableiten. Man kann nun entweder, wie oben bereits erwähnt, die 3D-Oberflächenpunktewolken mittels Registrierung miteinander vergleichen oder auch nur die Orientierung der daraus jeweils ableitbaren Astigmatismusachse, um die Torsion zwischen Diagnose und Operation zu ermitteln.
Es ist aber auch möglich, die Augenoberfläche während der Diagnose und der Operation direkt zu vermessen. Hier können insbesondere auch Triangulationsverfahren, Streifenprojektionstechniken, Stereovision oder ähnliche Verfahren angewendet werden. Im Ergebnis wird eine 3D-Punktewolke generiert, die die Augenoberfläche repräsentiert. Die bei Diagnose und Operation anfallenden Punktewolken können miteinander verglichen werden. Aus diesem Registrierprozess lässt sich u.a. ebenfalls die Torsion berechnen.
Technisch am einfachsten ist es jedoch, wenn während der Operation das gleiche Messverfahren zur Anwendung kommt wie bei der Diagnose. Wenn z.B. während der Diagnose eine ringartige Anordnung von LEDs mit vorgeschalteten Diffusorelementen für eine Astigmatismusmessung benutzt wird, dann kann während der Operation ebenfalls eine solche Anordnung verwendet werden. Die jeweils ermittelten Astigmatismusachsen können anschließend verglichen werden. Die Torsion ergibt sich aus dem von diesen Achsen eingeschlossenen Winkel.
Figur 5 zeigt ein Operationsmikroskop 20, das die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst. Die Elemente des Operationsmikroskops 20 einschließlich der darin integrierten oder daran abnehmbar befestigten Vorrichtung 10 sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figur 1. Auf dem Auge 30 wird durch die zweite Beleuchtungseinrichtung 15 eine Lichtmarkierung 50 erzeugt. Die Lage und Ausrichtung der Lichtmarkierung 50 auf dem Auge 30 wird aufgrund des von der Recheneinheit 13 aus Bilddaten der Kamera 11 oder einer integrierten Mikroskopkamera ermittelten Parameters gesteuert.
Hierfür dient die Recheneinheit als Steuereinheit 13a bzw. hat eine solche integriert. In diesem Beispiel wird die während der Operation aus dem Lichtmuster 40 (siehe Figuren 2a bis 2c) ermittelte Astigmatismusachse 34 des Auges 30 durch die Lichtmarkierung 50 auf dem Auge 30 angezeigt und ist somit für den Arzt auf dem Auge 30 sichtbar.
Die Elemente des Auges 30 sind wie oben beschrieben und mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Datenverbindung zwischen der Kamera 11 und der Rechen- bzw. Steuereinheit 13 bzw. 13a ist in Figur 5 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Durch die zweite Beleuchtungseinrichtung 15 in Form eines Projektors oder eines Lasers, wie zum Beispiel eines Linien- oder Punktlasers, wird die Lage der Astigmatismusachse 34 oder die Sollorientierung einer einzusetzenden Intraokularlinse direkt auf das Auge projiziert und somit dem Arzt direkt auf dem Auge angezeigt. Die Recheneinheit 13 wertet hierzu die Kamerabilder des Mikroskops aus und weist den Projektor bzw. einen Mustergenerator an, z.B. eine Linie als Lichtmarkierung 50 zu generieren, die z.B. die Astigmatismusachse 34 des Auges 30 oder eine zu dieser in definierter Beziehung stehender Achse anzeigt. Auch andere Informationen sind sinnvoll, wie beispielsweise die Orte, an denen Inzisionen durchgeführt werden sollen. Deren Position wird durch die Auswertung der von den Leuchtquellen bzw. der Beleuchtungseinrichtung 12 auf der Hornhaut erzeugten Reflexe mitbestimmt.
Die Recheneinheit 13 kann zusätzlich das Auge 30 tracken bzw. verfolgen, damit der Projektor oder Laser die Linie immer an der gleichen Stelle generieren kann, z.B. immer limbusmittig. Das heißt, die Recheneinheit 13 kann zeitgleich das Auge, z.B. die Pupille oder den Limbus, verfolgen und den Projektor bzw. die zweite Beleuchtungseinrichtung 15 anweisen, die Sollachse, sichtbar für den Arzt, pupillenmittig oder limbusmittig zu projizieren.
Trackingalgorithmen können die aktuelle Augenposition inklusive der Torsion ermitteln und so die Projektion z.B. einer mitwandernden Sollachse der Intraokularlinse auf das Auge ermöglichen. Auch ist die Anzeige weiterer Informationen möglich, wie z.B. die Orte, an denen die Inzisionen gemacht werden sollen, der Limbusrand, die optische und visuelle Achse des Patienten, die Position der Kapsulorhexis, usw.
Bei Verwendung eines Projektors oder generell eines Mustergenerators als Beleuchtungseinrichtung 15, der für die Visualisierung z.B. der Astigmatismusachse vorgesehen ist, kann man bei Bedarf mit Hilfe der Kamera 1 1 oder der internen Mikroskopkamera, welche einen Winkel mit der Projektions- bzw. Beleuchtungseinrichtung 15 einschließt, auch 3D-Daten generieren. Mit Hilfe von speziellen statischen oder bewegten Mustern wird in der Recheneinheit 13 eine Punktewolke generiert, die die Augenoberfläche oder Teile davon repräsentiert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Blickrichtung des Auges 30 zu bestimmen. Falls eine gewisse Asphärizität der Augenoberfläche oder Teilen davon gegeben ist, kann auf diese Weise auch die dynamische oder intraoperative Torsion bestimmt werden. Es ist ebenso möglich, die Ausrichtung von Operationsinstrumenten zu ermitteln, die sich im Sichtfeld des Musters und der Kamera 11 befinden.
Bei der Erhebung der intraoperativen Augendaten beispielsweise mit Hilfe der Reflexe oder mit Hilfe des oben erwähnten Mustergenerators entstehen bei entsprechendem Einfallswinkel auch Reflexe auf der Intraokularlinse, welche für eine Lagebestimmung benutzt werden können. Damit kann man z.B. die Achse einer torischen Linse mit der Astigmatismusachse der Kornea vergleichen und so eine eventuelle Fehlorientierung der Intraokularlinse ermitteln. Ebenso kann eine Schräglage der Linse detektiert werden.
Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop 20, bei dem als Kamera 11 zur Erfassung des auf dem Auge erzeugten Lichtmusters die interne Kamera des Operationsmikroskops 20 verwendet wird. Die mit den weiteren Bezugszeichen gekennzeichneten Elemente wurden oben bereits beschrieben.
Figur 7 zeigt ein Operationsmikroskop 20, das die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst, wie mit Bezug auf die Figuren 1 und 5 bereits beschrieben. Die Recheneinheit 13 (s. Figur 5) ist der Übersichtlichkeit halber in dieser Figur nicht dargestellt. Die dargestellten Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figuren 1 und 5. Zusätzlich sind Diffusorelemente 122 explizit dargestellt, die den LEDs der ersten Beleuchtungseinrichtung 12 vorgeschaltet sind. Die Kamera 11 ist optional, für den Fall dass nicht die integrierte Kamera des Operationsmikroskops zur Erfassung der Lichtmuster auf dem Auge 30 verwendet wird. Sie kann aber auch zusätzlich zu einer integrierten Kamera des Operationsmikroskops verwendet werden.
Die zweite Beleuchtungseinrichtung 15 in Form eines Mustergenerators erzeugt in dem hier gezeigten Beispiel ein Linienpaar 151 , 152, das auf das Auge 30 projiziert wird. Die einzelnen Linien 151 , 152 schließen die Winkel a1 bzw. a2 mit der optischen Achse AI der internen Kamera des Operationsmikroskops 20 ein. Die Größenordnung dieser Winkel beträgt vorteilhafterweise etwa 5 bis 45 Grad. Die Winkel, die die Linien 151 , 152 mit der optischen Achse der optionalen Kamera 11 einschließen, sind der Übersicht halber nicht dargestellt.
Die Tatsache, dass die Winkel a1 bzw. a2 größer als Null sind, ermöglicht es die Ausrichtung bzw. Verkippung des Auges 30 zu bestimmen. Je größer die Verkippung oder Rotation des Auges um seine horizontale und vertikale Achse ist, desto weniger koinzidiert das Zentrum der Reflexe mit dem Apex der Kornea 36. Dadurch beziehen sich die Aussagen aus den auf den Reflexmustern basierenden Rechnungen nicht mehr auf den kornealen Apex. Die berechnete Astigmatismusachse kann je nach Verkippung von der zentralen Astigmatismusachse abweichen und ist deshalb nur noch bedingt mit der Astigmatismusachse während der Diagnose vergleichbar.
Eine Augenverkippung von beispielsweise 5° ergibt bereits eine Dezentrierung des Lichtreflexzentrums vom Apex von 1mm. Bei 10° steigt dieser Wert auf ca. 2mm. Die Dezentrierung ist zur Veranschaulichung in Figur 8 dargestellt, wobei in dem gezeigten Beispiel das Auge 30 nach rechts rotiert ist. Die verwendeten Bezugszeichnen kennzeichnen die Elemente des Auges 30 wie sie oben bereits beschrieben wurden.
Die Tatsache, dass im Kamerabild das Zentrum der Reflexe und das Pupillenoder Limbuszentrum nicht übereinstimmen, kann nur bedingt zur Feststellung einer Verkippung verwendet werden, da bei asymmetrisch geformtem Limbus oder Pupille auch bei verschwindender Verkippung nicht notwendigerweise eine Koinzidenz von Reflexzentrum und Pupillen- oder Limbuszentrum bestehen muss. Es ist auch möglich, dass der Limbus partiell derart unscharf ist, dass das Limbuszentrum nicht mehr zuverlässig erkannt bzw. bestimmt werden kann. Man kann die Verkippung detektieren, indem man beispielsweise mit Hilfe eines Mustergenerators zu beliebigen Zeitpunkten ein Lichtmuster auf dem Auge erzeugt. Dies ist als Beispiel in Figur 9 gezeigt. Die verwendeten Bezugszeichnen kennzeichnen die Elemente des Auges 30 wie sie oben bereits beschrieben wurden.
Zur Bestimmung der Verkippung des Auges 30 werden die Schnittpunkte P1, P2, P3, P4 des Lichtmusters, das in dem dargestellten Beispiel ein Linienpaar ist und wie in Figur 7 gezeigt auf das Auge 30 projiziert wird, mit dem Limbus ermittelt. Anschließend werden nach einem vorangegangenen, patientenunabhängigen, Kalibrierprozess die 3d-Koordinaten dieser Schnittpunkte P1 , P2, P3, P4 berechnet, mit deren Hilfe eine Ausgleichsebene approximiert wird. Die Ebenennormale gibt schließlich die Augenausrichtung an. Das gezeigt Linienpaar ist nur ein Beispiel von vielen möglichen Mustern. Es muss jedoch mindestens drei nicht auf einer Linie liegenden Punkte geben.
Es ist auch möglich, die Anzeige der Astigmatismusachse 34 und die Berechnung der Verkippung zu kombinieren, indem beispielsweise ein relativ enges Linienpaar auf dem Auge 30 generiert wird, das einerseits eine Verkippung ermittelt und andererseits die ermittelte Astigmatismusachse anzeigt. Insbesondere eine spezifische Farbe oder ein Blinken der auf dem Auge generierten Linien liefert dem Arzt Hinweise auf die momentane Verkippung.
Alternativ kann die Augenausrichtung auch ohne einen Mustergenerator mit Hilfe einer zusätzlichen Kamera mittels Stereovision ermittelt werden. Dazu wird beispielsweise der Limbusrand in beiden Kamerabildern detektierti um anschließend die jeweiligen Bildkoordinaten zur Berechnung seiner räumlichen Lage zu benutzen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen System und Verfahrens ist die Tatsache, dass man durch die Neumessung von Augenparametern, wie z.B. der Astigmatismusachse, nicht auf Bildmaterial aus der Diagnose angewiesen ist.
Insbesondere können Intraokularlinsen mit hoher Genauigkeit in der vorgesehenen Position, zum Beispiel in Bezug auf die Achslage des Auges, in das Auge eingebracht werden, ohne dass eine Torsion des Auges während der Operation oder zwischen Diagnose- und Operationszeitpunkt die Genauigkeit beeinträchtigt. Dabei kann die Linsenachse an der für den Arzt während der Operation sichtbaren Achslage des Auges orientiert werden.
Bei Laserbehandlungen kann insbesondere die die statische Torsion sehr gut gemessen werden. Auch können zum Beispiel Schussmuster bei Laserbehandlungen entsprechend der gemessenen intraoperativen Achslage vor Beginn der Behandlung so gedreht werden, dass die Behandlungsfehler durch die statische Torsion vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges bei
Augenoperationen, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen eines Lichtmusters (40) auf dem Auge (30) und Erfassen des Lichtmusters (40) während sich der Patient in der Operationslage befindet; und
Bestimmen mindestens einer Eigenschaft des Auges (30) aus dem in der Operationslage des Patienten erfassten Lichtmuster (40), die die momentane Ausrichtung des Auges (30) kennzeichnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Lichtmuster (40) bestimmte Eigenschaft zur Steuerung einer auf dem Auge (30) erzeugten Lichtmarkierung (50) und/oder zur Korrektur der Position der Ablationsorte bei einer Laserbehandlung des Auges (30) in Abhängigkeit von der momentanen Ausrichtung des Auges (30) und/oder zur
Bestimmung der Blickrichtung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Lichtmuster (40) ermittelte Eigenschaft eine spezifische topografische Eigenschaft des Auges (30) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die aus dem Lichtmuster (40) ermittelte Eigenschaft die Lage der Astigmatismusachse des Auges (30) und/oder eine hierzu in definierter Beziehung stehende Richtung kennzeichnet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die aus dem Lichtmuster (40) ermittelte Eigenschaft durch Erhebung von Daten des Auges (40) während der Operation bestimmt wird, wobei die Daten insbesondere aus topometrischen, topografischen, keratometrischen, keratografischen oder ophthalmometrischen Messungen gewonnen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
momentanen Daten oder daraus ableitbare Größen mit entsprechenden während der Diagnose ermittelten Daten oder daraus ableitbaren Größen verglichen werden, um daraus eine Lageveränderung während der Operation gegenüber dem Diagnosezeitpunkt zu bestimmen.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
während der Operation erhobenen Daten und die zugehörigen Bilder gespeichert werden und als Referenzdaten oder -bilder für nachfolgende bildverarbeitungsbasierte Schritte verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmuster (40) auf dem Auge (30) mit einer diffusen oder afokalen Beleuchtungsquelle erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmarkierung (50) während der Augenoperation auf dem Auge (30) ein oder mehrere der folgenden Informationen anzeigt:
a) eine für die Operation benötigte oder hilfreiche Ortsmarkierung;
b) die Soll-Ausrichtung einer in das Auge (30) einzusetzenden
Intraokularlinse;
c) die Soll-Position eines durchzuführenden Schnittes;
d) die Lage von Limbus und/oder Pupille;
e) die Richtung der Astigmatismusachse oder eine hierzu in definierter Beziehung stehende Richtung.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Licht zur Erzeugung der Lichtmarkierung (50) auf dem Auge (30) unter einem Winkel α zur Achse (AI, AO) der Erfassung des Lichtmusters (40) auf dem Auge (30) einfällt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Auge (30) erzeugte Lichtmuster (40) spezifische
Reflexformen umfasst.
12. Vorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des Auges bei
Augenoperationen, umfassend:
eine Beleuchtungseinrichtung (12) zur Erzeugung eines Lichtmusters (40) auf dem Auge (30) eines sich in der Operationslage befindlichen Patienten; und
eine Kameraeinrichtung (11 ), um das auf dem Auge (30) erzeugte
Lichtmuster (40) während der Augenoperation zu erfassen;
gekennzeichnet durch
eine Recheneinheit (13), die derart ausgestaltet ist, dass sie während der Augenoperation aus dem erfassten Lichtmuster (40) mindestens eine Eigenschaft des Auges (30) ermittelt, die von der momentanen Ausrichtung des Auges (30) abhängig ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch
eine Befestigungseinrichtung (14) zur Befestigung der
Beleuchtungseinrichtung (12) und/oder der Kameraeinrichtung (1 1 ) an einem Operationsmikroskop (20).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine
Steuereinheit (13a), die zur Steuerung einer zweiten
Beleuchtungseinrichtung (15) zur Erzeugung einer Lichtmarkierung (50) auf dem Auge (30) aufgrund der momentan ermittelten Eigenschaft des Auges (30) während der Augenoperation und/oder zur Steuerung eines
Ablationslasers aufgrund der momentan ermittelten Eigenschaft des Auges (30) während der Augenoperation ausgestaltet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Lichtmuster (40) ermittelte Eigenschaft eine spezifische lageabhängige Charakteristik des Auges (30) und/oder eine spezifische topografische Eigenschaft des Auges (30) und/oder die Lage der
Astigmatismusachse (34) oder eine hierzu in definierter Beziehung stehende Richtung kennzeichnet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine zweite Beleuchtungseinrichtung (15) zur Erzeugung einer
Lichtmarkierung (50) auf dem Auge (30), die während der Augenoperation auf dem Auge (30) ein oder mehrere der folgenden Informationen darstellt: a) eine für die Operation benötigte oder hilfreiche Ortsmarkierung;
b) die Soll-Ausrichtung einer in das Auge (30) einzusetzenden
Intraokularlinse;
c) die Soll-Position eines durchzuführenden Schnittes;
d) die Lage von Limbus und/oder Pupille;
e) die Richtung der Astigmatismusachse oder eine hierzu in definierter Beziehung stehende Richtung.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) zur Erzeugung des Lichtmusters (40) diffuses oder afokales Licht erzeugt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (15) derart angeordnet ist, dass das Licht zur Erzeugung der Lichtmarkierung (50) unter einem Winkel α zur Achse der Erfassung des Lichtmusters (40) auf dem Auge (30) einfällt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) derart ausgestaltet ist, dass auf dem Auge spezifische Reflexformen erzeugt werden.
20. Operationsmikroskop für Augenoperationen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19.
21. Steuereinheit für Augenchirurgiesysteme, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ausgestaltet ist.
22. Computerprogramm zur Steuerung eines Augenchirurgiesystems, das Programmschritte zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 umfasst.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016011759A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Chronos Vision Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Anzeige der Astigmatismusachse des Auges

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016105962A1 (de) * 2016-04-01 2017-10-05 Carl Zeiss Meditec Ag Positionsermittlungsanordnung für Intraokularlinse
US11517474B2 (en) * 2017-12-19 2022-12-06 Alcon Inc. Methods and systems for eye illumination
CN111616800B (zh) * 2020-06-09 2023-06-09 电子科技大学 眼科手术导航系统
WO2022242932A1 (de) * 2021-05-20 2022-11-24 Munich Surgical Imaging GmbH Verfahren und vorrichtung zur positionierung einer torischen intraokularlinse

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010009897A1 (de) 2008-07-24 2010-01-28 Carl Zeiss Surgical Gmbh Augenchirurgiesystem und verfahren zur vorbereitung und durchführung einer augenoperation
WO2010046371A1 (en) 2008-10-22 2010-04-29 SensoMotoric Instruments Gesellschaft für innovative Sensorik mbH Method and apparatus for image processing for computer-aided eye surgery
DE102009053208A1 (de) 2008-11-06 2011-08-18 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Vorrichtung zur Überwachung der Implantation einer IOL (Orientierungsüberwachung)
WO2012041349A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Wavelight Gmbh Anordnung und verfahren zur durchführung einer chirurgischen behandlung eines auges
US8414123B2 (en) 2007-08-13 2013-04-09 Novartis Ag Toric lenses alignment using pre-operative images

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4538608A (en) * 1984-03-23 1985-09-03 Esperance Jr Francis A L Method and apparatus for removing cataractous lens tissue by laser radiation
US20020133146A1 (en) * 1995-10-27 2002-09-19 William B. Telfair Short pulse mid-infrared parametric generator for surgery
US20020013573A1 (en) 1995-10-27 2002-01-31 William B. Telfair Apparatus and method for tracking and compensating for eye movements
US7478908B2 (en) * 2006-09-27 2009-01-20 Bausch & Lomb Incorporated Apparatus and method for determining a position of an eye
US20090275929A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Amo Development, Llc System and method for controlling measurement in an eye during ophthalmic procedure
DE102010013986A1 (de) 2010-04-06 2011-10-06 Carl Zeiss Surgical Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts eines einen Abbildungsfehler eines Auges beschreibenden Parameters
JP2012152469A (ja) 2011-01-27 2012-08-16 Nidek Co Ltd 眼科用手術顕微鏡
EP2688459B1 (de) * 2011-03-25 2019-05-22 Lensar, Inc. System zur messung und korrektur von astigmatismus mittels lasererzeugter hornhautschnitte
PT2709576T (pt) 2011-05-16 2018-05-10 Wavelight Gmbh Processo de calibração de um sistema para o tratamento cirúrgico de um olho
DE102012008998B4 (de) 2012-05-04 2021-07-22 Alcon Inc. Einrichtung für die lasergestützte Augenchirurgie
WO2014172621A2 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 Optimedica Corporation Corneal topography measurement and alignment of corneal surgical procedures
US20160089271A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-31 Jaime Zacharias Method for Alignment of Intraocular Lens
US10194799B2 (en) * 2015-03-09 2019-02-05 Sanovas Intellectual Property, Llc Robotic ophthalmology

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8414123B2 (en) 2007-08-13 2013-04-09 Novartis Ag Toric lenses alignment using pre-operative images
WO2010009897A1 (de) 2008-07-24 2010-01-28 Carl Zeiss Surgical Gmbh Augenchirurgiesystem und verfahren zur vorbereitung und durchführung einer augenoperation
DE102008034490A1 (de) 2008-07-24 2010-02-04 Carl Zeiss Meditec Ag Augenchirurgiesystem und Verfahren zur Vorbereitung und Durchführung einer Augenoperation
WO2010046371A1 (en) 2008-10-22 2010-04-29 SensoMotoric Instruments Gesellschaft für innovative Sensorik mbH Method and apparatus for image processing for computer-aided eye surgery
EP2184005B1 (de) 2008-10-22 2011-05-18 SensoMotoric Instruments Gesellschaft für innovative Sensorik mbH Verfahren und Vorrichtung zur Bildverarbeitung für computerunterstützte Augenoperationen
DE102009053208A1 (de) 2008-11-06 2011-08-18 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Vorrichtung zur Überwachung der Implantation einer IOL (Orientierungsüberwachung)
WO2012041349A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Wavelight Gmbh Anordnung und verfahren zur durchführung einer chirurgischen behandlung eines auges

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016011759A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Chronos Vision Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Anzeige der Astigmatismusachse des Auges
WO2018059611A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Chronos Vision Gmbh Vorrichtung und verfahren zur anzeige der astigmatismusachse des auges
DE102016011759B4 (de) 2016-09-30 2022-01-27 Chronos Vision Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Anzeige der Astigmatismusachse des Auges
US11717354B1 (en) 2016-09-30 2023-08-08 Chronos Vision Gmbh Device and method for displaying the axis of astigmatism of an eye

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