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Die
Erfindung betrifft ein Augenchirurgiesystem, wie etwa ein Operationsmikroskop,
in welchem ein Messstrahlengang zum Vermessen optischer Eigenschaften
eines Auges, beispielsweise ein Wellenfront-Messstrahlengang, vorgesehen
ist.
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Ein
Beispiel für
ein herkömmliches
Augenchirurgiesystem ist ein Operationsmikroskop, bei welchem ein
Wellenfrontsensor in den Strahlengang integriert ist. Ein herkömmliches
derartiges System ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 047 400 A1 beschrieben,
deren Offenbarung vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Ein
weiteres solches herkömmliches
System ist in der
DE
10 2005 031 496 B4 beschrieben, deren Offenbarung vollumfänglich in
die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Bei diesem System stellt
eine Optik drei Strahlengänge
bereit, nämlich
einen im Folgenden als Beobachtungsstrahlengang bezeichneten ersten
Strahlengang für
sichtbares Licht, welcher durch eine Mikroskopieoptik führt, die eine
Objektivlinse und Okulare umfasst, so dass ein Betrachter ein zu
untersuchendes Objekt, wie beispielsweise ein Auge, an welchem eine
Kataraktoperation durchzuführen
ist, durch Einblick in die Okulare beobachten kann. Die Optik stellt
ferner einen im Folgenden als Beleuchtungsstrahlengang bezeichneten zweiten
Strahlengang bereit, um von einer Strahlungsquelle erzeugte Messstrahlung
hin zu dem zu untersuchenden bzw. zu operierenden Auge zu richten.
Der von dem Messobjekt, im vorliegenden Fall dem Auge, zurückgeworfene
Anteil der Messstrahlung wird in einem dritten Strahlengang der
Optik, der nachfolgend als Messstrahlengang bezeichnet wird, zu
einem Wellenfrontsensor geführt,
um von dem Messobjekt, respektive dem zu operierenden Auge, ausgehende
Wellenfronten zu analysieren.
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Zum
Bestimmen der optischen Eigenschaften eines zu operierenden Auges
wird über
den Beleuchtungsstrahlengang Messlicht mit einer ebenen Wellenfront
in das Auge eingestrahlt. Aufgrund der optischen Eigenschaften von
Hornhaut, Linse und Glaskörper
des Auges wird der Messlichtstrahl auf einen Fleck an der Retina
des Auges fokussiert. Ein Teil der auf die Retina fokussierten Messstrahlung wird
an dieser reflektiert und beim Durchtritt durch das optische System
des Auges zu einem Strahlenbündel
kollimiert. Während
einer Augenoperation können
Teile des optischen Systems des Auges entfernt sein oder durch andere
Komponenten, wie z. B. einer in den Beutel der Augenlinse oder in
eine der Augenkammern eingebrachte Flüssigkeit oder Intraokularlinse,
ersetzt oder ergänzt
sein.
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Bei
einem ideal fehlerfreien optischen System des Auges wird der Messstrahl
zu einem punktförmig
kleinen Fleck auf der Retina fokussiert. Umgekehrt wird der von
der Retina reflektierte Teil der Messstrahlung von der Optik des
Auges wieder zu einem als paralleles Strahlenbündel mit planen Wellenfronten
ausgebildeten reflektierten Messstrahl geformt. Abweichungen von
der ideal fehlerfreien Optik des Auges resultieren in Deformationen
der Wellenfronten, die über
den Wellenfrontsensor erfasst werden können und die Bestimmung einer
Fehlsichtigkeit bzw. Aberration des optischen Systems des untersuchten
Auges ermöglichen.
Die Zuverlässigkeit der
Bestimmung der optischen Eigenschaften des Auges aus einer Wellenfrontmessung
ist direkt mit der Qualität
der Wellenfrontmessung verknüpft.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Augenchirurgiesystem
anzugeben, welches bessere Wellenfrontmessungen an Augen ermöglicht.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Augenchirurgiesystem vorgeschlagen, das die
Lage der Iris eines untersuchten Auges relativ zur optischen Achse, d.
h. zum Zentralstrahl des Beobachtungsstrahlengangs des Augenchirurgiesystems
erfasst, um den Beleuchtungsstrahlengang des Wellenfrontmesssystems
in Abhängigkeit
der erfassten relativen Lage der Iris zu positionieren.
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Ein
entsprechendes Augenchirurgiesystem nimmt eine automatische Justierung
des Beleuchtungsstrahlengangs des Wellenfrontmesssystems auf die
optische Achse des Auges vor.
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Bei
herkömmlichen
Augenchirurgiesystemen muss der Bediener des Systems den Beleuchtungsstrahlengang
manuell oder manuell gesteuert auf das zu untersuchende Auge ausrichten.
Durchsetzt der Beleuchtungsstrahlengang des Wellenfrontmesssystems
die optische Achse des Auges dabei nicht zentrisch, so sind die
aus der Wellenfrontmessung bestimmten optischen Eigenschaften des
Auges fehlerhaft. Da die manuelle Zentrierung des Beleuchtungsstrahlengangs
auf die optische Achse des untersuchten Auges vom Bediener häufig nicht
mit der erforderlichen Genauigkeit vorgenommen werden kann, und die
Bestimmung der optischen Eigenschaften des Auges somit fehlerbehaftet
ist, bleibt das mit einer Augenoperation erzielte Sehvermögen oftmals
hinter den Erwartungen zurück.
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Die
automatische Justierung schließt
eine ungenaue Bestimmung der optischen Eigenschaften eines untersuchten
Auges aus, da es die aktuelle Lage der optischen Achse des Auges über die
Lage dessen Iris bestimmt und den Beobachtungsstrahlengang entsprechend
ausrichtet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das Augenchirurgiesystem drei Strahlengänge, einen ersten Strahlengang,
der zur Beobachtung des Auges ausgebildet ist, einen zweiten Strahlengang, über den
Messstrahlung auf das Auge gerichtet wird und einen dritten Strahlengang, über den
vom Auge reflektierte Messstrahlung einem Wellenfrontsensor zugeführt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Augenchirurgiesystem eine Steuerung auf, die ausgebildet
ist, den Abstand des Iriszentrums von der optischen Achse des den
Beobachtungsstrahlengang bildenden ersten Strahlengangs zu bestimmen und
den Antrieb einer zum Positionieren des zweiten Strahlengangs ausgebildeten
elektromechanischen Verschiebeeinrichtung so anzusteuern, dass die
optische Achse des zweiten Strahlengangs abhängig von dem bestimmten Abstand
positioniert wird.
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Ausführungsformen
des Augenchirurgiesystems weisen eine Steuerung mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung
auf, die eine Mustererkennung zur Identifizierung der Iris des untersuchten
Auges umfasst. Die Bildverarbeitung erfolgt vorzugsweise anhand
von Abbildungen des Auges, die mithilfe einer im Beobachtungsstrahlengang
des Augenchirurgiesystems angeordneten Kamera erzeugt werden.
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Gemäß Ausführungsformen
des Augenchirurgiesystems ist die Bildverarbeitungsvorrichtung dazu
ausgebildet, die Parameter einer Ellipse zu bestimmen, die Form
und Lage eines Rands der Iris in einer Abbildung des Auges wiedergibt.
In weiteren Ausführungsformen
ist die Bildverarbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet, die Parameter
zweier Ellipsen zu bestimmen, wobei eine der Ellipsen den äußeren Rand
der Iris und die andere Ellipse den inneren Rand der Iris wiedergibt.
Die Bildverarbeitungsvorrichtung ist weiterhin ausgebildet, den
Schnittpunkt der Hauptachsen der Ellipse bzw. die Schnittpunkte der
Hauptachsen der beiden Ellipsen zu bestimmen und die Lage des Iriszentrums
relativ zur optischen Achse des ersten Strahlengangs anhand der
Lage des einen Schnittpunkts bzw. anhand der Lagen beider Schnittpunkte
der Ellipsenhauptachsen in der mit der Kamera erstellten Abbildung
des Auges zu bestimmen.
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Gemäß Ausführungsformen
des Augenchirurgiesystems umfasst die elektromechanische Verschiebevorrichtung
zwei jeweils mit einem Antrieb versehene Linearführungen, die ein Verschieben
des zweiten Strahlengangs entlang zweier Achsen ermöglichen,
die zueinander in einem Winkel von mehr als Null Grad und vorzugsweise
von neunzig Grad angeordnet sind und die beide orthogonal zu dem
Teil des Zentralstrahls des zweiten Strahlengangs ausgerichtet sind,
der bei einer Wellenfrontmessung in das Auge gerichtet ist. Gemäß weiteren
Ausführungsformen
weist die elektromechanische Verschiebevorrichtung zusätzlich eine
Kippvorrichtung auf, die zum Kippen des Zentralstrahls des zweiten
Strahlengangs ausgebildet ist.
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Gemäß Ausführungen
des Augenchirurgiesystems sind zumindest die Zentralstrahlen des
ersten und des zweiten Strahlengangs in einem an die Objektebene
des ersten Strahlengangs anschließenden Bereich koaxial angeordnet.
Der im dritten Strahlengang angeordnete Sensor zur Wandlung einer vom
Auge reflektierten Messstrahlung in Messsignale kann als Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor
ausgebildet sein, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, optische
Eigenschaften des Auges aus den vom Wellenfrontsensor erzeugten
Messsignalen zu bestimmen. Weitere Ausführungsformen des Augenchirurgiesystems
umfassen eine Anzeige zum Einblenden von Informationen in den Okularstrahlengang des
ersten Strahlengangs.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen,
von denen
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines Augenchirurgiesystems
mit einem Wellenfrontmesssystem zeigt, dessen Beleuchtungsstrahlengang
automatisch gesteuert auf die Iris eines untersuchten Auges zentrierbar
ist,
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2 ein
Flussdiagramm mit den wesentlichen Steuerungsschritten zum Zentrieren
des Beleuchtungsstrahlengangs auf die Iris des Auges zeigt und
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3 ein
Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Bestimmen der Lage der
Iris veranschaulicht.
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In 1 ist
ein Augenchirurgiesystem 1 zur Beobachtung eines zu operierenden
bzw. eines zu untersuchenden Auges 8 in einer Stark schematisierten
Darstellung veranschaulicht. Im Folgenden werden die Funktionen
des Systems 1 erläutert.
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Das
Augenchirurgiesystem 1 umfasst eine optische Vorrichtung 2 mit
einem ersten Strahlengang 11 zum Beobachten von in der
Objektebene 9 des Beobachtungsstrahlengangs 11 angeordneten Objekten 8,
einem zweiten Strahlengang 12 zum Bestrahlen des Messobjektes 8 mit
einer Messstrahlung und einem dritten Strahlengang 13, über den
vom Messobjekt 8 reflektierte Messstrahlung einem Messwandler
zugeführt
wird. Zur besseren Unterscheidung sind die Randbereiche der einzelnen Strahlengänge durch
unterschiedliche Linientypen repräsentiert, wobei der Beobachtungsstrahlengang 11 von
einer gepunkteten Linie, der Beleuchtungsstrahlengang 12 von
einer gestrichelten Linie und der Messstrahlengang 13 von
einer doppelt gestrichelten, einfach gepunkteten Linie symbolisiert
wird. Die Zentralstrahlen bzw. die optischen Achsen der einzelnen
Strahlengänge
sind jeweils durch eine strichpunktierten Linie 11a, 12a bzw. 13a symbolisiert.
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Das
Augenchirurgiesystem 1 weist ferner eine Halterung auf,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
einen stationären
Tragarm 7, eine elektromechanische Verschiebevorrichtung 5 und
eine Aufhängung 6 umfasst.
Der Tragarm 7 ist das letzte Glied eines mit dem Boden,
einer Wand oder der Decke eines in der Figur nicht dargestellten
Raums verbundenen Stativs. Die nachfolgend auch als Optik 2 bezeichnete
optische Vorrichtung 2 ist an der Aufhängung 6 befestigt
und lässt
sich gegenüber
dem Tragarm 7 mithilfe der elektromechanischen Verschiebevorrichtung 5 verschieben.
Zum Bewirken entsprechender Verschiebungen weist die elektromechanische
Verschiebevorrichtung 5 einen elektrischen Antrieb mit
zwei Aktoren 5a und 5b auf, je einen für eine der
beiden Verschiebeachsen. Die Verschiebeachsen stehen vorzugsweise
in einem Winkel zueinander, wobei in der in 1 veranschaulichten
Ausführungsform
jede der beiden Achsen orthogonal zur optischen Achse der optischen
Vorrichtung 2 angeordnet ist. Die elektromechanische Verschiebevorrichtung 5 weist
vorzugsweise einen aus zwei Linearführungen aufgebauten Kreuztisch
auf, deren Verschiebeachsen einen rechten Winkel zueinander einnehmen.
Unter der zuvor erwähnten
optischen Achse der Optik 2 wird der Teil der optischen
Achse 11a des ersten Strahlengangs 11 verstanden,
der sich vom Koppelspiegel 21 hin zum Messobjekt 8 erstreckt.
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Das
Augenchirurgiesystem 1 weist außerdem eine Steuerung 3 zum
Erfassen und gegebenenfalls zum Analysieren von Signalen auf, die
von in den Strahlengängen
der Optik 2 angeordneten optoelektrischen oder optoelektronischen
Wandlern erzeugt werden. Die Steuerung 3 ist ferner zum
Erzeugen von Signalen ausgebildet, die an in den Strahlengängen angeordnete
elektrooptische Wandler zur Anzeige optischer Informationen, an
Aktoren des Augenchirurgiesystems 1, wie z. B. an eine
Schaltvorrichtung zum Steuern einer Lichtquelle, oder auch an einen
Motor zum Verstellen einer Zoomoptik übertragen werden. Auch die
Ansteuerung der elektromechanischen Verschiebevorrichtung 5 wird
durch Signale bewirkt, die von der Steuerung 3 erzeugt
und über
den Übertragungskanal 31 an
die Aktoren der Verschiebevorrichtung 5 übertragen
werden. Das Augenchirurgiesystem weist ferner eine Benutzereingabe-/-ausgabevorrichtung 4 auf, über die
ein Benutzer des Systems Eingaben an die Steuerung 3 machen kann,
bzw. über
die die Steuerung Informationen an den Benutzer ausgibt. In der
Regel umfasst die Benutzereingabe-/-ausgabevorrichtung 4 eine
Tastatur und positionssensitive Eingabegeräte, ein Sichtgerät und/oder
einen Drucker. Bei einigen Ausführungsformen
des Augenchirurgiesystems 1 kann die Benutzereingabe-/-ausgabevorrichtung 4 auch
als eigenständiges
Computersystem ausgebildet sein. Die Kommunikation zwischen der
Benutzereingabe-/-ausgabevorrichtung 4 und der Steuerung 3 wird über den Übertragungskanal 32 bewirkt.
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Die
in 1 als gestrichelt-doppeltpunktiert dargestellten Übertragungskanäle zur Übertragung von
Signalen zwischen der Steuerung 3 und den mit dieser in Verbindung
stehenden Komponenten können
je nach der gewählten Übertragungsart
als Leitungen oder als Funkverbindung ausgebildet sein. Form und
Art der übertragenen
Signale bestimmen sich dabei nach den Erfordernissen der jeweils
angesteuerten Komponente sowie des hierzu verwendeten Übertragungskanals,
wobei die Signale insbesondere auch Daten repräsentieren können.
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Im
Bobachtungsstrahlengang 11 der optischen Vorrichtung 2 ist
eine Mikroskopieoptik zur vergrößerten Abbildung
eines in einer Objektebene 9 der Mikroskopieoptik angeordneten
Teils eines Auges 8 angeordnet. Die Mikroskopieoptik umfasst
ein Objektiv 22 aus einem oder aus mehreren Linsenelementen
und Okulare 28, die im Strahlengang hinter dem Objektiv 22,
d. h. auf der dem Messobjekt 8 abgewandten Seite des Objektivs,
angeordnet sind und es einem Benutzer ermöglichen, mit beiden Augen ein
vergrößertes Abbild
der Objektebene 9 wahrzunehmen. Zwischen dem Objektiv 22 und
den Okularen 28 können
jeweils Zoomsysteme 23 angeordnet sein, um eine Vergrößerung der
Abbildung zu variieren.
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In
den Strahlengängen
hinter dem Objektiv 22 kann ferner ein teildurchlässiger Spiegel 24 vorgesehen
sein, um einen Teil des Lichts aus dem Strahlengang zu den Okularen 28 auszukoppeln
und auf eine Kamera 25 zu richten. Die Kamera 25 erzeugt die
detektierten Lichtintensitäten
repräsentierende Signale,
die über
den Übertragungskanal 33 an
die Steuerung 3 übermittelt
werden. Die Steuerung 3 wandelt die erhaltenen Signale
bzw. Daten in geeignete Bilddaten um, um diese zu speichern oder über eine
(in 1 nicht dargestellte) Anzeige sichtbar darzustellen.
Die Anzeige kann einen oder mehrere Monitore umfassen oder sich
auf Teilbereiche von Monitorsichtflächen, sogenannte Fenster, beschränken. Die
Anzeige kann ferner auch eine kopfgetragene Anzeigevorrichtung (head-mounted-display)
umfassen, welche z. B. mit einem Riemen am Kopf eines Benutzers
befestigt werden kann.
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In
den Strahlengängen
hinter dem Objektiv 22 kann außerdem ein weiterer teildurchlässiger Spiegel 26 vorgesehen
sein, um ein auf einer Anzeigevorrichtung 27 dargestelltes
Bild in den Strahlengang zu den Okularen 28 einzuspiegeln.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Anzeigevorrichtung über
den Übertragungskanal 36 von
der Steuerung 3 angesteuert, um für den Bediener relevante Informationen
darzustellen, beispielsweise präoperative
Daten oder Messergebnisse, die mit dem weiter unten erläuterten
Wellenfrontmesssystem 29 erhalten wurden.
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Die
Optik 2 des Augenchirurgiesystems umfasst ferner ein Wellenfrontmesssystem 29,
um die optischen Eigenschaften eines Auges 8 zu vermessen,
beispielsweise die Aberrationen der Linse 10 oder auch
des aus der Linse 10 zusammen mit der darüber befindlichen
Hornhaut und eventuell dem Glaskörper
gebildeten optischen Systems des Auges.
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Hierzu
umfasst das Wellenfrontmesssystem 29 eine von der Steuerung 3 über den Übertragungskanal 35 gesteuerte
Messstrahlungsquelle 121, welche beispielsweise eine Laserdiode
sein kann und Messstrahlung in den Beleuchtungsstrahlengang 12 emittiert.
Die Messstrahlung wird von einem Kollimator 122 zu einem
Strahl kollimiert, der im vorgestellten Ausführungsbeispiel über die
Spiegel 123 und 133 koaxial in den dritten Strahlengang 13, und
mit diesem zusammen über
einen weiteren Spiegel 21 in den ersten Strahlengang 11 überführt wird.
Der auf das Auge 8 gerichtete kollimierte Beleuchtungsstrahl entspricht
einem im Wesentlichen parallelen Strahlenbündel mit planen Wellenfronten.
In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
weisen die optischen Achsen der drei Strahlengänge 11, 12 und 13 nach
dem Zusammenführen
durch den Spiegel 21 dieselbe Lage auf, d. h. die zusammengeführten Teile der
drei Strahlengänge
besitzen eine gemeinsame Symmetrieachse 14, die als optische
Achse der Optik 2 bezeichnet wird.
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Der
kollimierte Beleuchtungsstrahl 12 wird vom optischen System
des Auges zu einem Fleck auf dessen Retina fokussiert. Der von dem
Fleck reflektierte Anteil des Beleuchtungsstrahls weist eine in erster
Näherung
konische Form auf und wird durch das optische System des Auges 8 zu
einem Strahlenbündel
kollimiert, das im Idealfall ein paralleles Strahlenbündel mit
planen Wellenfronten darstellt. Aufgrund der häufigen Abweichungen vom Idealfall
wegen Fehlsichtigkeit bzw. Aberration weist das vom Auge 8 reflektierte
Messlicht üblicherweise
jedoch deformierte Wellenfronten auf, die mit dem Wellenfrontmesssystem 29 erfasst
werden. Das reflektierte Strahlenbündel wird dem Wellenfrontmesssystem 29 über den
dritten Strahlengang 13 zugeführt. Die reflektierte Messstrahlung
durchläuft
nach der Trennung des dritten Strahlengangs 13 vom zweiten Strahlengang 12 zwei
Linsen 132a und 132b, die jeweils ein oder mehrere
Linsenelemente umfassen können
und in der beschriebenen Ausführungsform, um
die Messstrahlung hinsichtlich Kollimation und Strahlquerschnitt
geeignet umzuformen, die Konfiguration eines Keppler-Teleskops aufweisen.
Neben den beiden Linsen 132a und 132b können in
dem von den anderen Strahlengängen
separierten Teil des dritten Strahlengangs noch weitere Linsen zur Formung
des vom Auge 8 reflektierten Messstrahls enthalten sein.
Die Linsen 132a und 132b können außer einem Keppler-Teleskop
auch eine andere Optik ausbilden, z. B. ein Galilei-Teleskop.
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In
der in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsform
ist der Wellenfrontsensor 131 ein Hartmann-Shack-Sensor, welcher
ein (nicht dargestelltes) Feld von Mikrolinsen aufweist, um auf
einem zweidimensional ortsauflösenden
Detektor ein Feld von Fokuspunkten zu erzeugen. Die von dem ortsauflösenden Sensor
erzeugten Ausgangssignale repräsentieren
die Intensitätsverteilung
der mit dem Detektor erfassten Strahlung. Die Ausgangssignale werden
der Steuerung 3 über
einen Übertragungskanal 34 z.
B. in Form von Datensignalen zugeleitet. Die Steuerung 3 verarbeitet
die Detektorsignale zur Bestimmung der jeweiligen Lage der Fokuspunkte
auf der Fläche
des Detektors und ermittelt daraus die Abweichung der Wellenfronten
des vom Auge 8 ausgehenden Messstrahlenbündels von
planen Wellenfronten. Hieraus wiederum kann auf eine gegebene Fehlsichtigkeit
bzw. Aberration des optischen Systems des Auges 8 geschlossen
werden.
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Die
Vermessung der optischen Eigenschaften eines Auges 8 wird üblicherweise
vom Bediener des Augenchirurgiesystems 1 initiiert. Um
die optischen Eigenschaften des Auges 8 zuverlässig aus der
Gestalt der Wellenfronten des vom Auge reflektierten Messstrahlenbündels ermitteln
zu können, muss der
Beleuchtungsstrahl genau zur optischen Achse des Auges 8 zentriert
sein. Mit anderen Worten muss der Beleuchtungsstrahl die Pupille
und damit die Iris des Auges 8 zentrisch durchsetzen. Bei dem
in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die drei
Strahlengänge 11, 12 und 13 unterhalb des
Spiegels 21 so zusammengeführt, dass sie in diesem Bereich
eine gemeinsame optische Achse, die optische Achse der Optik 2,
aufweisen. Eine entsprechende Anordnung ist nicht zwingend, ermöglicht jedoch
eine einfache Gestaltung einer optisch kontrollierten automatischen
Zentrierung des Beleuchtungsstrahls auf die optische Achse des Auges 8.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm mit den von der Steuerung 3 auszuführenden
wesentlichen Steuerungsschritten, um das Beleuchtungsstrahlenbündel zentral
durch die Pupille in das Auge 8 einzustrahlen.
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Nach
dem Veranlassen der Prozedur zur Vermessung der optischen Eigenschaften
des zu untersuchenden Auges 8 durch einen Benutzer des
Augenchirurgiesystems 1 in Schritt S0, beispielsweise durch
Eingabe einer entsprechenden Anweisung über die Benutzereingabe-/-ausgabevorrichtung 4, identifiziert
die Steuerung 3 in Schritt S1 die Abbildung der Iris des
Auges 8 in einem aktuell mittels der Kamera 25 erhaltenen
Bild. Die Identifizierung erfolgt mit einer in der Steuerung 3 ausgebildeten
Bildverarbeitungsvorrichtung anhand einer Mustererkennung. Die Bildverarbeitungsvorrichtung
ist vorzugsweise programmtechnisch ausgeführt.
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Im
nachfolgenden Schritt S2 bestimmt die Steuerung 3 das Zentrum
der Iris in der mit der Kamera 25 erhaltenen Abbildung
des Auges 8. Das Zentrum der Iris entspricht der Lage der
optischen Achse des Auges 8 an der Augenoberfläche bzw.
in der Objektebene 9 der Optik 2. Aus der Position
des Zentrums der Iris relativ zur Position der optischen Achse des
ersten Strahlengangs bestimmt die Steuerung 3 in Schritt
S3 nun die Signale, die an die elektromechanische Verschiebevorrichtung 5 übertragen werden
müssen,
um das Zentrum der Iris mit der optischen Achse des ersten Strahlengangs 5 in Übereinstimmung
zu bringen. Das Übertragen
der Steuersignale an die elektromechanische Verschiebevorrichtung
und damit das Verschieben der optischen Vorrichtung wird schließlich in
Schritt S4 bewirkt.
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Um
einer eventuellen Verletzung eines Bedieners vorzubeugen, der den
Vorgang durch die Okulare 28 beobachtet, können hierbei
mehrere Sicherheitsmechanismen integriert sein. Beispielsweise kann
die Verschiebung so langsam erfolgen, das kein Stoß auf die
Augen des Benutzers übertragen wird,
oder die Verfahrgeschwindigkeit kann zu Beginn sehr langsam sein
und sich dann steigern. Außerdem
kann der Beobachter durch akustische Signale oder über die
Anzeige 27 in den Okularstrahlengang eingespiegelte Hinweise
vor einem unmittelbar bevorstehenden Verschieben der Optik 2 gewarnt werden.
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Das
oben beschriebene Hinführen
der optischen Achse der Optik 2 in das Zentrum der Iris
kann in einem Zuge erfolgen. Um äußeren Einflüssen, wie beispielsweise
einem Einwirken des Bedieners auf die optische Vorrichtung 2 oder
einer ungenügenden Ruhigstellung
des Patienten Rechnung zu tragen, ist der Zentriervorgang zweckmäßigerweise
als Regelschleife ausgebildet. Bei einer wie in 2 veranschaulichten
Regelschleife wird in Schritt S5 geprüft, ob die optische Achse des
ersten Strahlengangs 11 zur Iris zentriert ist. Diese Abfrage
kann sowohl nach Abschluss des Zentriervorgangs erfolgen, als auch bereits
nach einem Teil des Verfahrvorgangs. Im ersteren Fall wird der Erfolg
des Zentriervorgangs überprüft und gegebenenfalls
Korrekturen vorgenommen, in letzterem Fall erfolgt ein geregeltes
Hinführen
der optischen Achse zum Zentrum der Iris.
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Nach
Abschluss des Zentriervorgangs wird in Schritt S6 zunächst geprüft, ob die
Wellenfrontmessung bereits aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, wird die
Wellenfrontmessung in Schritt S7 ausgelöst, d. h. von der Steuerung 3 initiiert.
Ergab sich in Schritt S6, dass die Wellenfrontmessung zum Zeitpunkt
der Abfrage bereits aktiv war, so wird ebenso wie nach der Initiierung
der Messung in Schritt S7 als nächstes
in Schritt S8 abgefragt, ob die Wellenfrontmessung bereits abgeschlossen
ist. Ist dies nicht der Fall, so wird die Messung fortgeführt, wobei,
um sicherzustellen, dass sich die optische Achse des ersten Strahlengangs
während
der Messung nicht aus dem Zentrum der Iris herausbewegt, der Zentriervorgang
gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
des Augenchirurgiesystems beginnend mit Schritt S1 erneut durchlaufen
werden kann. Stellt die Steuerung 3 in Schritt S8 dagegen
fest, dass die Wellenfrontmessung abgeschlossen ist, so wird das
Verfahren in Schritt S9 beendet.
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3 zeigt
die wesentlichen Schritte eines von der Steuerung 3 ausgeführten Verfahrens
zum Bestimmen des Zentrums der Iris. Nach dem Start des Verfahrens
in Schritt S20, der durch die Aufnahme von Schritt S2 des in 2 dargestellten
Verfahrens ausgelöst
wird, werden in Schritt S21 die Parameter einer Ellipse bestimmt,
die die Geometrie und Lage eines der Ränder der in Schritt S1 im Kameraabbild
des Auges identifizierten Iris wiedergibt. In einer weiteren Ausführungsform
wird jeder der beiden Irisränder,
d. h. der äußere wie
der innere Rand, durch die Parameter jeweils einer Ellipse beschrieben.
Die Ellipse bzw. Ellipsen können
zur optischen Kontrolle durch den Bediener des Augenchirurgiesystems 1 über die
Anzeigevorrichtung 27 in den Okularstrahlengang eingeblendet
werden.
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Im
Folgeschritt S22 wird der Schnittpunkt der Hauptachsen für die eine
oder, falls die Parameter für beide
Ellipsen bestimmt wurden, auch für
die der anderen Ellipse ermittelt. Im Idealfall stimmt die Lage des
Schnittpunkts der Hauptachsen für
die den äußeren Rand
der Iris wiedergebende Ellipse mit dem der Hauptachsen der Ellipse überein,
die den inneren Rand der Iris wiedergibt. Stimmen die Positionen
beider Schnittpunkte nicht überein,
so kann ein Mittelwert beider zur Bestimmung des Zentrums herangezogen
werden, wobei die einzelnen Schnittpunktspositionen mit bestimmten
Ellipsenparametern, wie z. B. deren linearer Exzentrizität gewichtet
werden können.
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Nach
der Bestimmung des Zentrums der Iris und somit der Lage der optischen
Achse des untersuchten Auges 8 in der Kameraabbildung des
Auges, ermittelt die Steuerung 3 in Schritt S23 den Abstand des
Pupillen- bzw. Iriszentrums von der Position der optischen Achse
des ersten Strahlengangs 11. Üblicherweise ist die Kamera
fest im Strahlengang fixiert, so dass die Lage der optischen Achse
des ersten Strahlengangs 11 in den mit der Kamera erhältlichen Abbildungen
bekannt und in einer der Steuerung 3 zugänglichen
Speichereinrichtung abgelegt ist. Alternativ kann die Position der
optischen Achse des ersten Strahlengangs 11, d. h. dessen
Zentrum, auch aus dem aktuell mit der Kamera erhaltenen Abbild abgeleitet
werden, beispielsweise aus Vignettierungserscheinungen oder über eingeblendete
Markierungen. Unter Berücksichtigung
des zur Aufnahme mit der Kamera verwendeten Vergrögerungsmaßstabs ermittelt
die Steuerung 3 den Abstand der optischen Achse des Auges
zur optischen Achse 11a des ersten Strahlengangs 11 direkt
aus der Displatzierung des Iriszentrums im Kamerabild. Nach der Bestimmung
des Abstands ist die Lage des Zentrums der Iris bekannt und das
Verfahren endet in Schritt S24, woraufhin das in 2 dargestellte
Verfahren mit Schritt S3 weitergeführt wird.
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Andere
vorteilhafte Ausführungsformen
eines wie oben beschriebenen automatischen, d. h. selbstzentrierenden
Augenchirurgiesystems 1, weisen einen Beleuchtungsstrahlengang 12 auf,
dessen optische Achse 12a beim Eintritt in das Auge 8 nicht mit
der optischen Achse 11a des ersten Strahlengangs 11 übereinstimmt.
Abweichend von dem zuvor unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 Erläuterten,
erfolgt in diesem Fall die Zentrierung so, dass nicht die Zentralachse
des ersten Strahlengangs 11 der Optik 2, sondern
die Zentralachse 12a des Beleuchtungsstrahlengangs 12 in
das Zentrum der Iris des untersuchten Auges 8 verfahren
wird. Bei einer optischen Vorrichtung 2 mit einer feststehenden geometrischen Anordnung
von erstem Strahlengang 11 und zweitem Strahlengang 12 ist
die Displatzierung beider Strahlengänge in der Objektebene 9 bekannt
und kann in den Schritten S2, S3 und S5 des oben beschriebenen Verfahrens
berücksichtigt
werden. Neben einem Versatz der beiden Strahlengänge können hierbei auch Winkelabweichungen
berücksichtigt
werden, so dass die Messstrahlung koaxial zur optischen Achse des
Auges 8 eingestrahlt werden kann, während die Beobachtung des Auges
weiter unter einem Winkel dazu möglich
ist. Die elektromechanische Verschiebevorrichtung 5 weist
hierzu vorzugsweise außer
den beiden linearen Freiheitsgraden der Verschiebung noch einen
weiteren Freiheitsgrad zur Verkippung der optischen Vorrichtung 2 auf.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Beobachtungsstrahlengang 12 mit
der elektromechanischen Verschiebevorrichtung 5 unabhängig vom
ersten Strahlengang verschoben und gegebenenfalls verkippt werden.
In diesem Fall weist die optische Vorrichtung geeignete Sensoren
zur Bestimmung der relativen Lage von erstem Strahlengang 11 zu
zweitem Strahlengang 12 auf, so dass aus der relativen
Lage des Iriszentrums zur optischen Achse 11a des ersten
Strahlengangs direkt die jeweils aktuelle Lage der optischen Achse
des zweiten Strahlengangs relativ zum Iriszentrum ermittelt und gegebenenfalls
nachgeführt
werden kann.