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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funduskamera zur fotografischen Beobachtung und/oder Dokumentation des Fundus eines Auges, bei der die Erzeugung fotographischer Aufnahmen vorzugsweise ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines Mydriatikums d. h. eines die Pupille erweiternden Medikaments erfolgt.
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Technologischer Hintergrund
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Mit einer Funduskamera, auch „Netzhautkamera” oder „Ophthalmoskop” genannt, werden fotografische Aufnahmen des Fundus (Augenhintergrund) angefertigt. Derartige Aufnahmen unterstützen die augenheilkundige Diagnostik. Sie dienen dazu, krankhafte Veränderungen der Netzhaut sichtbar zu machen und zu dokumentieren. Eine Funduskamera ist mit einer Beleuchtungsquelle, einer Beleuchtungsoptik sowie einer digitalen Kamera ausgestattet, die die Herstellung hochauflösender Aufnahmen ermöglicht, welche in einer digitalen Patientenakte gespeichert oder in ausgedruckter Form in der Patientenkarteikarte hinterlegt werden können.
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Aufgrund der Beleuchtung kommt es bei einer Funduskamera zu Artefakten aufgrund von Rückreflexionen der Beleuchtungsquelle an verschiedenen Stellen im Auge. Diese Rückreflexionen werden auch Purkinjereflexionen genannt.
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Die derzeit auf dem Markt befindlichen Funduskameras lassen sich je nach Methode der Artefaktunterdrückung in folgende verschiedene Gerätegruppen einteilen.
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Bei der ersten Gerätegruppe wird eine ringförmige Pupillenteilung verwendet. Während die Pupille durch einen äußeren Beleuchtungsring beleuchtet wird, erfolgt die Detektion des vom Fundus zurückgestreuten Lichts durch eine kreisförmige, vom Belichtungslicht freie Mittelzone der Augenpupille. Zur Abgrenzung des äußeren Beleuchtungsrings vom inneren Detektionsbereich der Augenpupille ist zwischen den beiden Bereichen eine schmale Übergangszone vorgesehen, in der weder beleuchtet noch detektiert wird. Diese Übergangszone ist zweckmäßig, da hierdurch eine vollständige Trennung von Beleuchtungs- und Detektionsstrahlen nicht nur in der Corneaebene sondern in der gesamten Augenvorderkammer, d. h. von der Frontseite der Cornea bis zur Rückseite der Augenlinse erreicht werden kann. Mit solchen Funduskameras lassen sich zwar aufgrund der Trennung von Beleuchtung und Detektion von Purkinjereflexionen freie Bilder vom Augenhintergrund aufzeichnen, allerdings ist durch die ringförmige Pupillenteilung der erreichbare Funduswinkel vom Durchmesser der Pupille abhängig. Bei einem non-mydriatischen Auge, d. h. bei einem Auge, das nicht mit einem pupillenerweiterten Medikament (Mydriatikum) vorher behandelt worden ist, ist das Detektionsfeld sehr begrenzt.
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Weiterhin gibt es Verfahren, bei denen polarisiertes Licht eingesetzt wird, um Rückreflexionen, vor allem solche Rückreflexionen, die innerhalb der Optik der Funduskamera entstehen, zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
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Ferner gibt es sogenannte Linien-Scanning-Verfahren, bei denen auf den Fundus eine leuchtende Linie produziert wird, die senkrecht zu ihrer Ausrichtung über den Fundus bewegt (gescannt) wird. Während dieses Vorgangs wird der Fundus auf eine digitale Kamera abgebildet, sodass ein komplettes Fundusbild belichtet wird.
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Nächstliegender Stand der Technik
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Eine Funduskamera gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus El-Bayadi, George: New Method of Slit-Lamp Micro-Ophthalmoscopy, In: Brit. J. Ophthal., Vol. 37, 1953, S. 625–628 bekannt. Bei dieser Funduskamera kommt ein schlitzförmiger Beleuchtungsstrahlengang zum Einsatz, der einen streifenförmigen Teil der Pupillenquerschnittsfläche beleuchtet, wohingegen der nicht beleuchtete Bereich der Pupillenquerschnittsfläche dem Beobachtungsstrahlengang dient. Mit einem relativ breiten, schlitzförmigen Beleuchtungsbereich kombiniert mit einer Aufweitung der Pupillen unter Zuhilfenahme eines Mydriatikums lässt sich bei dieser bekannten Funduskamera eine Beobachtung des Fundus ohne Reflexe durchführen.
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Aus Höher, B.; [et. Al.]: Non-mydriatic, 68° wide fundus imaging with low cost components, In: Abstract of the ARVO annual Meeting 2012, May 2012 ist es bekannt, die Bildfläche halbkreisförmig aufzuteilen in einen beleuchteten Halbkreis, der der Untersuchung dient, sowie einen unbeleuchteten Halbkreis, der zur Abschirmung der Reflexionen dient. Hierdurch kann eine gewisse Reduzierung der Reflexionen im zu beobachtenden Halbkreis erreicht werden. Nichtsdestotrotz bleibt ein Reflexionsanteil im zu untersuchenden Bereich, der die Bildqualität negativ beeinflusst.
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Aus der
WO 2012/059236 A1 ist bereits eine Funduskamera mit streifenförmiger Pupillenteilung sowie ein Verfahren zur Aufzeichnung artefaktfreier, hoch aufgelöster Fundusaufnahmen bekannt. Hierbei wird eine streifenförmige Pupillenteilung des zu untersuchenden Auges in Form eines senkrechten, die Beleuchtungszone kennzeichnenden Balkens sowie beidseitige, die Detektionszonen der Pupille darstellenden Kreissegmente vorgenommen. Darüber hinaus wird mittels einer verschiebbar ausgebildeten Spaltblende der Beleuchtungsquelle die Belichtung auf eine Spaltform begrenzt und scannend über den Augenhintergrund geführt.
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Das von der Netzhaut reflektierte Licht fällt als Abbild des Spaltes auf die betreffenden Sektoren eines ortsauflösenden Detektors und kann dort ausgelesen werden. Purkinjereflexionen werden bei dieser Methode mit aufgezeichnet. Um diese Reflexionen auf fertigen Aufnahmen zu vermeiden, wird von jedem aufgenommenen Hellbild ein zweites Bild (Dunkelbild) aufgenommen und zur Beseitigung der störenden Reflexionen vom Hellbild abgezogen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur fotografischen Beobachtung, Dokumentation und/oder Diagnose der eingangsbeschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mittels dem einerseits ohne Verabreichung eines Mydriatikums ein sehr großer Bereich der Netzhaut ohne störende Reflexe aufgenommen werden kann, andererseits der Einsatz einer besonders kostengünstigen Variante einer Funduskamera ermöglicht wird..
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Lösung der Aufgabe
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Die vorstehende Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Funduskamera durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Die erfindungsgemäße Funduskamera nach Anspruch 1 ermöglicht die Aufnahme von streifenförmigen Bereichen der Netzhaut, verbunden mit der Möglichkeit einer sehr einfachen und daher kostengünstigen apparativen Konzeption. Die Erfindung eröffnet ferner die Möglichkeit, entlang der Längsachse des Streifens einen sehr großen Bereich der Netzhaut aufzunehmen. Durch die Möglichkeit des Verzichts auf die Verabreichung eines Mydriatikums wird ein erhöhter Patientenkomfort geschaffen. Der Beleuchtungsstrahlengang und/oder der Detektionsstrahlengang während einer Aufnahme relativ zum Gesamtaufbau der Funduskamera ist ortsfest, d. h. keiner veränderbaren Translationsbewegung relativ zueinander und relativ zum Auge ausgesetzt. Aufwendige kostenintensive mechanische Komponenten können damit entfallen.
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Dadurch, dass der detektierbare Beobachtungsbereich sowie nicht detektierbare Beleuchtungsbereich halbkreisförmig oder kreisabschnittförmige Form besitzen, kann insbesondere in Verbindung mit einer annähernd punktförmigen oder zumindest flächenmäßig begrenzten Beleuchtungsquelle mit einer hohen Strahlleistung pro Fläche die dritte und vierte Purkinjereflexion vorteilhaft in ungenutzte Bereiche abgebildet werden.
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Sofern die Aperturebene A1 von der Pupille nach hinten ins Auge hinein verlegt wird, vorzugsweise in eine Ebene an der Vorderseite der Linse des Auges oder zumindest in eine Ebene im Bereich der Linse des Auges, wird die vordere Linsenoberfläche von einem konvergenten Strahlenbündel durchsetzt und die hintere Linsenfläche von einem divergenten Strahlenbündel. Durch die entgegengesetzte Krümmung der Oberflächen der Linse des Auges kommt es bei der Reflexion der Beleuchtungsstrahlen jeweils zu einer Parallelisierung der reflektierten Strahlenbündel. Damit wird die Aperturebene A1 nach unendlich abgebildet, so dass sie genauso wie auch das Fundusbild die Fokuslage „unendlich” aufweist. Dies führt zu einer zumindest im Wesentlichen scharfen Abbildung der Aperturebene A1 und damit auch der Lichtquelle auf dem lichtempfindlichen elektronischen Bauelement der digitalen Kamera. Hierdurch werden die dritte sowie vierte Purkinjereflexion auf besonders kleine Flächenbereiche im Fundusbild reduziert und können daher in den Randbereichen der streifenförmigen Dreiteilung der Bildfläche untergebracht werden.
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Der streifenförmig beleuchtete Bereich der Bildfläche entspricht bei der erfindungsgemäßen Funduskamera einem Bildwinkel in Querrichtung zum Streifen von maximal 5° bis 30°, vorzugsweise von 18° bis 24°, besonders vorzugsweise von 20° bis 22°.
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Ebenso entspricht der streifenförmig beleuchtete Bereich der Bildfläche einem Bildwinkel in Längsrichtung zum Streifen von 40° bis 90°, vorzugsweise 64° bis 72°, besonders vorzugsweise 66° bis 70° auf. Das Verfahren ermöglicht demzufolge, einen sehr großen Bereich der Netzhaut abzubilden.
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Dadurch, dass mittels des Patientenführungsmodul die im Beleuchtungsstrahlengang sowie Detektionsstrahlengang zu untersuchende Fläche des Fundus durch Veränderung der Blickrichtung des Auges des Patienten relativ zur Ausrichtung des Beleuchtungsstrahlengangs und/oder Detektionsstrahlengangs variiert wird, können auf diese Weise bei einem ortsfesten Beleuchtungsstrahlengang und/oder Detektionsstrahlengang dennoch Bereiche des Fundus, die über den beleuchteten Streifen hinausgehen, abgebildet werden und vorzugsweise zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden. Hierdurch kann der zu untersuchende Bereich des Fundus erheblich vergrößert werden. Ebenso ist es möglich, den Bildwinkel des beleuchteten Bereichs der Bildfläche in Querrichtung zum Streifen zu reduzieren, beispielsweise auf weniger als 20°, vorzugsweise auf weniger als 18°, besonders vorzugsweise auf weniger als 16°, um Streueinflüsse der Lichtquelle weiter zu reduzieren.
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Die „Führung” des menschlichen Auges erfolgt zweckmäßigerweise unter Erzeugung einer Fixationsmarke, die in ihrer Position verändert werden kann und auf dem Fundus abgebildet wird und deshalb gesehen wird.
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Optional kann die Fixationsmarke von der Kamera aufgenommen und dokumentiert werden.
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Zweckmäßigerweise wird für jedes Auge getrennt eine Fixationsmarke erzeugt und zur Patientenführung verwendet. Im Gegensatz zu monokularen Verfahren wird hierbei die häufig zu beobachtende „Instrumentenakkommodation”, also eine Störung der automatischen Entfernungsregelung im Gehirn, vermieden. Zudem ermöglicht diese Methode eine einzellfallbezogene Variation der Akkommodation und/oder der Konvergenz. Ohne Einsatz von beweglichen Teilen kann bei der erfindungsgemäßen Funduskamera vorzugweise sowohl eine Variation der Akkommodation, durch veränderbare Fokussierung sowie der Konvergenz durch vertikale Bewegung der Fixationsmarke erzielt werden.
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Die erfindungsgemäße Funduskameraermöglicht es, ein Gesamtbild bezogen auf die Querrichtung zum Verlauf der streifenförmigen Aufteilung mit einem Bildwinkel von mindestens 45°, vorzugsweise mindestens 60°, besonders vorzugsweise mindestens 65° des Fundus abzudecken, d. h. abzubilden.
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Dadurch, dass die dritten sowie die vierten Purkinjereflexionen R3 sowie R4 im Fundus scharf abgebildet werden, können diese als optische Bezugsposition zur Ermittlung der relativen Position der Detektionsoptik in Bezug auf die Blickrichtung des Auges herangezogen werden.
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Die erfindungsgemäße Funduskamera umfasst zweckmäßigerweise ein Okular mit einer Feldblende, wodurch das Bildfeld weitwinkelig begrenzt werden kann. Hierbei ist vorteilhaft, ein kommerzielles Okular z. B. aus dem Bereich der Amateurastronomie oder Mikroskopie zu verwenden, welches den Vorteil einer optimal an das Auge angepassten Optik sowie geringer Kosten aufgrund der Massenmarktverfügbarkeit mit sich bringt.
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Die schräge Ausrichtung des Displays zur Bildebene B5 ermöglicht ohne Einsatz von beweglichen Teilen (solid state device) eine Veränderung der Fokussierung, indem die auf dem Display angegebenen Fixationsmarke (Pixel) horizontal bewegt wird, wodurch sich der Abstand der Fixationsmarke auf dem Display zur Projektionslinse des Displays verändert. Diese variable Fokussierungsmöglichkeit ermöglicht eine Anpassung der Akkommodation des Patienten unter Berücksichtigung eventueller Fehlsichtigkeiten.
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Der Einsatz der Farben Infrarot, Grün und Ultraviolett (IRGUV) zur Beleuchtung des Fundus bietet den Vorteil, dass auch bei Verwendung einer Schwarzweiß-Digitalkamera Farbbilder gewonnen werden können. Dadurch, dass eine Schwarzweiß-Digitalkamera gegenüber einer Farbdigitalkamera eine höhere Lichtsensitivität aufweist, kann bei Einsatz einer Schwarzweiß-Digitalkamera die Intensität der Beleuchtung und daraus resultierend die Patientenbelastung reduziert werden. Zur Erzeugung von Farbbildern werden sequenziell Schwarzweiß-Bilder aufgenommen und jeweils mit unterschiedlichen Farben, Infrarot, Grün bzw. Ultraviolett beleuchtet. Die drei hierdurch erzeugten Bilder werden den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau zugeordnet und durch additive Farbmischung am Computer ein Farbbild rekonstruiert. Diese Methode bedingt eine geringere Belastung des Patienten aufgrund der reduzierten Lichteinwirkung sowie durch eine Reduzierung bzw. Vermeidung störender Nachbilder. Durch die geringere Beleuchtungsintensität wird ferner eine Reduzierung es Einflusses des Pupillenschließreflexes erreicht, wodurch bedingt durch eine größere Pupille bessere Bilder erzielt werden können. Daneben ist ein Infrarot-Vorschau-Modus zur Ausrichtung und Zentrierung der Funduskamera in einfacher Weise möglich.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Graustufenbilder des Fundus sequentiell aufgenommen werden, wobei jeweils nur eine Einzel-LED der Lichtquelle aktiv ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass je Emissionswellenlänge der Lichtquelle ein oder mehrere Dunkelreferenzbilder aufgenommen werden, indem das Auge durch einen Lichtabsorber ersetzt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass je Emissionswellenlänge der Lichtquelle ein oder mehrere Hellreferenzbilder aufgenommen werden, wobei das Auge durch einen diffusen Reflektor ersetzt ist, welcher als Weißreferenz dient.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Artefakte in den Fundusbildern und Bildrauschen zumindest teilweise entfernt werden, indem von den Fundusbildern jeweils ein Dunkelreferenzbild oder die Mittelung mehrerer Dunkelreferenzbilder jeweils subtrahiert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Farbabgleich und eine Reduktion des Bildrauschens durch eine pixelweise Division eines Fundusbildes durch ein Hellreferenzbild oder durch die Mittelung mehrerer Hellreferenzbilder erreicht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Graustufenbilder des Fundus, welche jeweils bei unterschiedlichen Emissionswellenlängen der Lichtquelle aufgenommen wurden, zu einem Farbbild, Falschfarbenbild oder Multispektralbild kombiniert werden, wobei vorzugsweise eine relative Verschiebung und/oder Rotation und/oder Skalierung der Graustufenbilder vorher vorgenommen wird, so dass im kombinierten Bild die abgebildeten Strukturen des Fundus zur Deckung gebracht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Graustufenbilder, Farbbilder, Falschfarbenbilder oder Multispektralbilder verrechnet werden, so dass die Auflösung erhöht und/oder der Rauschanteil verringert und/oder der sichtbare Bereich der Fundus vergrößert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus mehreren Fundusbildern, welche nach einem oder mehreren der oben genannten Verfahren erzeugt wurden, eine Videosequenz erzeugt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Untersuchung auch mit Untersuchungsverfahren (z. B. Fluoreszenzangiographie), vorzugsweise zeitgleich, kombiniert werden kann.
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Das Patientenführungsmodul ermöglicht eine Führung des Auges des Patienten bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Veränderung der Akkommodation und Ausgleich von Fehlsichtigkeiten durch Fokussierung ohne bewegliche Teile in der apparativen Konzeption.
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Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
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In den Zeichnungsfiguren werden beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung im Detail näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines ersten Beispiels einer en Funduskamera;
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2 eine Darstellung der streifenförmigen Aufteilung der Bildfläche in beleuchtete sowie unbeleuchtete Bereiche bei der Funduskamera nach 1;
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3 eine Aufteilung der Apertur (Pupille) bei der Funduskamera nach 1;
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4 eine fotografische Aufnahme der Bildfläche gemäß 2;
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5 eine stark vereinfachte Darstellung einer mit der erfindungsgemäßen Funduskamera erstellten fotographischen Aufnahme eines vergrößerten Bereichs der Netzhaut;
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6 eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungemäßen Patientenführungsmoduls für den Einsatz bei einer Funduskamera mit Ermöglichung einer variablen Fokussierung.
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7 ein Beispiel einer Funduskamera mit binokularer Patientenführung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Die Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet die erfindungsgemäße Funduskamera in ihrer Gesamtheit. Die Funduskamera 1 dient dazu, den Augenhintergrund eines Auges 2 zu untersuchen und fotografische Aufnahmen davon anzufertigen.
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Bei der Beleuchtung des Fundus des Auges 2 treten aufnahmebedingte Bildstörungen (Artefakte) im Fundusbild auf, welche durch die Rückreflexion der Beleuchtungsquelle entstehen. Diese Artefakte werden auch als „erste bis vierte Purkinjereflexionen” bezeichnet. Die Entstehungsorte dieser Purkinjereflexionen R1–R4 sind mit F1–F4 in 1 gekennzeichnet. Sie treten an unterschiedlichen Stellen im Auge auf. Die erste Purkinjereflexion R1 tritt an der Vorderseite der Cornea 5 (Hornhaut) auf und ist mit Abstand am stärksten. Die zweite Purkinjereflexion R2 tritt an der Rückseite der Cornea 5 auf. Die dritten und vierten Purkinjereflexionen R3 sowie R4 treten an der Vorderseite bzw. Rückseite der Linse 4 des Auges 2 auf.
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Die Funduskamera 1 umfasst ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer annähernd punktförmigen Lichtquelle 11, vorzugsweise in Form eines LED-Moduls. Das LED-Modul umfasst drei Emitter, mit den Farben Infrarot, Grün und Ultraviolett. Der Einsatz der Farben Infrarot, Grün und Ultraviolett ermöglicht die Verwendung einer Schwarzweiß-Kamera, welche im Vergleich zu einer Farbkamera eine höhere Lichtsensitivität aufweist, wodurch die Intensität der Beleuchtung und damit die Patientenbelastung reduziert werden kann. Das Ein- und Ausschalten der einzelnen LED-Emitter wird durch einen Mikrocontroller 29 und einen Computer 31 gesteuert (vgl. auch 7).
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Die Kollimatoren 12 und 15 bilden die annähernd punktförmige Lichtquelle 11 auf den Spiegel 9 ab. Ein Polarisationsfilter 13 dient zusammen mit einem weiteren, vor der digitalen Kamera 16 positionierten Polarisationsfilter 19 dazu, Reflexionen in einem Okular 6 und im Auge 2 abzuschwächen. Ferner ist eine Spaltblende 14 vorgesehen, mittels welcher ein streifenförmiger Beleuchtungsbereich erzeugt und auf dem Fundus 3 abgebildet wird (vgl. Bereich 2 in 2).
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Als Einrichtung zur Erzeugung digitaler, fotografischer Aufnahmen des Fundus 3 wird eine digitale Kamera 16, vorzugsweise eine digitale Schwarzweiß-Kamera verwendet. Die digitale Kamera 16 hat beispielsweise eine Auflösung von zwei Megapixeln. Die digitale Kamera 16 umfasst ein lichtempfindliches elektronisches Bauelement 17 zur Erfassung zweidimensionaler elektronischer Bilder. Des Weiteren umfasst die digitale Kamera 16 ein Objektiv 18. In die digitale Kamera 16 kann eine Autofokuseinheit zum Ausgleich von sphärischen Fehlsichtigkeiten integriert sein. Die Funduskamera 1 umfasst des Weiteren das Okular 6, dessen Anpassung an den Aufbau der Funduskamera 1 durch eine Feldlinse 7 vorgenommen ist. Mit 20 ist ein Patientenführungsmodul gekennzeichnet. Dieses dient dazu, eine geführte Änderung der Blickrichtung des Patienten mittels einer vom Patientenführungsmodul 20 erzeugten Fixationsmarke zu veranlassen. Hierdurch wird erreicht, dass ausgewählte Bereiche des Fundus abgebildet, d. h. detektiert werden können. Teilaufnahmen können so zu einer umfassenden Gesamtdarstellung des Augenhintergrunds zusammengeführt werden.
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Die Bezugsziffer 22 bezeichnet ein Display, vorzugsweise ein sogenanntes OLED-Display, zur Erzeugung der elektronischen Fixationsmarke. Die dem Display 22 vorgeschaltete Display-Projektionsoptik 21 bildet das Display 22 mit der darauf erzeugten Fixationsmarke auf der Zwischenbildebene B2 im Okular 6 ab. Der Strahlteiler 8 dient dazu, das Patientenführungsmodul 20 in den Aufbau zu integrieren.
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Im optischen Aufbau der Funduskamera 1 gibt es die Bildebenen B1 bis B5, welche durch Linsen ineinander abgebildet werden. Die Bildebene B1 liegt auf dem Fundus 3 des Patienten. Der Patient „sieht” dieses Bild. Die Bildebene B2 stellt ein Zwischenbild im Inneren des Okulars 6 dar, dessen Bildabschnitt durch die Feldblende in horizontaler Richtung begrenzt wird im Beispiel der 2 auf einen kreisförmigen Bildausschnitt entsprechend einem Sehwinkel von 68°. Die Bildebene B3 stellt das Bild dar, welches auf dem lichtempfindlichen elektrischen Bauelement 17 der digitalen Kamera 16 liegt. Dieses Bild der Bildebene B3 „sieht” die Kamera. Die Bildebene B4 bildet den homogen durchleuchteten Spalt der Spaltblende 14 ab. Die Bildebene B5 ist die Bildebene des Displays 22, in dem die Fixationsmarke erzeugt wird.
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Befindet sich ein Objekt in einer der Bildebenen B1 bis B5, so wird es in allen anderen Bildebenen abgebildet. Von der Bildebene B1 zur Bildebene B3 wird der Fundus auf dem lichtempfindlichen, elektronischen Bauelement 17 der digitalen Kamera 16 abgebildet. Von der Bildebene B4 zur Bildebene B1 wird der homogen durchleuchtete Spalt der Spaltblende 14 auf dem Fundus 3 bei gleichmäßiger Beleuchtung derselben abgebildet. Von der Bildebene B5 auf die Bildebene B1 wird über die Display-Projektionsoptik 21 sowie den Strahlteiler 8 eine vom Display 22 angezeigte Fixationsmarke auf dem Fundus 3 abgebildet.
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2 zeigt ein Beispiel der streifenförmigen Aufteilung der Bildfläche 23 in der Bildebene B1. In der Mitte der Bildfläche 23 befindet sich der beleuchtete Streifen 24 als Abbildung der Spaltblende 14 des Beleuchtungsmoduls 10. An der Ober- und Unterseite des beleuchteten Streifens 24 befindet sich ein unbeleuchteter Bereich 28a bzw. 28b. Der beleuchtete Streifen 24 entspricht in dem gezeigten Beispiel somit einem Bildwinkel in horizontaler Richtung von ca. 68° sowie einem Bildwinkel in vertikaler Richtung von z. B. 30°. Durch die streifenförmige Festlegung des Bildfeldes 23 können die Artefakte, welche durch die Purkinjereflexionen R3 und R4 verursacht werden in den unbeleuchteten Bereich 28a bzw. 28b verlagert werden. Hierdurch wird vermieden, dass die Purkinjereflexionen R3 und R4 den beleuchteten Bereich des Fundus beeinträchtigen. Die Bildfläche 23 wird durch den vollen kreisförmigen Bereich innerhalb der Feldblende des Okulars 6 festgelegt. Der beleuchtete Streifen 24 kann beispielsweise in der Funduskamera 1 hinsichtlich seiner Hauptrichtung feststehend sein, d. h. er unterliegt keiner Translationsbewegung. Zweckmäßigerweise kann aber eine Spaltbreitenveränderung an der Spaltblende 14 vorgesehen sein. Wie aus der fotografischen Darstellung gemäß 4 hervorgeht, befinden sich die Artefakte der dritten und vierten Purkinjereflexion R3 sowie R4 in dem Bereich 28a sowie 28b. Der beleuchtete Streifen 24 ist hingegen somit frei von Reflexionen der annähernd punktförmigen Lichtquelle an der Augenlinse. Verbleibende Reflexionen R5 und R6 haben ihren Ursprung im Okular 6.
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Eine weitere Gruppe von Ebenen, welche in dem Aufbau ineinander abgebildet werden, sind die Aperturebenen A1 bis A3. Bei der Aperturebene A1 handelt es sich um die Pupille des Auges. In der Aperturebene A2 wird die Trennung der Strahlengänge der Beobachtung und Beleuchtung durch den Spiegel 9 vorgenommen. Die Aperturebene A3 ist die Ebene der Lichtquelle 11 mit dem LED-Modul. Die Gestaltung der Aperturebenen A1 bis A3 ermöglicht in erster Linie das Ausblenden der Artefakte der ersten und zweiten Purkinjereflexion R1 bzw. R2, d. h. die Purkinjereflexionen R1 bzw. R2 werden ausgelöscht noch bevor sie auf dem Bildsensor 17 abgebildet werden.
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Der Spiegel 9 nimmt eine Trennung der Strahlengänge der Beobachtung und Beleuchtung vor, wie dies in 3 wiedergegeben ist. Bezugsziffer 25 in 3 kennzeichnet die Pupille, also die natürliche Öffnung, durch die Licht in das Innere des Auges 2 fallen kann. Der Spiegel 9 unterteilt die Fläche der Pupille 25 in einen kreissegmentförmigen Beobachtungsbereich 26 sowie einen kreissegmentförmigen Beleuchtungsbereich 27. Im Beleuchtungsbereich 27 liegt das Abbild der annähernd punktförmigen Lichtquelle 11. In der 3 sind die beiden Bereiche 26 und 27 zum Beispiel halbkreisförmig ausgebildet. Ebenso gut können diese beiden Bereiche auch kreisabschnittförmig ausgebildet sein. Die Aperturteilung der Pupille 25 gemäß 3 ist vorzugsweise konstant. Der diesbezügliche aparative Aufbau ist ortsfest. Lediglich die Linse des Objektivs 18 der digitalen Kamera 16 kann zur Scharfstellung verschoben werden. Daraus resultiert ein besonders einfacher, kostengünstiger Aufbau der Funduskamera 1.
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Mittels der Aperturteilung gemäß 3 werden die erste sowie zweite Purkinjereflexion R1 sowie R2 beseitigt. Die Aperturebene A1 liegt auf der Oberfläche der Linse 4 im Bereich der dritten Purkinjereflexion R3, sodass sich eine scharfe Abbildung der Purkinjereflexionen R3 sowie R4 und damit eine Eingrenzung der hierdurch beeinträchtigten Bildfläche ergibt, wie dies aus 4 ersichtlich ist. Durch die Ausrichtung des Aufbaus derart, dass die dritten und vierten Purkinjereflexionen R3 und R4 in die ungenutzten Bereiche 28a sowie 28b gemäß 2 abgebildet werden, lassen sich die vorgenannten Reflexionen nahezu vollständig aus dem Bild beseitigen. Da eine annähernd punktförmige Lichtquelle 11 verwendet wird und die aus der Verwendung der annähernd punktförmigen Lichtquelle entstehenden Purkinjereflexionen R3 und R4 in den Bereichen 28a sowie 28b vergleichsweise scharf abgebildet vorliegen, kann zudem durch die Auswertung der Position der Purkinjereflexion R3 sowie R4 im Bild zusätzlich auf die relative Position der Funduskamera zum Auge geschlossen werden. Daraus resultiert die Möglichkeit einer, insbesondere automatischen, Zentrierung der Funduskamera 1 auf das Auge 2.
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Die erfindungsgemäße Funduskamera 1 ermöglicht es, den Flächenbereich des zu untersuchenden Fundus 3 dadurch erheblich zu vergrößern, dass das Auge 2 bei dem vorbeschriebenen ortsfesten, d. h. statischen Aufbau des Beleuchtungsstrahlengangs sowie des Detektionsstrahlengangs geführt bewegt wird, wodurch sich der Bereich des Fundus 3 des Patienten unter dem beleuchteten Streifen 24 der Bildfläche 23 verschiebt und sich die dortige Fläche in der Bildfläche 23 verändert. Hierdurch ist es möglich, vertikale Bereiche des Fundus 3 von weit mehr als 30° aufzuzeichnen. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln die Möglichkeit geschaffen, umfangreiche Flächenbereiche des Fundus 3 einer Untersuchung zuzuführen, wobei auf die Verabreichung von pupillenerweiterten Mitteln (Mydriatikum) verzichtet werden kann, wodurch sich ein erhöhter Patientenkomfort einstellt und keine aufwändigen, mit einer Verstellmechanik versehenen Aufbauten verwendet werden müssen.
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Das für eine solche Patentenführung vorgesehene Patientenführungsmodul 20 (vgl. 1) ermöglicht die Erzeugung einer Fixationsmarke (Leuchtmaske) auf den Fundus 3 in der Bildebene B1. Durch Veränderung der Fixationsmarke wird der Patient veranlasst, die Augenstellung im Vergleich zur digitalen Kamera 16 entsprechend der Positionsänderung der Fixationsmarke zu verändern, beispielsweise indem er vertikal nach oben oder nach unten der Fixationsmarke folgt und sich dadurch der zu untersuchende Bereich des Fundus 3 unter dem beleuchten Streifen 24 verändert. In Kombination mit einer Ansteuerung der Patientenführung kann die Blickrichtung des Patienten so gesteuert werden, dass unterschiedliche Bereiche der Netzhaut abgebildet werden und diese durch Kombination zu einem größeren Gesamtbild zusammengefügt (Stitching) werden. Hierdurch kann auch in vertikaler Richtung ein Bereich von 68° und mehr erreicht werden. Aus der 5 ist in stark vereinfachter schematischer Darstellungsweise eine entsprechende mittels Patientenführung erstellte Aufnahme 33 in einem erweiterten Winkelbereich des Fundus 3 skizziert. Die Aufnahme 33 ist aus drei Einzelaufnahmen 33a–33c aufgebaut, die zu der Aufnahme 33 zusammengesetzt wurden. Auf der Aufnahme ersichtliche Blutgefäße sind mit 34 gekennzeichnet.
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Die 6 zeigt das Prinzip des Patientenführungsmoduls 20 zur Ermöglichung einer Fokussierung, d. h. Anpassung der Akkommodation des Patienten ohne bewegbare Teile. Dies wird erreicht durch eine Schrägstellung des Displays 22 relativ zur Bildebene B5. Die Variation der Fixationsrichtung wird durch eine vertikale Bewegung, d. h. eine Bewegung senkrecht zur Zeichenebene der 6 des als Fixationsmarke dienenden Lichtpunkts bzw. Pixels erreicht. Die Variation der Akkommodation und der Ausgleich von sphärischen Fehlsichtigkeiten erfolgt demgegenüber durch eine horizontale Bewegung, d. h. durch eine Bewegung parallel zur Zeichenebene der 6. Durch die Schräglage des Displays 22 gegenüber der Bildebene B5 verändert sich bei horizontaler Bewegung des Bildpunkts (Verschiebung des Bildpunkts parallel zur Zeichenebene von 6) der Abstand zur Display-Projektionsoptik 21. Ein entsprechend in 6 dargestelltes Patientenführungsmodul 20 ist vorzugsweise für jedes Auge vorgesehen, um die Akkommodation variieren und eventuelle Fehlsichtigkeiten ausgleichen zu können.
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Die in 7 dargestellte Ausgestaltung einer Funduskamera 1 mit binokularer Patientenführung umfasst ein Patientenführungsmodul 20 der beschriebenen Art für jedes Auge 2 sowie einen Mikrocontroller 29, welcher die Bewegung der Fixationsmarken in dem dem jeweiligen Auge 2 zugehörigen Patientenführungsmodul 20 steuert. Ein Detektionsstrahlengang zwischen dem Auge 2 und der digitalen Kamera 16 ist lediglich bei einem Auge 2 vorgesehen. Die digitale Kamera steht über eine geeignete Datenleitung 32, zum Beispiel über eine Ethernet-Schnittstelle mit einem Computer 31 in Verbindung. Durch eine Positioniereinheit 30 kann die Funduskamera 1 optimal auf die Augen ausgerichtet werden. Vorzugsweise ist die Positioniereinheit motorisiert und durch den Mikrocontroller 29 und den Computer 31 automatisch oder manuell steuerbar. Als Grundlage für eine automatische Steuerung kann die Position der Artefakte der Purkinjereflexionen R3 bzw. R4 im Bildfeld 23 dienen.
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Der gesamte Aufbau der Funduskamera in 7 kann um eine zwischen den beiden Augen verlaufende (nicht dargestellte) Achse um 180° geschwenkt werden, sodass statt des einen Auges auch das andere Auge untersucht werden kann.
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Bei einäugigen Patienten kommt nur der abbildende Teil der Anordnung zum Einsatz.
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Der Mikrocontroller 29 empfängt zudem Steuerkommandos vom Computer 31, um die LEDs der Lichtquelle 11 in der richtigen Reihenfolge ein- und auszuschalten. Gleichzeitig wird vom Computer 31 die digitale Kamera 16 ausgelöst, sodass Beleuchtung und Belichtung synchron ablaufen. Die digitale Kamera 16 verfügt über Ein- und Ausgänge um eine Kommunikation und die Übermittlung von Steuerbefehlen vom Computer 31 zum Mikrocontroller 29 zu ermöglichen sowie Beleuchtung und Belichtung zu synchronisieren. Alternativ kann der Computer auch direkt mit dem Mikrocontroller 29 verbunden sein. In die digitale Kamera 16 kann eine Autofokuseinheit integriert sein, um sphärische Fehlsichtigkeiten ausgleichen zu können.
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Mit Hilfe der Software auf dem Computer werden sequentiell gewonnene Grauwertbilder zu einem einzigen Farbbild kombiniert. Hierbei ist es erforderlich, einen eventuell vorhandenen Versatz der Bilder zu erkennen (Registrierung), diesen entsprechend auszugleichen und dann die Bilder zu einem Farbbild zu kombinieren. Der Computer ist mit einem Nutzerinterface ausgestattet, welches die Bedienung und Steuerung der Funduskamera sowie die Anzeige der Fundusaufnahmen ermöglicht.
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Unter fotografischer Beobachtung und/oder Dokumentation im Sinne dieser Erfindung fallen sowohl statische fotografische Aufnahmen als auch Film- bzw. Videoaufnahmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Funduskamera
- 2
- Auge
- 3
- Fundus (Augenhintergrund)
- 4
- Linse
- 5
- Cornea (Hornhaut)
- 6
- Okular
- 7
- Feldlinse
- 8
- Strahlteiler
- 9
- Spiegel
- 10
- Beleuchtungsmodul
- 11
- Lichtquelle
- 12
- Kollimator
- 13
- Polarisationsfilter
- 14
- Spaltblende
- 15
- Kollimator
- 16
- Digitale Kamera
- 17
- Bildsensor
- 18
- Objektiv
- 19
- Polarisationsfilter
- 20
- Patientenführungsmodul
- 21
- Display-Projektionsoptik
- 22
- Display
- 23
- Bildfläche
- 24
- beleuchteter Streifen
- 25
- Pupille
- 26
- Beobachtungsbereich
- 27
- Beleuchtungsbereich
- 28
- unbeleuchteter Bereich
- 29
- Microcontroller
- 30
- Positioniereinheit
- 31
- Computer
- 32
- Datenleitung
- 33
- Aufnahme
- 34
- Blutgefäß
- A1–A3
- Aperturebenen
- B1–B5
- Bildebenen
- F1–F4
- Entstehungsorte der ersten bis vierten Purkinjereflexionen
- R1–R4
- Erste bis vierte Purkinjerelexion
- R5–R6
- Reflexionen des Okulars
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- El-Bayadi, George: New Method of Slit-Lamp Micro-Ophthalmoscopy, In: Brit. J. Ophthal., Vol. 37, 1953, S. 625–628 [0008]
- Höher, B.; [et. Al.]: Non-mydriatic, 68° wide fundus imaging with low cost components, In: Abstract of the ARVO annual Meeting 2012, May 2012 [0009]
