DE19926274A1 - Verfahren und Vorrichtung zur simultanen Bestimmung von Oberflächentopometrie und der Einfluß der weiteren brechenden Medien des Auges mit Hilfe der modifizierten Placidoring-Videotopographie und einer Strahlprofilanalyse - Google Patents

Abstract

Aus der Verknüpfung beider Verfahren ergibt sich eine neue diagnostisch und therapeutische Erfindungshöhe, die bislang in der diagnostischen und therapeutisch orientierten Ophthalmo-Chirurgie unerreicht ist.

Description

1. Stand der Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächentopometrie eines spiegelnden Körpers, vorzugsweise der menschlichen Hornhaut und die gleichzeitige Gewinnung refraktiven Daten aus der gesamten Tiefe des Auges, mit seinen tiefer liegende brechende Strukturen wie Hornhautrückfläche, Linsenvorderfläche und Linsenrückfläche sowie der Auftreffpunkt der eingehenden Lichtstrahlen (Netzhaut).

Ein Verfahren zur Bestimmung der Krümmungseigenschaffen der Hornhaut durch punktweises Vermessen (Videokeratometrie oder Videotopographie) ist bekannt und unter anderen von den Anmeldern patentiert.

Die Videokeratometrie, typischerweise ermittelt durch Projizieren eines konzentrischen Ringmusters nach dem Placido-Prinzip und Rückspiegelung oder Spiegelung desselben am Tränenfilm der Hornhaut, wird dabei durch eine Kamera aufgenommen. Aus der Lage und relativen Beziehung der ringmusterbildenden Projektionspunkte wird auf die Hornhauttopographie der Oberfläche rückgeschlossen.

Verfahren dieser Art bedürfen zur Aufnahme des gespiegelten Placidosystems einer konzentrisch und koaxial angebrachten Videokamera im Projektionskopf. Deren Vorhandensein es verhindert, daß ein ca. 0,5 mm großer zentraler Hornhautbereich durch diese Messung mit erfasst wird. Andererseits wird die zentrale optische Zone der Hornhaut, welche den größten Anteil am Brechungssystem Auge hat, gerade durch den zentralen Hornhautanteil, - typischerweise der Durchtrittspunkt der visuellen Achse -, charakterisiert. Eine besondere Gewichtung erhält diese zentrale, ring- oder signaturfreie Zone durch den Stiles-Crowford- Effekt, der die zentrale Hornhaut gegenüber der Peripherie übergewichtet.

Eine weiteres typisches Element der konventionellen Videotopographie, welche erhebliche Einschränkungen über die Weiterentwicklung der Refraktions- und Implantationschirurgie beinhaltet, ist das Fehlen von Informationen von der Hornhautrückfläche, sowie von den tieferen Abschnitten des brechenden Systems, wie Linsenvorderfläche und Linsenrückfläche.

Ein neues Verfahren der Strahlprofil- oder auch Wellenfrontanalyse (Abb. 1), im späteren detaillierter beschrieben, liefert nun die Information der Gesamtbrechung des Auges. Aus der Differenz der Oberflächentopographie und der Gesamtbrechung läßt sich der Einfluß und der Betrag der tiefer im Auge liegenden optischen Medien bestimmen.

Die Placido-Ringprojektion hat den Vorteil im Millisekunden-Bereich ein punktweißes Vermessen der Hornhautoberfläche (typischerweise mehr als 10.000 Messpunkte) zu ermöglichen, mit dem Nachteil des Fehlens von Informationen aus tieferen Augenabschnitten. Letzteres kann die Wellenfrontanalyse ebenfalls bei kürzester Meßzeit liefern.

Aus der Verknüpfung der beiden Verfahren (Abb. 2) und weiteren speziellen Maßnahmen ergibt sich eine neue Erfindungshöhe mit einer völlig neuen Qualität der Hornhauttopographie, die zu erheblichen Konsequenzen für die diagnostische und therapeutische Ophthalmologie führen muß.

2. Technische Beschreibung

Das System besteht prinzipiell aus zwei Komponenten (Abb. 2), die miteinander verknüpft werden können. Die erste besteht aus einem Konus mit beliebigen Öffnungswinkel. Die Konuswand besteht aus mehreren abwechselnden leuchtenden und nicht leuchtenden Ringen (Prinzip nach Placido, Placidokonus). Die leuchtenden Ringen können sowohl monochromatisch als auch monochromatisch mit geometrischen Kodierungen und auch mehrfarbig kodiert sein. Dieser leuchtende Körper wird nun an einer spiegelnden Oberfläche z. B. Hornautoberfläche gespiegelt. Das Spiegelbild wird über eine Linse auf eine Videokamera (CCD-Sensor) abgebildet. Das Bild der Oberfläche mit dem Spiegelbild der Konusringe wird dann einem Rechner zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Dies alles ist noch das Prinzip der Videotopographie nach Placido.

Dieses Gerät soll nun kombiniert werden mit einem neuen Strahlprofil- oder auch Wellenfrontanalysator (Abb. 1).

Der Strahlprofil- oder Wellenfrontanalysator besteht aus einer Laserquelle, die ein bekanntes Strahlprofil, z. B. Gaußform, aussendet. Diese Laserquelle kann z. B. eine infrarote Laserquelle oder auch eine anderer bekannter Wellenlänge sein. Über einen Strahlteiler wird diese Wellenfront mittels eines entsprechenden Sensorfeldes, z. B. Hartmann-Shack-Sensor, ausgelesen und deren Profil bestimmt. Der nicht ausgespiegelte Anteil des Laserstrahls wird in das Auge eingestrahlt. Der Durchmesser des Laserstrahls richtet sich nach dem Durchmesser der Pupille und muß eventuell je nach Art der Laserquelle aufgeweitet oder verkleinert werden. Die an der Retina, bzw. an dem rückwärtigen Pol des Auges, gespiegelte Wellenfront wird wiederum an einem teiltransparenten Spiegel auf das Sensorfeld umgelenkt. Die Differenz der beiden Wellenfronten, Eingangswelle und im Auge reflektierte Welle, lassen Rückschlüsse auf lokale Laufzeitunterschiede zu. Damit lassen sich lokale Brechungsdifferenzen bestimmen. Zusammen mit der Oberflächentopographie läßt sich nicht nur die Hornhautoberfläche in Form und Krümmung ortskodiert beschreiben, sondern auch der Einfluß der tiefer liegende brechende Medien auf die Gesamtbrechkraft bestimmen.

Um die beiden Messverfahren zu vereinen, wird in den Strahlengang des Placidotopometers an beliebiger Stelle eine Öffnung eingebracht (Abb. 2), durch die der Laserstrahl des Wellenfrontanalysators geführt werden kann. Im Inneren des Placidokonus wird ein kleiner Umlenkspiegel befestigt, der den Laserstrahl des Wellenfrontanalysators parallel oder unter bekannten Winkel zur Achse Objekt - Videokamera umleitet. Dieser Umlenkspiegel kann sowohl zentral als auch außerhalb des Zentrum des Placidokonus angebracht werden. Anstelle des Umlenkspiegels kommen auch andere strahllenkende Objekte (z. B. Prismen usw.) in Betracht.

Die so gewonnenen Daten können z. B. zur Bestimmung der Gesamtbiometrie des Auges herangezogen werden. Biometrie bedeutet: Kennt man den Krümmungsradius der Hornhautoberfläche (Videotopographie nach Placido) und die Längeninformationen des Auges kann z. B. eine individuelle, hochpräzise Berechnung einer künstlichen Linse (grauer Star) durchgeführt werden.

Die vorab beschriebenen Messungen können sowohl innerhalb einer Aufnahmesequenz als auch sequentiell ablaufen. Auch jede beliebige Kombination der einzelnen Messungen innerhalb definierbarer Zeitintervalle sind vorstellbar.

Beide Messvorgänge müssen über eine entsprechende Software koordiniert werden, die sowohl die Aufnahmenabfolge als auch die Auswahl der benötigten Informationen je nach Fragestellung steuert. So sind zu bereits bestehenden Softwarepunkten der Videotopographie nach Placido weiter Punkte zu erstellen z. B. Berechnung von künstlichen Linsen (IOL- Berechnung). Entsprechend der Fragestellung, die der Bediener aus dem Menü auswählt, kann das Programm die entsprechenden Messungen aussuchen und nach notwendiger Reihenfolge ablaufen lassen. Die gewonnen Messergebnisse werden ausgewertet und dem Bediener dargestellt. Dies kann kodiert, z. B. durch farbkodierte Karten, für die Radien oder Höhenwerten von künstlichen Linsen erfolgen und/oder auch als Computerdatei für weiterführende Produktionslinien.

Bedeutung der Erfindung

Aus der Verknüpfung dieser Verfahren ergibt sich eine qualitativ neuartig und quantitativ bislang nicht zugängliche Beschreibung des Auges in diagnostischer und therapeutischer Absicht:

In Kombination mit von den Anmeldern ebenfalls entwickelten Verfahren zur Bestimmung der absoluten Koordinaten im freien Raum (Europäisches Patent 95937759.9, Deutsches Patent 195 16 309.5) und damit die Möglichkeit einer schnellen Berechnung der Strahlverfolgung (Ray Tracing) wäre so erstmals die Möglichkeit gegeben, nicht nur die optischen Grenzflächen, sondern auch die optische Qualität der Medien (einer Normalbevölkerung oder am nicht krankhaft veränderten individuellen Auge) messtechnisch objektivierend zu bestimmen.

Mit Hilfe von Ray-Tracing-Programmen kann dann in vivo und in situ, nach Gewinnen der Daten nach dem erfindungsgemäßen Vorgehen, das Gesamtbrechungssystem einschließlich von Medientrübungen, Narbenbildungen der Wundheilungsverläufen erstmals quantifiziert werden.

Von besonderer praktischer Bedeutung ist dies für die Bestimmung der optischen Aberrationen der Hornhaut und ihr Auftreten, z. B. bei Hornhautnarbenbildungen, einer nicht seltenen Komplikation hornhautchirurgischer Eingriffe.

Für die automatisierte Laserchirurgie ergibt sich durch die Kombination beider Verfahren eine bislang nicht erreichte lückenlose topometrisch/topographische Darstellung der Hornhaut von äußerst peripher bis zum Durchtrittspunkt der visuellen Achse durch die Hornhaut. Hieraus wiederum resultiert die Möglichkeit den vollständigen Datensatz (ev. mit seiner Verknüpfung mit Ray-Tracing-Programmen) dazu zu benutzen, das individuell optimale Ablationsmuster für die Hornhautvorderfläche mit photoablativen Lasern einzubringen. Die so gewonnenen Daten lassen sich - nach dem Verfahren Topolink - eben wegen ihrer Vollständigkeit über den gesamten Hornhautquerschnitt - dazu benutzen, den Ablationsvorgang vom manuellem Geschick des Operateurs zu lösen und ihn als Datensatz für den automatisierten Gewebeabtrag im Laser selbst bereitzustellen.

Irregulärer Astigmatismus, irreguläre Narbenbildungen, der Einfluß oberflächlicher oder tiefer Hornhautnarben ließe sich damit für ein individuell errechnetes Ablationsoptimum bereitstellen, um das visuelle Ergebnis zu optimieren. Alternative Strategien könnten simuliert werden.

Aus der Hornhauttopographie und der Wellenfrontanalyse im Auge ergibt sich eine neue Möglichkeiten der Berechnung einer individuell gefertigten Intraokularlinse. Auf diese Weise ließen sich erstmals den Einzelpatienten visusoptimierende Brechungsverhältnisse, sowohl für die Kontaktlinsenversorgung als auch für die Versorgung mit Intraokularlinsenherstellern.

Damit können die Grenzen der bisherigen Kontaktlinsenversorgungs- wie auch der Versorgung mit intraokularen Linsenimplantaten tiefgreifend verändert werden. Nicht zuletzt liegt dem auch ein für das Gesundheitssystem insgesamt kostenminimierender Ansatz zu Grunde, in dem die bislang noch über 70% der Fälle erforderliche Versorgung mit zusätzlicher Korrekturhilfen, wie Brille, vermeidbar wird.

Claims (7)

1. Ein Verfahren zur Bestimmung der parazentralen mittelperipheren und peripheren Hornhautkrümmung durch Aufprojizieren eines Placido-Ringsystems auf die Hornhaut, Reflexion und Spiegelung im Tränenfilm und Wiederauffangen des Bildes nach dem Prinzip der Videotopographie.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich der Pupillenöffnung ein bekanntes Strahlprofil und/oder eine Wellenfront einer Laserquelle eingespiegelt und koaxial auf die Hornhaut und die tieferen Augenabschnitte gerichtet wird. (Fig. 1).

3. Verfahren und Anspruch nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion des Wellenfrontanalysators statisch oder dynamisch erfolgen kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende mathematische Auswertung der Wellenfront eine Gesamtbrechkraftverteilung des Auges mit lokaler Kodierung erstellt wird.

5. Verfahren und Vorrichtung nach 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß alle gemessenen optische Größen (Hornhautoberfläche, Hornhautrückfläche, Linsenvorderfläche, Linsenvorderfläche, Linsenrückfläche und Netzhaut) erfasst und als optisches Charakteristika des individuellen zu messenden Auges gespeichert werden.

6. Das Verfahren und die Vorrichtung nach den oben genannten Ansprüchen sind dadurch gekennzeichnet, daß neben den oberflächentopographischen Informationen der optischen Grenzflächen des brechenden Apparates im Auge bis zur Netzhaut, entlang der Z-Achse bestimmt werden. Diese Informationen werden verknüpft mit dem aus der Placido- Ringprojektion resultierenden, hochauflösenden Messvorgang der mittleren und peripheren Hornhaut.

7. Das Verfahren und die Vorrichtung nach den oben genannten Ansprüchen sind dadurch gekennzeichnet, daß durch Differenzbildung der optischen Ergebnisse aus Hornhautoberflächentopographie und Wellenfrontanalyse neben Hornhautoberflächeninformationen, wie Krümmungsradien, Brechkraft und absolute Höhenwert auch äquivalente Daten für tiefer liegende Strukturen wie Hornhautrückfläche, Linsenoberfläche, Linsenrückfläche und Retinaoberfläche gewonnen werden können.