NL1015935C2 - Werkwijze voor het bepalen van de kwaliteit van een oogoptiek. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bepalen van de kwaliteit van een oogoptiek

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van de kwaliteit van een oogoptiek waarin een lichtsignaal een oog wordt ingebracht dat een beeldvlek oplevert op het netvlies van het oog, dat de beeldvlek op het 5 netvlies een secundair lichtsignaal oplevert dat buiten het oog gemeten wordt, en dat uit eigenschappen van het secundaire lichtsignaal een maat wordt afgeleid voor de kwaliteit van de oogoptiek.

Uit het Amerikaanse octrooischrift US-A-4.560.259 is 10 een werkwijze bekend die erop is gericht om correctieparame-ters voor het oog te bepalen die betrekking hebben op globale brekingsfouten.

In het algemeen kan met betrekking tot het visuele waarnemingsproces van de mens als volgt worden opgemerkt.

15 Het visuele systeem van de mens is op te splitsen in een aantal delen dat uiteindelijk leidt tot een bewuste waarneming van deze omgeving. Licht afkomstig uit de omgeving treedt het oog binnen via het hoornvlies, pupil en ooglens. Door breking van het licht aan hoornvlies en ooglens ontstaat 20 een projectie van de omgeving op het netvlies. In het netvlies bevinden zich fotoreceptoren die het licht vein deze afbeelding omzetten in elektrische signalen. Deze worden vervolgens door de oogzenuw naar de hersenen getransporteerd waar verdere verwerking zorgt voor een bewuste waarneming.

25 Mede bepalend voor het gezichtsvermogen is de kwaliteit waarmee de afbeelding op het netvlies wordt gevormd. In het ideale geval wordt een puntvormige lichtbron als een puntvormig lichtvlekje afgeheeld op het netvlies. Door verschillende oorzaken zal in werkelijkheid het lichtvlek je op het netvlies 30 enigszins uitgesmeerd zijn. Een algemeen bekende oorzaak hiervan zijn de globale (sferische en cilindrische) brekings-fouten, die gecorrigeerd kunnen worden met bijvoorbeeld een bril of contactlenzen. Naast de globale brekingsfouten zijn er andere oorzaken die de kwaliteit van de afbeelding op het 35 netvlies bepalen. Hierbij moet gedacht worden aan lokale bre-kingsfouten, verstrooiing van licht en diffractie. Deze im- 1015935 2 perfecties van de oogoptiek zijn minder eenvoudig te corrigeren. In het geval van sterk toegenomen verstrooiing van licht in de ooglens bestaat de gebruikelijke correctie uit het vervangen van de natuurlijke lens door een kunstlens.

5 Een dergelijke werkwijze is bijvoorbeeld bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US-A-4.560.259. Deze bekende werkwijze is erop gericht om bepaalde correctieparameters voor het oog te bepalen.

Bij het gebruik van objectieve methoden ter bepaling 10 van globale brekingsfouten van het oog, vindt de zogeheten objectieve refractor toepassing. Bij een dergelijke objectieve refractor wordt een lichtbron via een bundelsplitser op het netvlies van een te onderzoeken oog geprojecteerd. Een gedeelte van het licht dat op het netvlies valt wordt gere-15 flecteerd en verlaat het oog weer via de pupil. Dit licht wordt via de eerder genoemde bundelsplitser en een focusserende optiek naar een detector geleid waarbij analyse van het detectorsignaal informatie oplevert over de globale brekingsfouten van het oog.

20 De beeldvormende kwaliteit van de oogoptiek beïn vloedt zowel het retinale beeld (heengaande richting) als het beeld dat van het aan het netvlies gereflecteerde licht buiten het oog gevormd vormt (teruggaande richting).

Volgens de uitvinding wordt de op zichzelf bekende 25 objectieve refractor zodanig aangewend dat daarmee een enkele parameter kan worden verkregen die een maat vormt voor de kwaliteit van een afbeelding op het netvlies waaronder derhalve begrepen zijn de niet-globale brekingsfouten. Deze parameter vormt dan een maat voor de vraag in hoeverre de opti-30 sche eigenschappen van het onderzochte oog bepalend zijn voor het gezichtsvermogen van een patiënt. Op deze wijze kan vastgesteld worden of een eventuele operatie, bijvoorbeeld een staaroperatie, wenselijk is.

In een volgend aspect van de werkwijze volgens de 35 üitvinding is deze erdoor gekenmerkt, dat de refractiemeter een "knife edge"-meter is welke is voorzien van een lichtbron en bij voorkeur een dubbele mesrand welke een spleet vormt, en dat daarmee een serie metingen wordt uitgevoerd waarin de brandpuntpositie van lichtbron en spleet gevarieerd wordt van 1015935 3 voor tot achter het netvlies van het onderzochte oog, dat voor iedere brandpuntpositie een lichtvlekverdeling op het netvlies wordt bepaald waarin een verschilsginaal in lichtsterkte tussen een bovenvlakdeel en een ondervlakdeel wordt 5 bepaald, en dat op dit van de brandpuntpositie afhankelijke verschilsignaal wordt verwerkt tot een enkel getal dat een maat vormt voor de kwaliteit van de oogoptiek, bij voorkeur doordat een curve-fitting wordt uitgevoerd ter bepaling van de parameters in de verschilsignaalfunctie 10 •-•o.

arctan (-)

W

15 f (s) = A · ---- , (8-s0)2 1+ - w 20 waarbij de parameters A, s, Bq en W de volgende betekenis hebben: A = amplitude van de verschilsignaalfunctie s s de sferische breking 8q - de optimale sferische breking 25 fof = een breedte parameter; en dat de amplitudeparameter A wordt gebruikt als maat voor de kwaliteit van de oogoptiek.

Een ander aspect van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de refractiemeter een golffront-30 sensor is waarbij een lichtbron een lichtvlek op het netvlies projecteert, en dat het van deze lichtvlek afkomstige secundaire lichtsignaal wordt gemeten met een lenzenraster van de golffrontsensor, waarbij een met het lenzenraster gemeten patroon van secundaire lichtvlekken wordt gemeten en vastge-35 legd, dat de positie van de gemeten secundaire lichtvlekken wordt vergeleken met een vooraf bepaalde positie van dergelijke lichtvlekken bij afwezigheid van optische afwijkingen in het oog, en dat de daarbij gemeten verschilsignalen worden bewerkt tot een enkel getal dat een maat vormt voor de kwali-40 teit van de oogoptiek.

Daarbij is het voordelig dat een tweedimensionale Fourier transformatie wordt uitgevoerd op de signalen afkom- 1015935 4 stig van de golf frontsensor, en dat van de Fourier getransformeerde een nulde harmonische en eerste harmonischen worden bepaald, waarbij vervolgens de eerste harmonischen worden genormeerd op de nulde harmonische ter verschaffen van een 5 (dimensieloos) getal dat een maat vormt voor de kwaliteit van de oogoptiek.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: - fig. 1 de algemene opbouw en werking van een ob-10 jectieve refractiemeter schematisch toont; - fig. 2 het algemene principe van de "knife edge"-test waarmee de werkwijze volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvorm kan worden toegepast wordt getoond; - fig. 3 een nadere uitwerking van de "knife edge"-15 test volgens fig. 2 toont; - fig. 4 de resultaten van een curve-fitting volgens een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding toont; - fig. 5 schematisch het principe van een objectieve 20 refractiemeter welke gebruikt wordt in een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding toont; en - fig. 6 enkele meetresultaten toont van de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding bij respectievelijk een gezond en een cataracteus oog.

25 De algemene opbouw van een objectieve refractor is getoond in fig. 1. Een lichtbron 1 wordt via een bundelsplit-ser 2 op het netvlies 4 van het te onderzoeken oog 3 geprojecteerd. Een gedeelte van het licht dat op het netvlies valt wordt gereflecteerd en verlaat via de pupil het oog. Dit 30 licht zal via een bundelsplitser 2 en focusserende optiek 5 een detector 6 bereiken. Analyse van het detectorsignaal levert informatie over de globale brekingsfouten van het oog. Hierbij beïnvloedt de beeldvormende kwaliteit van de oogoptiek het retinale beeld (heengaande richting) zowel als het 35 beeld dat van het aan het netvlies gereflecteerde licht buiten het oog gevormd wordt (teruggaande richting). Hiervan kan gebruik gemaakt worden om met het uit het oog tredende licht informatie over de optische kwaliteit te verkrijgen.

1015935 5

De analyse van de kwaliteit van de oogoptiek hangt sterk samen met de keuze voor bepaalde details van de refrac-tiebepaling. De parameter voor beschrijving van de kwaliteit van de oogoptiek zal nader beschreven worden aan de hand van 5 twee methodes van objectieve refractiebepaling, onder verwijzing naar respectievelijk de fign. 2, 3 en 4 en de fign. 5 en 6.

Voor het objectief bepalen van de refractie van een oog kan de zogenaamde "knife edge"-test worden toegepast.

10 Deze is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US-A- 4.560.259. Het principe van de "knife edge"-test is weergegeven in fig. 2.

Een puntvormige lichtbron 1 verlicht een optisch systeem, in dit geval bestaande uit een enkele lens 2. Achter 15 deze lens bevindt zich een verplaatsbare mesrand 3 die over de optische as verplaatsbaar is. Achter het brandvlak is een scherm 4 geplaatst. Dit scherm wordt verlicht door de lichtstralen die niet geblokkeerd worden door het mes. Afhankelijk van de positie van het mes op de optische as zal de bovenste 20 dan wel de onderste helft van het scherm verlicht zijn. Indien de mesrand zich in het brandvlak bevindt is het scherm egaal verlicht.

Voor toepassing in het oog wordt gebruik gemaakt van de reflectie van licht aan het netvlies. Dit levert een op-25 tisch systeem zoals schematisch weergegeven in fig. 3. De lichtbron is bijvoorbeeld lijnvormig, en de mesrand. kan dubbel zijn uitgevoerd zodat een spleet ontstaat. In het oog bevindt zich een afbeelding van zowel spleet als bron. Beide afbeeldingen kunnen (gelijktijdig) verplaatst worden met be-30 hulp van de projectieoptiek in de refractor. Net als bij het in fig. 2 getoonde systeem zal een bepaalde lichtverdeling ontstaan, ditmaal in het pupilvlak van het oog. In de toepassing als refractor wordt met behulp van aanpassing van de projectieoptiek gezocht naar een egale lichtverdeling in het 35 pupilvlak. In dat geval bevinden de afbeelding van spleet en bron zich ter hoogte van het netvlies. De toestand van de projectieoptiek geeft nu de optimale refractie weer.

Met behulp van deze optiek kan naast de optimale refractie volgens de uitvinding ook een parameter voor be- 1015935 6 schrijving van de kwaliteit van de oogoptiek gemeten worden. Indien de afbeelding van bron en spleet bewust voor (of achter) het netvlies geprojecteerd worden dan zal er sprake zijn van een niet egale lichtverdeling in het pupilvlak. De steil-5 heid van de overgang tussen het lichte en het donkere gedeelte van de pupil wordt onder andere bepaald door de kwaliteit van de oogoptiek. Slechte oogoptiek levert een meer egale verdeling van licht in het pupilvlak dan goede optiek. Een detector meet de verhouding van de hoeveelheid licht in de 10 bovenste en onderste helft van het pupilvlak. Voor bepaling van de kwaliteit van de oogoptiek worden de detectorsignalen als functie van de positie van de afbeelding van bron en spleet geanalyseerd.

Een mogelijke wijze van analyseren bestaat uit het 15 maken van een scan gedaan over een gebied van (sferische) brekingsfouten van -4 tot +4 dioptrieën in 60 stappen. Het verschil van detectorsignalen van bovenste en onderste pupil-helft wordt genormeerd op de som van deze detectorsignalen. Dit signaal wordt in het vervolg f(s) genoemd. Met behulp van 20 data fitting worden de metingen gereduceerd tot een aantal parameters: b-b0 arctan (-)

25 W

f(s) = A · --- , (8-Bq)2 1+ -

W

30 waarbij s de sferische breking is, 8q de optimale sferische breking, A de amplitude parameter en W een breedte parameter.

Een voorbeeld van een scan is getoond in fig. 4. In deze figuur zijn twee scans getoond: één betreft de verticale 35 lichtverdeling in de pupil en één de horizontale richting. In het punt waar f(e) een nuldoorgang heeft is sprake van optimale refractie: dan is immers de lichtsterkte in beide pupil-helften gelijk. Het getoonde voorbeeld is van een oog met zowel sferische als cilindrische fouten. Vanwege de cilindri-40 sche fouten hebben de horizontale en de verticale scan een andere optimale refractie. De amplitude parameter, A, die op 101593 5 % 7 deze door de uitvinding voorgestelde werkwijze is bepaald, vormt een maat voor de kwaliteit van de oogoptiek. Variaties in belichting (spieetvormig of anderszins), en reproductie (mesvormen en detector-layout) en in de analyse van de ver-5 kregen signalen (lichtverdeling in de pupil) kan op verschillende manieren gekozen worden, die alle binnen het kader van de uitvinding vallen.

Fig. 5 toont het principe van een automatische refractor die is gebaseerd op het principe van de Shack-10 Hartmann golffrontsensor. Met een lichtbron wordt een lichtvlek op het netvlies geprojecteerd. Een gedeelte van het licht zal gereflecteerd worden en zich als een bolvormig golffront richting pupil verplaatsen. Door de brekende eigenschappen van ooglens en comea wordt het golffront omgezet in 15 een vlakke golf, ten minste in het ideale geval. In een werkelijk oog is sprake van afwijkingen van een vlakke golf. De golffrontsensor bestaat uit een raster van miniatuurlensjes, geplaatst in het pupilvlak. Achter elk lensje bevindt zich een afbeelding van de lichtvlek op het netvlies. In het geval 20 van de ideale vlakke golf zal deze afbeelding zich midden achter elk lensje bevinden. Er ontstaat een regelmatig patroon van lichtvlekjes in het brandvlak van het lensraster. Dit patroon wordt met een beeldsensor vastgelegd. Afwijkingen van de ideale vlakke golf worden in het vervolg aangeduid als 25 W(x,y), het golffront als functie van de positie (x,y) in het pupilvlak. Bij dit golffront hoort een verplaatsing van de lichtvlekjes. Deze verplaatsing kan als volgt genoteerd worden: 30 dW(x,y) dW(x,y)

Ax = f - , Ay = f--, dx dy 1 2 3 4 5 6 101593 5 waarbij f de afstand is tussen lensraster en beeldsensor, en 2

Ax, Ay de verplaatsing is van de lichtvlekjes. Door meting 3 van de positie van de lichtvlekjes op de beeldsensor kan het 4 golffront W(x,y) gereconstrueerd worden. Dit golffront bevat 5 de informatie van de lokale brekende eigenschappen van het 6 oog in het pupilvlak.

* 8

De globale sferische en cilindrische refractie leidt tot een schaling van het puntenpatroon. Deze schaling is in het geval van sferische fouten in alle richtingen gelijk, in het geval van cilindrische fouten zal de schaling over de as 5 van de cilindrische fout anders zijn dan loodrecht hierop. Voor de meting van de globale refractie is een volledige reconstructie van het golffront niet nodig. Een zeer efficiënte manier om de refractie te bepalen is via de tweedimensionale Fourier getransformeerde van het puntenpatroon. Het puntenpa-10 troon kan beschreven worden als: p(i,k), waarbij het aantal elementen in zowel de i als de k richting N is. De Fourier getransformeerde van dit signaal is: ^ ik 1 "-1 -j2ir <m - + -) P(m,n) = — Σ Σ p(i,k)e n n N m=0 n=0 20

De gemiddelde afstand van het puntenpatroon wordt gegeven door de positie van de eerste harmonischen van de Fourier getransformeerde. Omdat de golffrontsensor de lokale breking meet op een groot aantal punten in het pupilvlak ont-25 staat de mogelijkheid een keuze te maken voor het gebied in de pupil waarover de globale refractie wordt gemeten. Met name bij ogen met een grote natuurlijke pupildiameter levert dit een nauwkeuriger refractie op. Immers aan de rand van de pupil zal zich sferische aberratie manifesteren. Tegelijker-30 tijd echter wordt het licht uit de rand van de pupil minder efficiënt gedetecteerd door de fotoreceptoren in het oog; dit is het zogenaamde Stiles-Crawford effect. Door het puntenpatroon p(i,k) te normeren met een pupilfunctie kan voor dit effect gecorrigeerd worden.

35 Uit de Fourier getransformeerde valt meer af te lei den dan alleen de refractie. Hogere orde brekingsfouten, de zogenaamde aberraties, zorgen voor een minder regelmatig puntenpatroon. De regelmatigheid van het puntenpatroon wordt gegeven door de intensiteit van de eerste harmonische. Door 40 volgens de uitvinding de intensiteit van de eerste harmonische te normeren op de gemiddelde intensiteit (de nulde har- 101593 5 9 % monische) onstaat een dimensieloos getal dat een maat is voor de regelmatigheid van het puntenpatroon en daarmee voor de optische kwaliteit van het oog.

In fig. 6 is een voorbeeld gegeven van opnamen met 5 de golffrontsensor van een gezond en een cataracteus oog. Hierbij is de Fourier Parameter (FP) vermeld voor zowel de centrale 4 mm van de pupildiameter als voor de volledige pupil (9 mm) .

Verstrooiing van het licht leidt tot het vervagen 10 van het puntenpatroon. Dit uit zich in verbrede lichtvlekken met een lagere maximumintensiteit. Door het in elkaar overlopen van naast elkaar gelegen lichtvlekjes is de minimuminten-siteit tussen lichtvlekjes een maat voor de verstrooiing van licht in de oogoptiek. Door deze minimumintensiteit te norme-15 ren op de maximumintensiteit ontstaat een dimensieloos getal dat onafhankelijk van de hoeveelheid licht die door het netvlies gereflecteerd wordt een maat is voor de kwaliteit van de oogoptiek.

1015935

Claims (5)

1. Werkwijze voor het bepalen van de kwaliteit van een oogoptiek waarin een lichtsignaal een oog wordt ingébracht dat een beeldvlek oplevert op het netvlies van het oog, dat de beeldvlek op het netvlies een secundair lichtsig- 5 naai oplevert dat buiten het oog gemeten wordt, en dat uit eigenschappen van het secundaire lichtsignaal een maat wordt afgeleid voor de kwaliteit van de oogoptiek, met het kenmerk, dat gebruik gemaakt wordt van een objectieve refractiemeter, en dat de van de refractiemeter afkomstige signalen worden 10 bewerkt tot een enkele parameter welke een maat vormt voor de kwaliteit van de oogoptiek.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de refractiemeter een "knife edge"-meter is welke is voorzien van een lichtbron en bij voorkeur een dubbele mes- 15 rand welke een spleet vormt, en dat daarmee een serie metingen wordt uitgevoerd waarin de brandpuntpositie van lichtbron en spleet gevarieerd wordt van voor tot achter het netvlies van het onderzochte oog, dat voor iedere brandpuntpositie een lichtvlekverdeling op het netvlies wordt bepaald waarin een 20 verschilsignaal in lichtsterkte tussen een bovenvlakdeel en een ondervlakdeel wordt bepaald, en dat op dit van de brandpuntpositie afhankelijke verschilsignaal wordt verwerkt tot een enkel getal dat een maat vormt voor de kwaliteit van de oogoptiek.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat op het verschilsignaal een curve-fitting wordt uitgevoerd ter bepaling van de parameters in de verschilsignaalfunctie

30 B~8o arctan (-) W f (b) = A · --- , (s-s0)2 35 1+ - W waarbij de parameters A, s, gq en W de volgende betekenis hebben: A - amplitude van de verschilsignaalfunctie 101593 5 B = de sferische breking Bq = de optimale sferische breking IV = een breedte parameter; en dat de amplitudeparameter A wordt gebruikt als maat voor 5 de kwaliteit van de oogoptiek.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de refractiemeter een golffrontsensor is waarbij een lichtbron een lichtvlek op het netvlies projecteert, en dat het van deze lichtvlek afkomstige secundaire lichtsignaal 10 wordt gemeten met een lenzenraster van de golffrontsensor, waarbij een met het lenzenraster gemeten patroon van secundaire lichtvlekken wordt gemeten en vastgelegd, dat de positie van de gemeten secundaire lichtvlekken wordt vergeleken met een vooraf bepaalde positie van dergelijke lichtvlekken 15 bij afwezigheid van optische afwijkingen in het oog, en dat de daarbij gemeten verschilsignalen worden bewerkt tot een enkel getal dat een maat vormt voor de kwaliteit van de oogoptiek.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 20 dat een tweedimensionale Fourier transformatie wordt uitgevoerd op de signalen afkomstig van de golffrontsensor, en dat van de Fourier getransformeerde een nulde harmonische en eerste harmonischen worden bepaald, waarbij vervolgens de eerste harmonischen worden genormeerd op de nulde harmonische ter 25 verschaffen van een (dimensieloos) getal dat een maat vormt voor de kwaliteit van de oogoptiek. 101593 5