DE202014011051U1

DE202014011051U1 - Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges

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Publication number: DE202014011051U1
Application number: DE202014011051.4U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2024-11-06

Abstract

Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges (16)
mit einem OCT-System (26) für das Abtasten eines Objektbereichvolumens (38) mit einem OCT-Abtaststrahl (28) in einem Objektbereich (17) mit dem darin angeordneten Patientenauge (16); und
mit einer Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) eine Anzeigeeinheit (70) für das Visualisieren eines Modells (77) des Patientenauges (16) in dem Objektbereich (17) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) in Bezug auf das Modell (77) des Patientenauges (16) anzuzeigen,
wobei das Modell (77) des Patientenauges (16) ein an einen durch wenigstens teilweises Abtasten des Patientenauges (16) mit dem OCT-Abtaststrahl (28) gewonnenen dreidimensionalen Verlauf einer optischen Dichte des Patientenauges (16) angepasstes dreidimensionales CAD-Modell des Patientenauges (16) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges mit einem OCT-System für das Abtasten eines Objektbereichvolumens mit einem OCT-Abtaststrahl in einem Objektbereich mit dem darin angeordneten Patientenauge und mit einer Einrichtung für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtastlichtstrahl in dem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumens. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln für das Visualisieren der Position (P) eines mit einem OCT-Abtastlichtstrahl in einem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumens.
Aus der US 2014/0211155 A1 ist eine Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges mit einem OCT-System bekannt. Die EP 0 815 801 A1 offenbart eine als ein Operationsmikroskop ausgebildete Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges mit einem OCT-System auf, das einen OCT-Abtaststrahlengang aus kurzkohärenter Laserstrahlung erzeugt. Das OCT-System enthält eine Analyseeinheit zur Auswertung von Interferenzsignalen. Es umfasst eine Einrichtung zum Scannen des OCT-Abtaststrahlengangs mit zwei Scanspiegeln, die um zwei Bewegungsachsen verstellt werden können. Der OCT-Abtaststrahlengang in dem Operationsmikroskop ist über einen Teilerspiegel in den Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops eingekoppelt. Er wird mit diesem durch das Mikroskophauptobjektiv hindurch zu einem Objektbereich in einem Patientenauge gelenkt.
Ein OCT-System erlaubt mittels optischer Kohärenztomographie die nichtinvasive Messung und Darstellung von Strukturen innerhalb eines Gewebes. Als optisches bildgebendes Verfahren ermöglicht die optische Kohärenztomographie insbesondere Schnitt- oder Volumenbilder von biologischem Gewebe mit Mikrometerauflösung zu erzeugen. Ein entsprechendes OCT-System umfasst eine Quelle für zeitlich inkohärentes und räumlich kohärentes Licht mit einer Kohärenzlänge I_c, die einem Probenstrahlengang und einem Referenzstrahlengang zugeführt wird. Der Probenstrahlengang ist auf das zu untersuchende Gewebe gerichtet. In dem OCT-System wird Laserstrahlung, die aufgrund von Streuzentren im Gewebe in den Probenstrahlengang zurückgestrahlt wird, mit Laserstrahlung aus dem Referenzstrahlengang überlagert. Durch die Überlagerung entsteht ein Interferenzsignal. Aus diesem Interferenzsignal lässt sich die Position von Streuzentren für die Laserstrahlung im untersuchten Gewebe bestimmen.
Für OCT-Systeme ist das Bauprinzip des "Time-Domain OCT" und des "Fourier-Domain OCT" bekannt.
Der Aufbau eines "Time-Domain OCT" ist beispielsweise in der US 5,321,501 anhand von 1a auf Sp. 5, Z. 40 – Sp. 11, Z. 10 beschrieben. In einem solchen System wird die optische Weglänge des Referenzstrahlenganges über einen schnell beweglichen Referenzspiegel fortlaufend variiert. Das Licht aus Proben- und Referenzstrahlengang wird auf einem Photodetektor überlagert. Wenn die optischen Weglängen von Proben- und Referenzstrahlengang übereinstimmen, entsteht auf dem Photodetektor ein Interferenzsignal.
Ein "Fourier-Domain OCT" ist beispielsweise in der WO 2006/10544 A1 erläutert. Um die optische Weglänge eines Probenstrahlenganges zu vermessen, wird wiederum Licht aus dem Probenstrahlengang Licht aus einem Referenzstrahlengang überlagert. Im Unterschied zu einem "Time-Domain OCT" wird jedoch für eine Messung der optischen Weglänge des Probenstrahlenganges das Licht aus Proben- und Referenzstrahlengang nicht direkt einem Detektor zugeführt, sondern zunächst mittels eines Spektrometers spektral zerlegt. Die so erzeugte spektrale Intensität des überlagerten Signals aus Proben- und Referenzstrahlengang wird dann mit einem Detektor erfasst. Durch Auswerten des Detektorsignals kann wiederum die optische Weglänge des Probenstrahlenganges ermittelt werden.
Bekannte OCT-Systeme ermöglichen es zwar, durch das Einstellen der Länge des Referenzstrahlengangs in der Richtung der optischen Achse des OCT-Abtastlichtstrahls die mit dem OCT-Abtastlichtstrahl detektierte Abtastzone in einem Objektbereich zu verlagern und den OCT-Abtastlichtstrahl manuell in zu der optischen Achse senkrechten Richtungen über das Objektbereichvolumen zu bewegen. Auf diese Weise können Strukturen eines Patientenauges wie z. B. die Retina, die eine geringe Tiefenausdehnung haben, mit einer guten Auflösung und einem hohen Kontrast visualisiert werden. Dort jedoch, wo die Strukturen des Patientenauges eine große Flächen- und Tiefenausdehnung haben, wie etwa im Bereich der Kornea, des Kapselsacks oder der Sklera, ist es für eine Beobachtungsperson, etwa einem Ophthalmologen oder Operateur sehr schwer, durch Einstellen der Länge des Referenzstrahlengangs in dem OCT-System die physiologischen Strukturen zuverlässig aufzufinden. Um die physiologischen Strukturen der Kornea, der Sklera und des Kapselsacks mit einem OCT-System aufzufinden und zu erkennen, sind Beobachtungspersonen bislang allein auf ihre Erfahrung und ihr anatomisches Wissen angewiesen.
Es ist zwar möglich, eine große Anzahl von mit einem OCT-Abtastlichtstrahl mit hoher Auflösung erfasste Objektbereichvolumina aus einem Objekt rechnerisch zusammenzufügen und damit ein dreidimensionales Panoramabild eines ausgedehnten Bereichs eines Objekts zu visualisieren. Hierfür ist es jedoch erforderlich, viele Messdaten aufzunehmen. Dies ist sehr zeitintensiv und macht das Untersuchen eines bewegten Objekts in Echtzeit, z. B. in einem laufenden Operationsbetreib schwierig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einer Bedienperson das übersichtliche Untersuchen von ausgewählten Bereichen eines Patietenauges mit dem OCT-Abtastlichtstrahlen eines OCT-Systems zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 4 angegebene Vorrichtung und das in Anspruch 9 angegebene Computerprogramm gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Unter dem Einstellen der Position (P) eines mit dem OCT-Abtastlichtstrahl in dem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumen versteht die Erfindung das Einstellen der dreidimensionalen Lage und/oder Orientierung eines solchen mit einem OCT-Abtastlichtstrahl abtastbaren Volumens.
Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, dass OCT-Systeme mit geeigneter Sensortechnik in der Lage sind, einen ausgedehnten Objektbereich mit OCT-Abtastlichtstrahlen schnell und mit einer hohen Auflösung zu erfassen.
Für das Untersuchen eines Objekts mit einem OCT-Abtastlichtstrahl aus einem OCT-System schlägt die Erfindung vor, dass die Position (P) des mit dem OCT-Abtastlichtstrahl in dem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumens mit einer Einrichtung eingestellt wird, die eine Anzeigeeinheit für das Visualisieren eines Modells des Objekts in dem Objektbereich aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl in dem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumens in Bezug auf das Modell des Objekts anzuzeigen. Diese Maßnahme ermöglicht einer Bedienperson ein unmittelbares und dabei übersichtliches visuelles Wahrnehmen eines mit einem OCT-Abtastlichtstrahl abgetasteten Objektbereichvolumens in einem Objekt.
Ein Modell eines in dem Objektbereich angeordneten Objekts im Sinne der Erfindung ist dabei ein dreidimensionaler Datensatz mit Information über eine tatsächliche oder angenommene räumliche Ausdehnung von dreidimensionalen Strukturen des Objekts.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Anzeigen des Objektbereichvolumens schlägt die Erfindung vor, dass die Position (P) des mit dem OCT-Abtastlichtstrahl in dem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumens mit einer Einrichtung eingestellt wird, die eine Funktionseinheit für das Erfassen einer Lage und/oder Orientierung (X, φ) des Objekts in einem vorrichtungsfesten Koordinatensystem enthält und die eine Rechnereinheit aufweist, die aus der erfassten Lage und/oder Orientierung (X, φ) des Objekts ein dem OCT-System zugeführtes Steuersignal (S_N) berechnet, um bei einer Verlagerung (ΔX, Δφ) des Objekts (16) den OCT-Abtaststrahl dem Objekt nachzuführen.
Unter dem Erfassen der Lage und/oder Orientierung eines Objekts wird vorliegend das Ermitteln der Koordinaten eines zu dem Objekt ortsfesten Koordinatensystem in einem vorrichtungsfesten Koordinatensystem einer Vorrichtung verstanden, gegenüber der das Objekt verlagerbar ist. Das Koordinatensystem des Objekts und/oder das Koordinatensystem der Vorrichtung kann dabei ein dreidimensionales Koordinatensystem oder auch nur ein zweidimensionales Koordinatensystem sein.
Ein Modell eines in dem Objektbereich angeordneten Objekts im Sinne der Erfindung kann z. B. eine in einer Diagnoseeinrichtung ermittelte räumliche Struktur des Objekts oder eines Teils des Objekts sein. Ein solches Modell eines Objekts kann insbesondere ein durch wenigstens teilweises Abtasten des Objekts mit dem OCT-Abtastlichtstrahl gewonnener dreidimensionaler Verlauf einer optischen Dichte des Objekts sein. Ein entsprechendes Modell eines Objekts kann aber auch eine abstrakte dreidimensionale Struktur sein. Insbesondere kann ein Modell eines Objekts im Sinne der Erfindung ein dreidimensionales CAD-Modell des Objekts sein. Ein Modell eines Objekts im Sinne der Erfindung kann auch ein an eine in einer Diagnoseeinrichtung ermittelte räumliche Struktur des Objekts oder ein an eine in einer Diagnoseeinrichtung ermittelte räumliche Struktur eines Teils des Objekts angepasstes dreidimensionales CAD-Modell sein. Z. B. kann ein Modell eines Objekts im Sinne der Erfindung eine Kugel oder auch eine individuelle, patientenspezifische Nachbildung des Augapfels eines Patientenauges sein. Insbesondere kann das Modell eines Objekts im Sinne der Erfindung ein Durchschnittsauge von Gullstrad sein, das etwa im ABC der Optik, Verlag Werner Dausien, Hanau/Main 1961 auf den Seiten 83–85 beschrieben ist. Hier sind für ein "exaktes Augenmodell" und ein "vereinfachtes Augenmodell" die optisch wirksamen Flächen, deren Krümmung und Abstand sowie die Brechzahl von "optischen Elementen" angegeben, für die ein Abbildungsstrahlengang in guter Näherung den natürlichen Gegebenheiten bei einem durchschnittlichen, gesunden Mensch mit emmetropen Auge entspricht. Indem bei dem "exakten Augenmodell" nach Gullstrad oder dem "vereinfachten Augenmodell" Abstände oder Krümmungen nicht als vorgegeben, sondern als auf ein bestimmtes Patientenauge anpassbare freie Parameter aufgefasst werden, ist es möglich, ein reales Patientenauge mit einem solchen Modell zu beschreiben.
Die Einrichtung für das Steuern des OCT-Abtastlichtstrahls enthält bevorzugt ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan, um für das OCT-System damit ein Steuersignal (S_V) für das Verlagern des mit dem OCT-Abtaststrahl abgetasteten Objektbereichvolumens zu erzeugen.
Das Steuerorgan kann hierfür z. B. eine an einer Basis für das Bewegen in drei translatorischen und/oder drei rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden beweglich gelagertes Bedienelement aufweisen, das von einer Bedienperson mit den Fingern einer Hand relativ zu der Basis verlagerbar ist, um das Steuersignal (S_V) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl abgetasteten Objektbereichvolumens durch Verlagern des Bedienelements relativ zu der Basis einzustellen.
Das Steuerorgan kann aber auch ein in dem Objektbereich verlagerbares Operationsinstrument aufweisen. Dann wird mit einem Positionserfassungssystem die Position (P‘) eines in dem Objektbereich angeordneten Abschnitts des Operationsinstruments erfasst und dann das Steuersignal (S_V) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetasteten Objektbereichvolumens durch Verlagern des Operationsinstruments in dem Objektbereich eingestellt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Vorrichtung mit einem OCT-System für das Untersuchen eines Objekts;
2 eine vergrößerte Darstellung eines mit einem OCT-Abtastlichtstrahl des OCT-Systems abgetasteten Objektbereichvolumens in dem Objekt;
3 eine an einem Display der Vorrichtung angezeigte Benutzeroberfläche für das Überwachen und Visualisieren des OCT-Abtastlichtstrahls;
4 die Bausteine eines Computerprogramms in einer Rechenreinheit in der Vorrichtung
5a ein Anzeigefenster der Benutzeroberfläche mit einer Anzeige des mit einem OCT-Abtastlichtstrahl abgetasteten Objektbereichs in einem ersten Betriebszustand der Vorrichtung;
5b ein Anzeigefenster der Benutzeroberfläche mit einer Anzeige des mit einem OCT-Abtastlichtstrahl abgetasteten Objektbereichs in einem zweiten Betriebszustand der Vorrichtung; und
6 eine weitere Vorrichtung mit einem OCT-System für das Untersuchen eines Objekts.
Die in der 1 gezeigte Vorrichtung für das Untersuchen eines Objekts 16 mit einem OCT-Abtaststrahl 28 ist in ein für die Ophthalmologie ausgelegtes Operationsmikroskop 10 (Ophthalmo-Operationsmikroskop) integriert. Das Operationsmikroskop 10 hat einen stereoskopischen Beobachtungsstrahlengang 12, 14, welcher die Untersuchung eines Objekts 16 in Form eines Patientenauges durch ein Mikroskophauptobjektiv 18 hindurch in einem Objektbereich 17 ermöglicht. Das Operationsmikroskop 10 hat weiter ein Zoomsystem 20 und einen Okulareinblick 22. Es umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 24, welche den Objektbereich 17 durch das Mikroskophauptobjektiv 18 hindurch für das stereoskopische Visualisieren des Objekts 16 in dem Okulareinblick 22 mit Beleuchtungslicht beleuchtet.
Die Vorrichtung für das Untersuchen eines Objekts 16 mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Operationsmikroskop 10 enthält ein OCT-System 26. Das OCT-System 26 stellt den Abtaststrahl 28 mit kurzkohärentem Licht bereit, der über verstellbare Scanspiegel 30, 32 und Stahlteiler 34 und 36 durch das Mikroskophauptobjektiv 18 hindurch zu dem Objekt 16 in ein Objektbereichvolumen 38 geführt ist. Das in dem Objektbereichvolumen 38 gestreute Licht des Abtaststrahls 28 gelangt wenigstens teilweise mit dem gleichen Lichtweg zum OCT-System 26 zurück. In dem OCT-System 26 wird dann der Laufweg des Abtastlichts mit einer Referenzstrecke verglichen. Damit kann die genaue Lage von Streuzentren in dem Objekt 16, insbesondere die Position von optisch wirksamen Flächen mit einer Genauigkeit erfasst werden, welche der Kohärenzlänge l_c des kurzkohärenten Lichts im Abtaststrahl 28 entspricht.
In dem Operationsmikroskop 10 gibt es eine Steuereinrichtung 40 mit einer Rechnereinheit 42 für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 28 und das Einstellen der räumlichen Ausdehnung und der Position P, d. h. der Lage und Orientierung des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 in einem vorrichtungsfesten Koordinatensystem 54.
Die Rechnereinheit 42 hat einen Programmspeicher, in dem ein Modell des Objekts 16 in Form von CAD-Daten abgelegt ist, die auf einer Untersuchung des Objekts in einer Diagnosevorrichtung beruhen, die nicht weiter gezeigt ist.
In der Steuereinrichtung 40 gibt es eine Funktionseinheit 41 mit einer Bilderfassungseinrichtung 44, mit der das Bild 46 des Objekts 16 in Form des Patientenauges in Echtzeit erfasst werden kann. Die Funktionseinheit 41 weist eine Rechnereinheit 45 auf, die einen Programmspeicher mit einem Computerprogramm hat, das als Bildauswertungsmittel eine Bildauswertungsroutine enthält. Die Bildauswertungsroutine vergleicht ausgehend von einem Referenzbild 52 des Objekts 16, bei dem die Lage und Orientierung des Objekts 16 in einem zu dem Operationsmikroskop 10 und damit dem OCT-System 26 ortsfesten Koordinatensystem 54 bekannt ist, durch Auswerten der Strukturen der Sklera 19 und/oder der Iris 21 des Objekts 16 mit der Bilderfassungseinrichtung 44 in Echtzeit unmittelbar aufeinanderfolgend erfasste Bilder 46, um aus diesem Vergleich die Lage und Orientierung X, φ des Koordinatensystem 50 des Objekts 16 in der Objektebene des Operationsmikroskops 10 in einem zu dem Operationsmikroskop 10 und damit dem OCT-System 26 ortsfesten Koordinatensystem 54 anzugeben. Der Programmspeicher der Rechnereinheit 45 enthält weiter ein Computerprogramm für das Steuern des OCT-Systems 26, um mit dem OCT-System 26 in regelmäßigen Zeitabständen den Abstand z des Objekts 16 von dem Mikroskophauptobjektiv 18 zu bestimmen. Der Rechnereinheit 45 berechnet damit fortlaufend auch die Lage des zu dem Objekt 16 ortfesten Koordinatensystems 54 in der Richtung der optischen Achse 78 des Operationsmikroskops.
Das Koordinatensystem 50 ist vorliegend ein dreidimensionales Koordinatensystem. In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Koordinatensystem 50 jedoch auch ein zweidimensionales Koordinatensystem sein. In diesem Fall ermittelt die Funktionseinheit 41 eine Verschiebung des Koordinatenursprungs des Koordinatensystems 50 in der Objektebene des Operationsmikroskops 10 und eine Verdrehung des Koordinatensystems 50 in der zu der optischen Achse 78 senkrechten Objektebene um die Optische Achse 78.
Das Computerprogramm in dem Programmspeicher der Rechnereinheit 42 enthält weiter eine Steuerroutine, welche die Referenzlänge für den OCT-Abtaststrahl 28 und die Einstellung der verstellbaren Scanspiegel 30, 32 für das Abtasten des Objektbereichvolumens 38 in dem Objektbereich 17 mit dem Objekt 16 angibt.
Für das Einstellen des mit dem OCT-Abtaststrahls 28 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 gibt es in der Steuereinrichtung 40 ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan 64. Das Steuerorgan 64 ist als eine 3D-Maus ausgebildet, z. B. als 3Dconnexion SpaceNavigator 3D-Maus der Fa. 3Dconnexion. Das Steuerorgan 64 weist ein an einer Basis 67 für das Bewegen in drei translatorischen 66a, 66b, 66c und/oder drei rotatorischen 68a, 68b, 68c Bewegungsfreiheitsgraden beweglich gelagertes Bedienelement 65 auf. Das Bedienelement 65 kann von einer Bedienperson mit den Fingern einer Hand relativ zu der Basis 67 verlagert werden. Dabei wird ein Steuersignal S_V für das Verlagern der Position P des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 abgetastete Objektbereichvolumens 38 eingestellt.
Die Steuereinrichtung 40 für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 28 enthält ein mit der Rechnereinheit 42 verbundene Anzeigeeinheit 70 in Form eines Displays für das Anzeigen einer Benutzeroberfläche, in der das mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Objektbereich 17 abgetastete Objektbereichvolumen 38 visualisiert werden kann.
Die 2 ist eine vergrößerte Darstellung eines quaderförmigen Objektbereichvolumens 38, das z. B. Kanten b, t und h mit den folgenden Abmessungen haben kann: b ≈ 3 mm, t ≈ 14 mm und h ≈ 2 mm.
Mit dem OCT-Abtastlichtstrahl können das OCT-Abtastlicht streuende Streuzentren an einem zonenförmigen Abtastort 66 erfasst werden. Die Abmessungen der mit dem OCT-Abtastlicht eines OCT-Systems in einem Objekt auflösbaren Zonen liegen in der Größenordnung der Wellenlänge des OCT-Abtastlichts. Für das Abtasten des Objektbereichvolumens 38 wird der OCT-Abtaststrahl 28 gescannt und die Referenzlänge in dem OCT-System 26 verändert. Der Abtastort 66 wird dabei entsprechend einem Objektbereichvolumen-Abtastscan 39 verlagert. Eine Steuerroutine für das Abtasten des Objektbereichvolumens 38 ist mit einer Programmroutine des Computerprogramms kombiniert, die einer Bedienperson an einer Eingabeschnittstelle 60 der Rechnereinheit 42 das Einstellen der Höhe h, der Breite b und der Tiefe t des Objektbereichvolumens 38 ermöglicht. Für die Abtastorte 66 des OCT-Abtaststrahls 28 in dem Operationsmikroskop 10 können unterschiedliche Verläufe für den Objektbereichvolumen-Abtastscan 39 eingestellt werden.
Mit dem Computerprogramm in dem Programmspeicher der Rechnereinheit 42 wird das Objektbereichvolumen 38 an der Anzeigeeinheit 70 zusammen mit einem Modell des Objekts 16 visualisiert. Dieses Modell des Objekts ist vorliegend eine Kugel mit einem Pfeil. Diese Kugel entspricht einem Augapfel eines durchschnittlichen Patientenauges. Der Pfeil symbolisiert dabei die Blickrichtung des Patientenauges und deutet eine Lage des Zentrums der der Cornea an. Die in der Funktionseinheit 41 ermittelten Daten zu der Lage und Orientierung des Objekts 16 werden der Rechnereinheit 42 zugeführt. Diese berechnet daraus Anzeigedaten für das Modell des Objekts, um damit das mit der Steuerroutine eingestellte abgetastete Objektbereichvolumen 38 aufgrund der ermittelten Lage und Orientierung des Objekts 16 in dem zu dem Operationsmikroskop 10 ortsfesten Koordinatensystem 54 zusammen mit dem mittels des OCT-Abtaststrahls 28 des OCT-Systems 26 abgetasteten Objektbereichvolumen 38 in einem zu dem Operationsmikroskop 10 referenzierten Koordinatensystem 50 ortsrichtig darzustellen.
Die 3 ist eine Darstellung einer Benutzerfläche 72 der Anzeigeeinheit 70, in der es Anzeigefenstern 74a, 74b, 74c und 74d gibt. Das Anzeigefenster 74a zeigt eine mit der Bilderfassungseinrichtung 44 erfasste Ansicht des Objektbereichs 17 mit dem mittels des OCT-Abtaststrahls 28 abgetasteten Objektbereichvolumen 38 in dem zu dem Operationsmikroskop 10 ortsfesten Koordinatensystem 54.
Das Anzeigefenster 74b visualisiert ein Modell 77 des Objekts 16 in dem zu dem Operationsmikroskop 10 ortsfesten Koordinatensystem 54 mit der optischen Achse 78 des Mikroskophauptobjektivs 18 des Operationsmikroskops 10 und mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem zu der Vorrichtung ortsfesten Koordinatensystem 54.
In dem Anzeigefenster 74c ist ein sogenannter B-Scan des Objekts 16 mit dem OCT-Abtaststrahl in der in dem Anzeigefenster 74a kenntlich gemachten Richtung 80 zu sehen. Das Anzeigefenster 74d zeigt einen B-Scan des Objekts 16 mit dem OCT-Abtaststrahl in der in dem Anzeigefenster 74a kenntlich gemachten Richtung 82.
Die 4 erläutert die Bausteine eines Computerprogramms in der Rechnereinheit 42, um das Objektbereichvolumen 38 mit dem Modell 77 des Objekts 16 in dem zu dem Operationsmikroskop 10 ortsfesten Koordinatensystem 54 zu visualisieren. Das Computerprogramm hat als Baustein 85 eine Routine für die Bedienkontrolle, welcher die Steuersignale des als 3D-Maus ausgebildeten Steuerorgans 64 zugeführt werden und mit der entsprechende Steuersignale für das OCT-System 26 in der Vorrichtung für das Untersuchen eines Objekts 16 mit einem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Operationsmikroskop 10 erzeugt werden. Das Computerprogramm weist eine Initialisierungsstufe 86 auf, die das OCT-System 26 in einer Initialisierungsphase steuert, um mit dem OCT-System 26 eine oder mehrere dreidimensionales Bilder eines Objekts 16 aufzunehmen. Dabei wird die Lage und Orientierung des Objekts 16 in einem zu dem OCT-System 26 vorrichtungsfesten Koordinatensystem 54 ermittelt. Aus dem dabei erfassten OCT-Datensatz wird dann ein Modell des Objekts 16 generiert. Diese Modell des Objekts 16 kann z. B. ein CAD-Modell des Objekts sein oder ein Modell in Form einer Objektrekonstruktion.
Das Objekt 16 und das Objektbereichvolumen 38 werden dann mittels einer Grafikroutine 88 in dem vorrichtungsfesten Koordinatensystem 54 an dem richtigen Ort und mit der richtigen Orientierung in einer 3D-Szene mit einer Würfelstruktur 90 dargestellt, mit der die Lage X und Orientierung φ des vorrichtungsfesten Koordinatensystems 54 angezeigt wird.
Die Steuereinrichtung 40 in dem Operationsmikroskop 10 ermöglicht einen Betriebsmodus, bei dem das Objektbereichvolumen 38 den Bewegungen des Objekts 16 derart nachgeführt wird, dass das Objektbereichvolumen 38 in dem zu dem Objekt 16 ortsfesten Koordinatensystem 50 stationär ist. Die Einstellung des OCT-Abtaststrahls 28 in dem Operationsmikroskop 10 wird hier also bei einer Bewegung des Objekts 16 verändert, um damit eine unerwünschte relative Verlagerung des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 in dem zu der Vorrichtung ortsfesten Koordinatensystem 54 auszugleichen. Hierzu wird der Rechnereinheit 42 in der Einrichtung 40 für das Einstellen der Position P des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Objektbereich 17 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 die erfasste Verlagerung ΔX, Δφ des Objekts 16 zugeführt. Die Rechnereinheit 42 berechnet hieraus dann ein dem OCT-System zugeführtes Steuersignal S_N, das bei einer Verlagerung ΔX, Δφ des Objekts 16 den OCT-Abtaststrahl 28 dem Objekt 16 nachführt.
Das Computerprogramm in der Rechnereinheit 42 weist hierfür eine Trackingroutine 92 auf, der die mit der Funktionseinheit 41 ermittelten Daten zu der Lage und Orientierung des Objekts 16 in Echtzeit zugeführt werden. Die Trackingroutine 92 aktualisiert dann die mittels der Grafikroutine 88 angezeigte Lage und Orientierung des Objektbereichvolumens 38. Das Objekt 16 und das mit dem OCT-Abtaststrahl 28 abgetastete Objektbereichvolumen 38 können auf diese Weise dann mittels der Grafikroutine 88 einer Beobachtungsperson ortsrichtig visualisiert werden.
Die 5a zeigt ein weiteres Anzeigefenster 74b‘ der Benutzeroberfläche 72 der Anzeigeeinheit 70 mit einer Anzeige des mit einem OCT-Abtaststrahl 28 abgetasteten Objektbereichs 17 in einem ersten Betriebszustand mit dem Grundkörper 84 des Operationsmikroskops 10, in dem das mit dem OCT-Abtaststrahl 28 abgetastete Objektbereichvolumen 38 in einem vorderen Abschnitt des als ein Patientenauge ausgebildeten Objekts 16 lokalisiert ist.
Die 5b zeigt ein Anzeigefenster 74b‘‘ der Benutzeroberfläche 72 der Anzeigeeinheit 70 mit einer Anzeige des mit einem OCT-Abtaststrahl 28 abgetasteten Objektbereichs 17 in einem weitere Betriebszustand, in dem sich das mit dem OCT-Abtaststrahl 28 abgetastete Objektbereichvolumen 38 in einem hinteren Abschnitt des Objekts 16 befindet.
Die in der 6 gezeigte weitere ophthalmologische Vorrichtung ist ebenfalls ein Operationsmikroskop 100. Soweit die Baugruppen und Elemente des Operationsmikroskops 100 den Baugruppen und Elementen des anhand der vorstehend beschriebenen 1, 2, 3, 4 und 5a sowie 5b entsprechen, sind diese in der 6 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorgenannten Figuren kenntlich gemacht.
Für das Einstellen des mit dem OCT-Abtaststrahls 28 abgetasteten Objektbereichs 17 gibt es in der Steuereinrichtung 40 für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 28 ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan 162 in Form eines chirurgischen Instruments, das in dem Objektbereich des Operationsmikroskops 10 verlagert werden kann. Mit der Bilderfassungseinrichtung 44 in dem Operationsmikroskop 100 wird der Ort des Abschnitts 164 des Steuerorgans 162 erfasst und mittels der Rechnereinheit 42 in ein Steuersignal für das Einstellen des OCT-Abtaststrahl abgetasteten Objektbereichvolumen 38 umgesetzt.
Um das Objektbereichvolumen 38 mit dem Modell 77 des Objekts 16 in dem zu dem Operationsmikroskop 10 ortsfesten Koordinatensystem 54 zu visualisieren, enthält das Computerprogramm in der Rechnereinheit 42 hier eine in der 4 gezeigte weitere Trackingroutine 94, die dem Baustein 85 mit der Routine für die Bedienkontrolle Steuersignale für das Steuern des Orts des Objektbereichvolumens 38 zuführt.
Zu bemerken ist, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweisen kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur in ein Operationsmikroskop sondern auch in ein Ophthalmoskop oder eine andere Untersuchungseinrichtung integriert sein.
Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale festzuhalten: Eine Vorrichtung 10, 100 für das Untersuchen eines Objekts 16 enthält ein OCT-System 26 für das Abtasten eines in einem Objektbereich 17 angeordneten Objektbereichvolumens 38 mit einem OCT-Abtaststrahl 28. In der Vorrichtung 10, 100 gibt es eine Einrichtung 40 für das Einstellen der Position P des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Objektbereich 17 abgetasteten Objektbereichvolumen 38. Die Einrichtung 40 für das Einstellen der Position P des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Objektbereich 17 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 weist eine Anzeigeeinheit 70 für das Visualisieren eines Modells 77 des Objekts 16 in dem Objektbereich 17 auf, mit der die Position P des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Objektbereich 17 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 in Bezug auf das Modell 77 des Objekts 16 zur Anzeige gebracht werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Einrichtung 40 für das Einstellen der Position P des mit dem OCT-Abtaststrahl 28 in dem Objektbereich 17 abgetasteten Objektbereichvolumens 38 auch eine Funktionseinheit 41 für das Erfassen einer Lage und/oder Orientierung X, φ des Objekts 16 sowie eine Rechnereinheit 42 enthalten, die aus der erfassten Lage und/oder Orientierung X, φ des Objekts 16 ein dem OCT-System zugeführtes Steuersignal S berechnet, um bei einer Verlagerung ΔX, Δφ des Objekts 16 den OCT-Abtaststrahl 28 dem Objekt 16 nachzuführen.
Bezugszeichenliste

10: Operationsmikroskop (Untersuchungsvorrichtung)
12: Beobachtungsstrahlengang
14: Beobachtungsstrahlengang
16: Objekt
17: Objektbereich
18: Mikroskophauptobjektiv
19: Sklera
20: Zoomsystem
21: Iris
22: Okulareinblick
24: Beleuchtungseinrichtung
26: OCT-System
28: OCT-Abtaststrahl
30: Scanspiegel
32: Scanspiegel
34: Stahlteiler
36: Stahlteiler
38: Objektbereichvolumen
39: Objektbereichvolumen-Abtastscan
40: Steuereinrichtung
42: Rechnereinheit
44: Bilderfassungseinrichtung
46: Bild
50: Koordinatensystem
52: Referenzbild
54: Koordinatensystem
60: Eingabeschnittstelle
64: Steuerorgan
65: Bedienelement
66: Abtastort
66a, 66b, 66c: translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad
68a, 68b, 68c: rotatorischer Bewegungsfreiheitsgrad
70: Anzeigeeinheit
72: Benutzeroberfläche
74a, 74b, 74c, 74d, 74b‘, 74b‘‘: Anzeigefenster
77: Modell
78: optische Achse
80: Richtung
82: Richtung
84: Grundkörper
85: Baustein
86: Initialisierungsstufe
88: Grafikroutine
90: Würfelstruktur
92: Trackingroutine
100: Operationsmikroskop (Untersuchungsvorrichtung)
162: Steuerorgan
164: Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0211155 A1 [0002]
EP 0815801 A1 [0002]
US 5321501 [0005]
WO 2006/10544 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ABC der Optik, Verlag Werner Dausien, Hanau/Main 1961 auf den Seiten 83–85 [0017]

Claims

Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges (16) mit einem OCT-System (26) für das Abtasten eines Objektbereichvolumens (38) mit einem OCT-Abtaststrahl (28) in einem Objektbereich (17) mit dem darin angeordneten Patientenauge (16); und mit einer Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) eine Anzeigeeinheit (70) für das Visualisieren eines Modells (77) des Patientenauges (16) in dem Objektbereich (17) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) in Bezug auf das Modell (77) des Patientenauges (16) anzuzeigen, wobei das Modell (77) des Patientenauges (16) ein an einen durch wenigstens teilweises Abtasten des Patientenauges (16) mit dem OCT-Abtaststrahl (28) gewonnenen dreidimensionalen Verlauf einer optischen Dichte des Patientenauges (16) angepasstes dreidimensionales CAD-Modell des Patientenauges (16) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) für das Steuern des OCT-Abtaststrahls (28) ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan (64, 162) enthält, um für das OCT-System (26) ein Steuersignal (S_V) für das Verlagern des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan (162) ein in dem Objektbereich (17) verlagerbares Operationsinstrument aufweist, das mit einem Positionserfassungssystem für das Erfassen der Position (P‘) eines in dem Objektbereich (17) angeordneten Abschnitts (164) des Operationsinstruments kombiniert ist, um durch Verlagern des Operationsinstruments in dem Objektbereich (17) das Steuersignal (S_V) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) einzustellen.
Vorrichtung für das Untersuchen eines Patientenauges (16) mit einem OCT-System (26) für das Abtasten eines Objektbereichvolumens (38) mit einem OCT-Abtaststrahl (28) in einem Objektbereich (17) mit dem darin angeordneten Patientenauge (16); und mit einer Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) eine Anzeigeeinheit (70) für das Visualisieren eines Modells (77) des Patientenauges (16) in dem Objektbereich (17) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) in Bezug auf das Modell (77) des Patientenauges (16) anzuzeigen, wobei die Einrichtung (40) für das Steuern des OCT-Abtaststrahls (28) ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan (64, 162) enthält, um für das OCT-System (26) ein Steuersignal (S_V) für das Verlagern des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) zu erzeugen; und wobei das Steuerorgan (162) ein in dem Objektbereich (17) verlagerbares Operationsinstrument umfasst, das mit einem Positionserfassungssystem für das Erfassen der Position (P‘) eines in dem Objektbereich (17) angeordneten Abschnitts (164) des Operationsinstruments kombiniert ist, um durch Verlagern des Operationsinstruments in dem Objektbereich (17) das Steuersignal (S_V) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (77) des Patientenauges (16) ein an einen durch wenigstens teilweises Abtasten des Patientenauges (16) mit dem OCT-Abtaststrahl (28) gewonnener dreidimensionaler Verlauf einer optischen Dichte des Patientenauges (16) angepasstes dreidimensionales CAD-Modell des Patientenauges (16) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan (64) ein an einer Basis (67) für das Bewegen in drei translatorischen (66a, 66b, 66c) und/oder drei rotatorischen (68a, 68b, 68c) Bewegungsfreiheitsgraden beweglich gelagertes Bedienelement (65) umfasst, das von einer Bedienperson mit den Fingern einer Hand relativ zu der Basis (67) verlagerbar ist, um das Steuersignal (S_V) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetastete Objektbereichvolumens (38) durch Verlagern des Bedienelements (65) relativ zu der Basis (67) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan (162) ein in dem Objektbereich (17) verlagerbares Operationsinstrument aufweist und ein Positionserfassungssystem (170) für das Erfassen der Position (P‘) eines in dem Objektbereich (17) angeordneten Abschnitts (164) des Operationsinstruments vorgesehen ist, um das Steuersignal (S_V) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) abgetastete Objektbereichvolumens (38) durch Verlagern des Operationsinstruments in dem Objektbereich (17) einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) eine Funktionseinheit (41) für das Erfassen einer Lage und/oder Orientierung (X, φ) des Patientenauges (16) in einem vorrichtungsfesten Koordinatensystem (54) und eine Rechnereinheit (42) enthält, die aus der erfassten Lage und/oder Orientierung (X, φ) des Patientenauges (16) ein dem OCT-System (26) zugeführtes Steuersignal (S_N) berechnet, um bei einer Verlagerung (ΔX, Δφ) des Patientenauges (16) den OCT-Abtaststrahl (28) dem Objekt (16) nachzuführen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung des nachfolgenden Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einer Rechnereinheit (42) ausgeführt wird: Visualisieren der Position (P) eines mit einem OCT-Abtaststrahl (28) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) in einem Objektbereich (17) mit einem darin angeordneten Patientenauge (16), wobei das mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetastete Objektbereichvolumen (38) mit einem Modell (77) des Patientenauges (16) visualisiert und die Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38) in Bezug auf das Modell (77) des Patientenauges (16) angezeigt wird, und wobei das Modell (77) des Patientenauges (16) ein an einen durch wenigstens teilweises Abtasten des Patientenauges (16) mit dem OCT-Abtaststrahl (28) gewonnener dreidimensionaler Verlauf einer optischen Dichte des Patientenauges (16) angepasstes dreidimensionales CAD-Modell des Patientenauges (16) ist.