DD261957A1

DD261957A1 - ARRANGEMENT FOR CATARAFRUIT DIAGNOSTICS

Info

Publication number: DD261957A1
Application number: DD30487387A
Authority: DD
Inventors: Carsten Schroedel; Walthard Vilser
Original assignee: Friedrich Schiller Uni Jena Bf
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1988-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kataraktfruehdiagnose, bestehend aus einem Beleuchtungssystem (2), das monochromatisches Licht (1) erzeugt, einem Beobachtungssystem und einem Messsystem. Mit dem Beleuchtungssystem (2) wird die Augenlinse (3) zur Emission von Fluoreszenzlicht (4) angeregt. Durch Wellenlaengenseparatoren (12), (13) (Interferenzfilter oder Monochromatoren) wird nur das von einer Augenlinse (3) emittierte Fluoreszenzlicht (4) von Lichtempfaengern (14), (15) registriert. Die Messung der Fluoreszenz erfolgt bei mindestens zwei biophysikalisch sinnvollen Wellenlaengen, die mit einer nachfolgenden elektronischen Signalverarbeitung eine Kataraktfruehdiagnostik unabhaengig von Stoereinfluessen wie Geometrie, Augenbewegung und Drift der Nachweiselektronik ermoeglicht. FigurThe invention relates to an arrangement for cataract diagnosis, consisting of an illumination system (2) which generates monochromatic light (1), an observation system and a measuring system. With the illumination system (2), the eye lens (3) for the emission of fluorescent light (4) is excited. By wavelength separators (12), (13) (interference filters or monochromators), only the fluorescent light (4) emitted by an eye lens (3) is registered by light receivers (14), (15). The measurement of the fluorescence takes place in at least two biophysically sensible wavelengths which, with a subsequent electronic signal processing, enable a cataract diagnosis independently of impact effects such as geometry, eye movement and drift of the detection electronics. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Anordnung zur Kataraktfrühdiagnose findet Anwendung bei der Diagnose von Katarakta an Patientenaugen in einem frühzeitigen Stadium ihrer Entwicklung. Durch die mögliche frühzeitige Diagnose der Erkrankungen können eine bessere medizinische Behandlung der Patienten und Verlaufskontrolle erfolgen.The cataract early diagnostic device is used in diagnosing cataracts on patient's eyes at an early stage of their development. The possible early diagnosis of the diseases can lead to better medical treatment of patients and follow-up.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In den Patentschriften US-PS 4171877 und DE-PS 3150124 C2 werden Spaltlampengeräte nach dem Scheinpflugprinzip beschrieben, mit denen Messungen an den vorderen Augenabschnitten, beispielsweise der Augenlinse, durchgeführt werden können.In the patent documents US-PS 4171877 and DE-PS 3150124 C2 slit lamp devices are described according to the pseudo-plow principle, with which measurements on the anterior eye sections, such as the eye lens, can be performed.

Insbesondere können die Krümmung der Vorderfläche der Hornhaut, Dicke der Hornhaut, Vorderkammertiefe, die geometrischen Abmessungen der Augenlinse und ihre verschiedenen Schichtungen, sowie die Grauabstufungen verschiedener Zonen erfaßt werden.In particular, the curvature of the front surface of the cornea, thickness of the cornea, anterior chamber depth, the geometrical dimensions of the crystalline lens and its various layers, as well as the gray scale of different zones can be detected.

Die Registrierung des an den Medien reflektierten und gestreuten Lichtes erfolgt mit einem optoelektronischen Bildwandler (DE-PS 3150124 C2), beispielsweise mit einer Fernsehkameraoder anderen Bildaufnahmesensoren, an die ein elektronischer Rechner zur Bildverarbeitung angeschlossen ist.The registration of the reflected and scattered at the media light is done with an optoelectronic image converter (DE-PS 3150124 C2), for example with a television camera or other image sensors to which an electronic computer for image processing is connected.

Dieses Verfahren wertet Fluoreszenzlicht zur Diagnose nicht aus.This method does not evaluate fluorescent light for diagnosis.

SCHNELL, G. A. (Dissertation, Bonn 1965) verwendet ein Spaltlampenmikroskop mit einer photographischen Aufnahmevorrichtung zur Dokumentation der Linsenfluoreszenz auf hochempfindlichem Filmmaterial. Durch anschließende densitometrische Auswertung der Diapositive wird mit Hilfe eines Spektrographen die topographische Verteilung der Linsenfluoreszenz bestimmt.SCHNELL, G.A. (Dissertation, Bonn 1965) uses a slit lamp microscope with a photographic recording device for the documentation of the lens fluorescence on highly sensitive film material. By subsequent densitometric evaluation of the slides, the topographic distribution of the lens fluorescence is determined with the aid of a spectrograph.

Dieses photographische Verfahren ist vergleichsweise aufwendig und bedarf, bedingt durch die Verwendung von Filmmaterial, der Eichung.This photographic process is comparatively complicated and, due to the use of film material, requires calibration.

In der Patentschrift DE-OS 3117699 A1 wird ein Fluorophotometer beschrieben, mit dessen Hilfe die Konzentration eines fluoreszierenden Indikators, beispielsweise Fluorescein, im Auge bestimmt wird.Patent specification DE-OS 3117699 A1 describes a fluorophotometer with the aid of which the concentration of a fluorescent indicator, for example fluorescein, in the eye is determined.

Das Gerät besteht aus einer Spaltlampe mit Abbildungsoptik zur Erzeugung eines das Auge durchsetzenden und damit Fluoreszenz hervorrufenden Lichtstrahles, einer linearen Photodiodenanordnung in einer Abtastebene zur Erfassung der Fluoreszenz entlang eines Wegesund einem Datenprozessor zum Erfassen der von der Photodiodenanordnung kommenden Daten, sowie zur Erzeugung einer Information über die Konzentration des fluoreszierenden Materials.The apparatus consists of a slit lamp with imaging optics for generating a light beam passing through the eye and thus causing fluorescence, a linear photodiode array in a scanning plane for detecting the fluorescence along a path and a data processor for detecting the data coming from the photodiode array, and generating information about the concentration of the fluorescent material.

Das Fluorophotometer arbeitet mit einem Fluoreszenzmarker, welcher dem Patienten intravenös verabreicht wird, und läßt Rückschlüsse auf pathologische Veränderungen der Blut-Kammerwasser-Barriere zu. Dieses invasive Verfahren ist prinzipiell für die Kataraktfrühdiagnostik nicht geeignet.The fluorophotometer operates with a fluorescent marker, which is administered to the patient intravenously, and allows conclusions about pathological changes of the blood-aqueous barrier. This invasive procedure is in principle not suitable for early cataract diagnostics.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch eine Anordnung eine Diagnosemöglichkeit zu schaffen, die hilft, Katarakta in ihrem Anfangsstudium sicher zu diagnostizieren.The object of the invention is to provide a diagnostic facility by means of an arrangement which helps to reliably diagnose cataracts in their initial study.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kataraktfrühdiagnose zu schaffen, die es ermöglicht, Katarakta in einem frühzeitigen Stadium ihrer Entwicklung zu diagnostizieren.The invention has for its object to provide an arrangement for cataract early diagnosis, which makes it possible to diagnose cataracts at an early stage of their development.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Augenlinse eines Patienten durch ein Beleuchtungssystem durch monochromatisches Licht bestimmter Wellenlängen zur Fluoreszenz angeregt wird. Das monochromatische Licht hat Wellenlängen von 320 nm bis 340 nm oder von 380 nm bis 390 nm oder von 430 nm bis 450 nm.The object is achieved in that an eye lens of a patient is excited by a lighting system by monochromatic light of certain wavelengths to fluorescence. The monochromatic light has wavelengths from 320 nm to 340 nm or from 380 nm to 390 nm or from 430 nm to 450 nm.

Das Beleuchtungssystem besteht aus einer Spektrallampe oder einem Laser.The lighting system consists of a spectral lamp or a laser.

Ein Linsensystem ist so auf die Augenlinse fokussiert, daß das Bild der Augenlinse auf vorzugsweise zwei Lichtempfängern abgebildet wird. Die Abbildung entspricht einem Meßstrahlengang. Zur Aufteilung des Meßstrahlenganges in vorzugsweise zwei Meßlichtanteile ist eine Baugruppe zur Strahlaufteilung, vorzugsweise ein Teilerwürfel, im Meßstrahlengang vor den Lichtempfängern angeordnet, wobei sich zwischen der Baugruppe zur Strahlaufteilung und jedem Lichtempfänger mindestens ein Wellenlängenseparator befindet. Die Wellenlängenseparatoren gewährleisten, daß nur die Lichtanteile der Weilenlängen oder die Lichtanteile der Spektralbereiche von den Lichtempfängern registriert werden, die von der Augenlinse als Fluoreszenzlicht emittiert werden.A lens system is focused on the eye lens so that the image of the eye lens is imaged on preferably two light receivers. The figure corresponds to a measuring beam path. For splitting the Meßstrahlenganges in preferably two Meßlichtanteile an assembly for beam splitting, preferably a splitter cube, arranged in the Meßstrahlengang in front of the light receivers, wherein there is at least one wavelength separator between the assembly for beam splitting and each light receiver. The wavelength separators ensure that only the light portions of the wavelengths or the light portions of the spectral ranges are registered by the light receivers emitted from the crystalline lens as fluorescent light.

Die Spektralbereiche der Wellenlängenseparatoren liegen in den Bereichen von 410nm bis440nm, und/oder von 450 nm bis 460 nm und/oder von 500 nm bis 520 nm.The spectral ranges of the wavelength separators are in the ranges from 410nm to 440nm, and / or from 450nm to 460nm, and / or from 500nm to 520nm.

Die Wellenlängenseparatoren sind Interferenzfilter oder Monochromatoren.The wavelength separators are interference filters or monochromators.

Die Lichtempfänger zur Registrierung der Lichtanteile sind CCD-Zeilen und/oder Sekundärelektronenvervielfacher.The light receivers for registering the light components are CCD lines and / or secondary electron multipliers.

embodiment

Die Anordnung zur Kataraktfrühdiagnose wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert:The arrangement for cataract early diagnosis will be explained with reference to an embodiment shown in the drawing:

Die Figur stellt die Anordnung zur Kataraktfrühdiagnose schematisch dar.The figure shows the arrangement for cataract early diagnosis schematically.

Gemäß der Figur wird monochromatisches Licht 1 aus einem Beleuchtungssystem 2, vorzugsweise einem Laser, auf eine Augenlinse 3 gestrahlt. Die Beleuchtung und Abbildung erfolgt nach dem bekannten Scheimpflugprinzip. Die in der Augenlinse 3 vorhandenen wellenlängenselektiven Chromophore werden bei geeigneter Wahl der Wellenlänge des monochromatischen Lichtes 1 des Beleuchtungssystemes 2 zur Fluoreszenz angeregt.According to the figure, monochromatic light 1 from an illumination system 2, preferably a laser, is irradiated onto an eye lens 3. The lighting and imaging is done according to the well-known Scheimpflug principle. The wavelength-selective chromophores present in the eye lens 3 are excited to fluorescence with a suitable choice of the wavelength of the monochromatic light 1 of the illumination system 2.

Vorzugsweise hat das monochromatische Licht 1 des Beleuchtungssystems 2 für die Diagnose von Katarakta Wellenlängen von 320 nm bis 340 ηm oder von 380 pm bis 390 nm oder von 430 nm bis 450 nm.Preferably, the monochromatic light 1 of the illumination system 2 for the diagnosis of cataracts has wavelengths of 320 nm to 340 ηm or from 380 pm to 390 nm or from 430 nm to 450 nm.

Das von dem angeregten Volumen der Augenlinse 3 emittierte Fluoreszenzlicht 4, welches in Abhängigkeit vom Kataraktstadium unterschiedliche Fluoreszenzintensitäten bei unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, wird durch ein Linsensystem 5 so verarbeitet, daß beispielsweise ein Klappspiegel 6 einen Beobachtungsstrahlengang 7 oder eine Meßstrahlengang 8 freigibt.The fluorescent light 4 emitted by the excited volume of the eye lens 3, which has different fluorescence intensities at different wavelengths depending on the cataract stage, is processed by a lens system 5 so that, for example, a folding mirror 6 releases an observation beam path 7 or a measuring beam path 8.

Eine Baugruppe zur Strahlaufteilung 9 in dem Meßstrahlengang 8 erzeugt vorzugsweise zwei Meßstrahlanteile 10 und 11, wobei sich in jedem Strahlengang der Meßstrahlanteile 10 und 11 Wellenlängenseparatoren 12 und 13 befinden, die nur für Licht der Wellenlängen oder für Licht der Wellenlängenbereiche durchlässig sind, das von der Augenlinse 3 als Fluoreszenzlicht 4 emittiertAn assembly for beam splitting 9 in the Meßstrahlengang 8 preferably produces two Meßstrahlanteile 10 and 11, wherein in each beam path of Meßstrahlanteile 10 and 11 wavelength separators 12 and 13 are permeable only to light of the wavelengths or light of the wavelength ranges, of the Eye lens 3 emitted as fluorescent light 4

Da das monochromatische Licht 1 des Beleuchtungssystems 2, das die Chromophore der Augenlinse 3 zur Fluoreszenz anregt, und das Fluoreszenzlicht 4 unterschiedliche Wellenlängen besitzen, wird mit dieser Anordnung von der Augenlinse reflektiertes Licht durch die Wellenlängenseparatoren 12 und 13 (vorzugsweise Interferenzfilter oder Monochromatoren) gesperrt und gelangt somit nicht auf die Lichtempfänger 14 und 15.Since the monochromatic light 1 of the illumination system 2, which excites the chromophores of the eye lens 3 to fluorescence, and the fluorescent light 4 have different wavelengths, with this arrangement light reflected from the eye lens is blocked by the wavelength separators 12 and 13 (preferably interference filters or monochromators) thus does not reach the light receivers 14 and 15.

Nur Fluoreszenzlicht 4 gelangt als Lichtanteil 16 und 17 auf die Lichtempfänger 14 und 15, die beispielsweise Sekundärelektronenvervielfacher und/oder CCD-Zeilen sein können.Only fluorescent light 4 passes as a light component 16 and 17 on the light receiver 14 and 15, which may be, for example, secondary photomultipliers and / or CCD lines.

Die Durchlaßbereiche der Wellenlängenseparatoren 12 und 13 liegen vorzugsweise bei den Wellenlängen 410nm bis 440 nm und/oder450nm bis460nm und/oder500nm bis520nm.The passbands of the wavelength separators 12 and 13 are preferably at the wavelengths 410nm to 440nm and / or 450nm to 460nm and / or 500nm to 520nm.

Bei Verwendung von Interferenzfiltern als Wellenlängenseparatoren 12 und 13, befinden sich diese zum schnellen Wechseln in einem Magazin 18. Bei Verwendung von Monochromatoren als Wellenlängenseparatoren 12 und 13 erfolgt eine schnelle und präzise Einstellung der Meßwellenlängen durch eine Schrittmotorsteuerung.When using interference filters as wavelength separators 12 and 13, these are for rapid change in a magazine 18. When using monochromators as wavelength separators 12 and 13, a fast and precise adjustment of the measurement wavelengths by a stepper motor controller.

Unter Ausnutzung natürlicher biophysikalischer Effekte können bisherige Mängel bei der Kataraktdiagnostik wie Streulichtanteil, störende Einflüsse der Geometrie, mangelnde Transmission der Linse, schlechte Reproduzierbarkeit ausgeschaltet werden und pathologische Veränderungen in den Augenmedien registriert und frühzeitig diagnostiziert werden.Taking advantage of natural biophysical effects, previous deficiencies in cataract diagnostics such as stray light, disturbing influences of geometry, lack of transmission of the lens, poor reproducibility can be eliminated and pathological changes in the ocular media can be registered and diagnosed at an early stage.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Kataraktfrühdiagnose besitzt den Vorteil, daß differenziert in verschiedenen Augenschichten Volumina beleuchtet werden können, so daß unter Einsatz von CCD-Zeilen als Lichtempfänger 14 und 15 tiefenabhängige Intensitätsprofile des von der Augenlinse 3 emittierten Fluoreszenzlichtes 4 aufgezeichnet werden können.The arrangement according to the invention for early cataract diagnosis has the advantage that differentiated volumes in different eye layers can be illuminated, so that depth-dependent intensity profiles of the fluorescent light 4 emitted by the eye lens 3 can be recorded by using CCD cells as light receivers 14 and 15.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das vom untersuchten Volumen der Augenlinse 3 fluoreszierende Licht durch vorzugsweise zwei Lichtempfänger 14 und 15 bei unterschiedlichen Wellenlängen registriert werden kann.A significant advantage of the invention is that the fluorescent light of the examined volume of the eye lens 3 can be registered by preferably two light receivers 14 and 15 at different wavelengths.

Die gleichzeitige Messung der Fluoreszenzintensitäten von mindestens zwei biophysikalisch sinnvollen Wellenlängen und eine elektronische Verarbeitung der Meßsignale (nicht dargestellt) der Lichtempfänger 14 und 15 liefert beispielsweise ein normiertesThe simultaneous measurement of the fluorescence intensities of at least two biophysically useful wavelengths and an electronic processing of the measurement signals (not shown) of the light receivers 14 and 15 provides, for example, a normalized

Signal als Meßergebnis. Das Ergebnis der Messung ist weitestgehend unabhängig von Störeinflüssen wie Einfallswinkel des monochromatischen Lichtes 1, Bewegung der Augenlinse 3, Drifterscheinungen der Lichtempfänger 14 und 15, Intensitätsschwankungen der Beleuchtungseinrichtung 2.Signal as measurement result. The result of the measurement is largely independent of disturbing influences such as angle of incidence of the monochromatic light 1, movement of the eye lens 3, drift phenomena of the light receivers 14 and 15, intensity fluctuations of the illumination device 2.

Eine Ausführungsvariante ist dadurch vorteilhaft, daß Lichtanteile 16 und 17 auf ein CCD-Chip mit mindestens zwei Zeilen gebracht werden, was zusätzlich thermischze Drifterscheinungen der Lichtempfänger 14 und 15 kompensiert. Bei Registrierung der Lichtanteile 16 und 17 durch Verwendung von Sekundärelektronenvervielfachern als Lichtempfänger 14 und 15 sind hochempfindliche Einzelpunktmessungen im Auge möglich. Vorteilhaft ist eine variable Positionierung des Beleuchtungssystems 2 zum punktweisen Abtasten der Augenlinse.An alternative embodiment is advantageous in that light components 16 and 17 are brought onto a CCD chip with at least two lines, which additionally compensates for thermally drift phenomena of the light receivers 14 and 15. When registering the light components 16 and 17 by using photomultipliers as light receivers 14 and 15, highly sensitive single-point measurements in the eye are possible. A variable positioning of the illumination system 2 for point-by-point scanning of the eye lens is advantageous.

Um alle Diagnosemöglichkeiten auszunutzen, ist es vorteilhaft, die Lichtanteile 16 und 17 durch Lichtempfänger 14 und 15 registrieren zu lassen, die aus je einer CCD-Zeile und von je einem Sekundärelektronenvervielfacher gebildet sind.To exploit all diagnostic options, it is advantageous to have the light components 16 and 17 registered by light receivers 14 and 15, which are each formed from one CCD line and one each from a secondary electron multiplier.

Claims

1. arrangement for cataract early diagnosis, consisting of a lighting system, a lens system with a module for light beam splitting, wavelength separators and light receivers, characterized in that an eye lens (3) of a patient is excited by a lighting system (2) for fluorescence, a lens system (5) is focused on the eye lens (3) which images the image of the eye lens (3) on at least two light receivers (15), (16), wherein for splitting a Meßstrahlenganges (8) on the light receiver (15), (16) after a Assembly for beam splitting (9) at least two wavelength separators (12), (13) are arranged, which are permeable only to light portions (16), (17) of the light wavelengths, or the spectral regions, which are emitted from the eye lens (3) as fluorescent light and registered by the respective light receiver (14), (15).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the illumination system (2) consists of a laser or a spectral lamp which emit light of a defined wavelength.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the assembly for beam splitting (9) preferably consists of a splitter cube, which divides the measuring beam path (8) preferably in two Meßlichtanteile (10), (11).

4. Arrangement according to claims 1, 2 and 3, characterized in that preferably two wavelength separators (12), (13) and two light receivers (15), (16) are used to evaluate fluorescent light (4).

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the light receiver (14), (15) are CCD lines and / or secondary electron multipliers.

6. Arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that the wavelength separators (12), (13) are preferably interference filters or monochromators.

7. Arrangement according to claims 1 to 6, characterized in that the monochromatic light (1) of the illumination system (2) light wavelengths from 320 nm to 340 nm or from 380 nm to 390 nm or from 430 nm to 450 nm and the spectral regions the wavelength separators (12), (13) are in the ranges from 410nm to 440nm and / or from 450nm to 460nm and / or from 500nm to 520nm.