NO173033B - Optikk for maaling av krummingsvariasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår optikk for å bestemme krummingen eller variasjoner i krummingen av et objekts overflate.

Uten å utelukke andre anvendelser gjelder oppfinnelsen særlig bestemmelse av krummingsvariasjon av et øyes cornea (hornhinne) i dennes sentrale område under kirurgisk behandling av denne, særlig ved fotoablasjon eller -dekomposisjon ved hjelp av for eksempel det kirurgiske instrument som er beskrevet i norsk patentsøknad nr. 883043 eller EP-A 0 191 688 og som spe-sielt er tilpasset inngrep i corneas sentrale soner med utstrekning opp til et par millimeter i diameter.

Et slikt kirurgisk instrument er konstruert for å kunne endre kurveformen av cornea ved fotodekomposisjon av corneasubstansen. Det vites at visse lidelser såsom myopi (nærsynthet), hypermetropi (overlangsynthet) og visse former av astigmatisme kan korrigeres ved å utføre et operativt inngrep som endrer corneas kurveform.

Under en slik kirurgisk behandling er det essensielt

å kunne bestemme både nøyaktig, pålitelig og raskt under selve behandlingen hvordan krummingen varierer over det sentrale område av cornea for under hvert behandlingstrinn å kunne måle virkningen av ablasjonen eller dekomposisjonen av corneasubstansen og ut fra de målte data å påvirke det neste trinn slik at enhver risiko for å overskride en forhåndsbestemt krummingsendring ved det operative inngreps avslutning hindres.

Foreliggende oppfinnelse kommer her inn i bildet med et optisk system eller optikk som nettopp tillater en presis, pålitelig og rask bestemmelse av corneakrummingen og dennes endringer under en kirurgisk behandling, eller mer generelt tilsvarende bestemmelse av overflatekrummingen av et objekt som ønskes modifisert. Særlig er oppfinnelsens optikk egnet til slik krummingsbestemmeIse av en objektsone med liten utstrekning og som plasseres sentralt i forhold til optikkens sentrale optiske hovedakse. Det optiske system ifølge oppfinnelsen er særlig kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristik-ken i det etterfølgende krav 1. Ytterligere fordeler og karak-teristiske særtrekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de underord-nede krav.

Optikken er slik bygget opp at den benyttede lyskilde og detektororganene kan byttes om.

I samsvar med en første funksjonsmåte (keratometri)

er den andre fokuseringsoptikk forskyvbar mellom to ytterstil-linger slik at dens fokus etter tur kan bringes til å sammenfalle med krummingssentrum for en aktuell del av objektets krumme flate vendt mot optikken og selve denne flate, idet innstillingen av fokuseringsoptikken som kan være en enkelt linse, skjer ved at det oppnås en skarpest mulig avbildning i motsatt ende av optikkens strålegang. Den avstand som den andre fokuseringsoptikk må forskyves gir på denne måte et mål for krummingsradius (eller krummingsradiene hvis det dreier seg om astigmatisk brytning på en torisk overflate) for et bestemt mindre område av objektflaten.

Ifølge en andre funksjonsmåte (differensiell keratometri) plasseres den andre fokuseringsoptikk slik at fokus sammenfaller med objektflatens krumningssentrum (eller sentrum for én av krumningsradiene) for en bestemt del av objektflaten, idet dette innstillingspunkt finnes ved skarphetsinnstilling ved betraktning av optikkens visningsenhet. Hvis objektflaten skal gjennomgå en krumningsendring vil dette foregå i trinn: Etter det første trinn forskyves den andre fokuseringsoptikk til fokusering i det nye krumningssentrum, og forskjellen mellom de to innstil-linger gir da et mål på hvor mye krumningsradien er endret etter dette modifikasjonstrinn.

Ifølge en tredje funksjonsmåte (også differensiell keratometri) holdes den andre fokuseringsoptikk på ett og samme sted mens den utførte krummingsendring av objektflaten bestemmes ut fra en analyse av formendringen av en lysflekk på visningsenheten, fremkommet som følge av deteksjon og avbildning i motsatt ende av optikkens lysgang.

Ifølge et særlig karakteristisk trekk ved oppfinnelsen kan optikkens detektororganer omfatte en stav eller et git-ter av fotodioder.

Ifølge andre særtrekk ved oppfinnelsen kan den første fokuseringsoptikk bestå av en kollimatorlinse, den andre fokuseringsoptikk kan være en samlelinse, og den tredje kan være én enkelt linse eller et sammensatt linsesystem beregnet for å gi en forstørret avbildning som også er tilpasset optikkens detektororganer.

Videre kan den benyttede lyskilde være en laserdiode eller en lysdiode, eventuelt tilkoplet en optisk fiberleder.

Endelig kan detektororganene stå i direkte forbindelse med en passende visningsenhet.

Oppfinnelsens optiske system eller optikk skal nå gjennomgås i detalj med støtte i figurene, hvor fig. 1 viser en skjematisk oversikt av systemets lysgang, og fig. 2 viser et forstørret utsnitt av området A til høyre på fig. 1, idet figu-ren illustrerer hvordan systemet eller optikkens brukes.

Oppfinnelsens optiske system omfatter, for å kunne bestemme variasjon eller absolutt verdi av krummingen av en del av et objekts overflate, særlig et øyes cornea under kirurgisk operativt inngrep for endring av corneas krumming, for eksempel ved fotodekomposisjon, en lyskilde 1 som i en bestemt retning kan sende ut en lysstråle 2a. Hovedsakelig av energihensyn, men også for at lyskilden skal være punktformet, er det fordel-aktig å benytte en laserdiode eller en lysemitterende diode, eventuelt tilkoplet en fiberoptisk leder.

Videre omfattes en første fokuseringsoptikk 3 som

for eksempel kan bestå av en kollimatorlinse som avbøyer den divergerende lysstråle 2a fra lyskilden 1 til en parallell lysstråle 2b sentrert rundt en optisk tverrakse 5.

Et halvgjennomsiktig og følgelig halvreflekterende speil 4 er plassert skrått i strålegangen for lysstrålen 2b,

i det viste eksempel i 45° i forhold til den optiske tverrakse 5 slik at lysstrålen 2b delvis reflekteres til en ny lysstråle 2c hvis optiske akse, optikkens hovedakse 6, blir liggende nor-malt på tverraksen 5.

En andre fokuseringsoptikk 7 kan for eksempel bestå av en samlelinse, og i denne brytes den parallelle lysstråle 2c fra speilet 4 slik at strålen samles i et brennpunkt 8 som ved forskyvning av linsen 7 kan bringes til å sammenfalle med krummingssentrum C for en bestemt del av det aktuelle objekts 9 overflate vendt mot linsen 7. Forskyvningen av linsen 7 skjer som antydet med en dobbelpil F parallelt med den optiske hovedakse 6.

En tredje fokuseringsoptikk 10 plassert på motsatt side av det halvgjennomsiktige speil 4 kan utgjøres av en samlelinse. Lenger ute i strålegangen og på samme side av speilet 4 som den tredje fokuseringsoptikk kan en fjerde fokuseringsoptikk 14 såsom i form av et mikroskopobjektiv innskytes. I det viste eksempel mottar først linsen 10 en reflektert sekun-dærstråle 2d fremkommet ved refleksjon av den reflekterte primærstråle 2c fra objektets 9 overflate og påfølgende delvis passering av det skråstilte speil 4. Etter fokusering utenfor linsen 10 passerer strålen mikroskopobjektivet 14 for ny fokusering på eller i detektororganer 11 hvor objektet 9 avbildes som en avbildning 12. Detektororganene 11 kan bestå av en stav av fotodioder. Endelig er det til venstre på fig. 1 vist en visningsenhet 15 koplet til diodedetektoren (detektororganene 11).- Det viste optiske system er resiprokt ved at elementene l-2a, 3-2b-5 og 2d-10-14-12-15 kan byttes om.

Virkemåten for det optiske system eller optikken ifølge den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives med særlig henvisning til fig. 2: En første funksjonsmåte (keratometri) bygger på at linsen 7 befinner seg i en bestemt posisjon P, på fig. 2 vist som et punkt på den optiske hovedakse 6, og denne posisjon bringer linsens 7 fokus eller brennpunkt 8 til å sammenfalle med et krummingssentrum C for et bestemt område av objektets 9 motstående overflate. I linseposisjonen P reflekterer objekt-overflaten den fokuserte primærstråle 2c på objektsiden av linsen 7 slik at det på speilsiden av denne og i motsatt retning av den innfallende primærstråle 2c går en lysstråle 2d som delvis passerer speilet 4 og i enden av lysgangen danner avbildningen 12 i eller på fotodiodedetektoren 13. Fininnstilling av linsens 7 posisjon for å finne posisjonen P foregår ved at detektoren 13 betraktes, og riktig innstilling er når det minste antall fotodioder, indikert på visningsenheten 15, lyser. I en annen posisjon av linsen 7, men som imidlertid ikke er vist på fig. 2, kan brennpunktet 8 bringes til å sammenfalle med det såkalte nærpunkt S sentralt på objektflaten, og fininnstilling for å bringe linsen 7 til eksakt fokusering i dette punkt foregår på samme måte ved skarpinnstilling av den avbildning som vises på visningsenheten 15. Avstanden mellom posisjonen P og den posisjon som gir fokusering i nærpunktet S er lik krummingsradius i dette punkt, dvs. avstanden S-C. Hvis objektet 9 i nærpunktet ikke har en ren sfærisk form, men hvor objektflaten er en del av en torisk flate, kan en slik flates to krummingsradier finnes ved skarpinnstilling på først den ene og så den andre av de kryssende fokallinjer som da fremkommer og deretter måle avstanden mellom de tilhørende linseposisjoner for å få et mål på objektets astigmatisme i dette punkt på over-flaten.

En annen funksjonsmåte (differensiell keratometri)

går på samme måte ut fra en første innstilling av linsen 7 til posisjonen P som tilsvarer fokusering i nærpunktets S krummingssentrum C, men hvis det som følge av det aktuelle operative inngrep i objektet skjer en endring av objektoverflatens krumming og følgelig et nytt krummingssentrum C, oppstår, kommer dette til syne i avbildningen 12 og på visningsenheten 15.

Ved forskyvning av linsen 7 slik at det oppnås en skarpinnstilling av avbildningen 12 finnes det nye krummingssentrum .C^, idet dette punkt tilsvarer en'ny posisjon P^ for linsen 7. Avstanden mellom posisjonen P og posisjonen P^ er i det viste eksempel d, og denne avstand er den samme som avstanden mellom de to krummingssentra C henholdsvis C^. Den krummingsendring som således er utført i for eksempel et første trinn av et operativt inngrep er dermed bestemt og kan ligge til grunn for et eventuelt neste operativt trinn.

Ifølge en tredje funksjonsmåte (likeledes for differensiell keratometri) holdes linsen 7 som tidligere omtalt i én og samme posisjon P eller i posisjonen P^. Krummingsendringen, dvs. forflytningen av krummingssentrum bestemmes i dette til-felle ut fra analyse av endringen i avbildningen 12.

Linseforskyvningen kan utføres manuelt eller ved hjelp av en ikke vist motor, eventuelt kan en slik motor være koplet til detektororganene innenfor et reguleringssystem slik at det oppnås en automatisk fokusering slik som kjent fra blant annet fotografiapparater.

Det optiske system eller den optikk som ifølge oppfinnelsen her er vist og beskrevet og som kan kalles et keratometer, kan være sammenbygget med et kirurgisk instrument for inngrep i et øyes cornea. De data som dette keratometer for-midler kan prosesseres i datamaskin for å tilpasse hvert på-følgende operativt trinn til det resultat som er oppnådd i de foregående trinn, og likeledes kan en datamaskin med tilhørende lager benyttes til registrering og kartlegging av corneakrum-mingens variasjon innenfor større måleserier.

Claims (6)

1. Optisk system for måling av krummingen eller krum-mingsvariasjoner av et objekts (9) overflate i et overflate-område med liten diameter, omfattende: - en lyskilde (1), - en første fokuseringsoptikk (3) innrettet for å omdanne den primærlysstråle (2a) som sendes ut fra lyskilden (I) og som danner en divergerende strålebunt, til en parallell stråle som danner en første lysstråle (2b), - et halvreflekterende element (4) som er plassert i banen til den første lysstråle (2b) for å omdanne denne lysstråle (2b) til en andre lysstråle (2c), - en andre fokuseringsoptikk (7) innrettet for å motta den andre lysstråle (2c) og fokusere denne i retning mot objektet (9), idet dette reflekterer noe av lysstrålen (2c) tilbake mot den andre fokuseringsoptikk (7) og videre mot det halvreflekterende element (4) i form av en tredje lysstråle (2d), - en tredje fokuseringsoptikk (10) innrettet for å motta den tredje lysstråle (2d) fra det halvreflekterende element (4) og fokusere denne, - detektororganer (11) innrettet for å motta den tredje lysstråle (2d) etter dennes fokusering, idet denne fokuserte lysstråle danner en avbilding (12) av objektet (9) på/i detektororganene (11), og - en visningsenhet (15) koplet til detektororganene (II) , KARAKTERISERT VED: - at den andre og den tredje lysstråle (2c hhv. 2d) er parallelle lysstråler, - at den andre fokuseringsoptikk (7) omfatter en samlelinse som kan forskyves parallelt med den andre lysstråles (2c) stråleretning slik at denne stråles avbildingsfokus (8) kan bringes til i det minste hovedsakelig å sammenfalle med objektets (9) overflate (S) eller krummingssentrum (C), og at - visningsenheten (15) er innrettet for visning av avbildingen (12) når den andre fokuseringsoptikk (7) forskyves mellom to stillinger i hvilke avbildingen (12) er skarpt fokusert, hvoretter krummingen eller krummingsvariasjonen kan utledes fra forskyvningen av den andre fokuseringsoptikk (7) mellom de to posisjoner.

2. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at detektororganene (11) danner en sammenstilling av fotodioder.

3. System ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den tredje fokuseringsoptikk (10) er koplet til en fjerde fokuseringsoptikk (14) som er anordnet mellom den tredje fokuseringsoptikk (10) og detektororganene (11) i form av sammenstillingen av fotodioder, for å frembringe en avbilding (12) hvis dimensjo-ner er tilpasset fotodiodesammenstillingen.

4. System ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at den tredje fokuseringsoptikk (10) omfatter en samlelinse.

5. System ifølge ett av kravene 1-4, KARAKTERISERT VED at den første fokuseringsoptikk (3) omfatter en kollimatorlinse.

6. System ifølge ett av kravene 1-5, KARAKTERISERT VED at lyskilden (1) omfatter en laserdiode eller en lysemitterende diode, eventuelt tilkoplet en fiberoptisk kabel.