DE102014222629A1 - Examine an object with OCT scanning light beams - Google Patents
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- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) für das Untersuchen eines Objekts (16) mit einem OCT-System (26) für das Abtasten eines in einem Objektbereich (17) angeordneten Objektbereichvolumens (38) mit einem OCT-Abtaststrahl (28). In der Vorrichtung (10) gibt es eine Einrichtung (40) für das Einstellen der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (28) in dem Objektbereich (17) abgetasteten Objektbereichvolumens (38). Erfindungsgemäß weist 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 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) 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.The invention relates to a device (10) for examining an object (16) with an OCT system (26) for scanning an object area volume (38) arranged in an object area (17) with an OCT scanning beam (28). In the device (10) there is a device (40) for adjusting the position (P) of the object area volume (38) scanned with the OCT scanning beam (28) in the object area (17). According to the invention, the means (40) for adjusting the position (P) of the object area volume (38) scanned with the OCT scanning beam (28) in the object area (17) comprises a display unit (70) for visualizing a model (77) of the object (16) in the object area (17), with which the position (P) of the object area volume (38) scanned with the OCT scanning beam (28) in the object area (17) with respect to the model (77) of the object (16 ) can be displayed. Alternatively or additionally, the device (40) for adjusting the position (P) of the object area volume (38) scanned with the OCT scanning beam (28) in the object area (17) can comprise a functional unit (41) for detecting a position and / or Orientation (X, φ) of the object (16) and a computer unit (42) which calculates from the detected position and / or orientation (X, φ) of the object (16) a control signal (S) supplied to the OCT system, in order to track the OCT scanning beam (28) to the object (16) during a displacement (ΔX, Δφ) of the object (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Untersuchen eines Objekts mit einem OCT-System für das Abtasten eines in einem Objektbereich angeordneten Objektbereichvolumens mit einem OCT-Abtastlichtstrahl 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 Verfahren zum Visualisieren der Position (P) eines mit einem OCT-Abtastlichtstrahl in einem Objektbereich abgetasteten Objektbereichvolumens sowie ein Verfahren zum Einstellen der Position (P) eines mit einem OCT-Abtastlichtstrahl abgetasteten Objektbereichvolumens in einem Objektbereich. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln für das Durchführen dieser Verfahren.The invention relates to a device for examining an object with an OCT system for scanning an object area volume arranged in an object area with an OCT scanning light beam and with a device for adjusting the position (P) of the OCT scanning light beam in the object area scanned object area volume. Moreover, the invention also relates to a method for visualizing the position (P) of an object area volume scanned with an OCT scanning light beam in an object area, and a method for adjusting the position (P) of an object area volume scanned with an OCT scanning light beam in an object area. Moreover, the invention relates to a computer program with program code means for carrying out these methods.
Aus der der
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 Ic, 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.An OCT system uses optical coherence tomography to enable the non-invasive measurement and visualization of structures within a tissue. In particular, as an optical imaging technique, optical coherence tomography allows to produce slice or volume images of micrometer-resolution biological tissue. A corresponding OCT system comprises a source of temporally incoherent and spatially coherent light having a coherence length I c , which is supplied to a sample beam path and a reference beam path. The sample beam path is directed to the tissue to be examined. In the OCT system, laser radiation, which is reflected back into the sample beam path due to scattering centers in the tissue, is superimposed with laser radiation from the reference beam path. The overlay creates an interference signal. From this interference signal, the position of scattering centers for the laser radiation in the examined tissue can be determined.
Für OCT-Systeme ist das Bauprinzip des "Time-Domain OCT" und des "Fourier-Domain OCT" bekannt.For OCT systems, the construction principle of "Time-Domain OCT" and "Fourier-Domain OCT" is known.
Der Aufbau eines "Time-Domain OCT" ist beispielsweise in der
Ein "Fourier-Domain OCT" ist beispielsweise in der
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.Although known OCT systems make it possible, by adjusting the length of the reference beam path in the direction of the optical axis of the OCT scanning light beam, to displace the scanning zone detected with the OCT scanning light beam in an object area and manually scanning the OCT scanning light beam perpendicular to the optical axis To move directions over the object area volume. In this way, structures of a patient's eye such. For example, the retina, which has a low depth extension, can be visualized with good resolution and high contrast. However, where the structures of the patient's eye have a large area and depth extent, such as in the area of the cornea, capsule sac or sclera, it is very difficult for an observer, such as an ophthalmologist or surgeon, to adjust the length of the reference beam path in The OCT system reliably detects the physiological structures. To find and recognize the physiological structures of the cornea, the sclera and the capsular bag with an OCT system, observers rely so far solely on their experience and their anatomical knowledge.
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. Although it is possible to computationally assemble a large number of object area volumes detected with an OCT scanning light beam of high resolution from an object, and thereby visualize a three-dimensional panoramic image of an extended area of an object. For this, however, it is necessary to record many measurement data. This is very time consuming and makes it possible to examine a moving object in real time, e.g. B. difficult in a current operation operator.
Aufgabe der Erfindung ist es, einer Bedienperson das Untersuchen von ausgewählten Bereichen eines Objekts mit dem OCT-Abtastlichtstrahlen eines OCT-Systems zu ermöglichen.The object of the invention is to enable an operator to examine selected areas of an object with the OCT scanning light beams of an OCT system.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 10 angegebene Vorrichtung und die in den Ansprüchen 14 und 15 angegebenen Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the device specified in
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.By adjusting the position (P) of an object area volume scanned with the OCT scanning light beam in the object area, the invention means adjusting the three-dimensional position and / or orientation of such a volume scannable with an OCT scanning light beam.
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.The invention is based in particular on the idea that OCT systems with suitable sensor technology are capable of detecting an extended object area with OCT scanning light beams rapidly and with a high resolution.
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.For examining an object with an OCT scanning light beam from an OCT system, the invention proposes that the position (P) of the object area volume scanned with the OCT scanning light beam in the object area be set with a device comprising a display unit for visualizing a Model of the object in the object area configured to display the position (P) of the object area volume scanned with the OCT scanning beam in the object area with respect to the model of the object. This measure allows an operator to visually and immediately perceive an object area volume scanned with an OCT scanning light beam in an object.
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.A model of an object arranged in the object area in the sense of the invention is a three-dimensional data record with information about an actual or assumed spatial extent of three-dimensional structures of the object.
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 (SN) berechnet, um bei einer Verlagerung (ΔX, Δφ) des Objekts (
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.The detection of the position and / or orientation of an object in the present case means the determination of the coordinates of a coordinate system fixed to the object in a device-fixed coordinate system of a device, with respect to which the object can be displaced. The coordinate system of the object and / or the coordinate system of the device can be a three-dimensional coordinate system or else only a two-dimensional coordinate system.
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
Die Einrichtung für das Steuern des OCT-Abtastlichtstrahls enthält bevorzugt ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan, um für das OCT-System damit ein Steuersignal (SV) für das Verlagern des mit dem OCT-Abtaststrahl abgetasteten Objektbereichvolumens zu erzeugen.The means for controlling the OCT scanning light beam preferably includes an operator-operable control means to thereby generate for the OCT system a control signal (S V ) for displacing the object area volume scanned with the OCT scanning beam.
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 (SV) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl abgetasteten Objektbereichvolumens durch Verlagern des Bedienelements relativ zu der Basis einzustellen.The controller can do this z. B. a movably mounted on a base for moving in three translational and / or three rotational degrees of freedom of movement control, which is displaceable by an operator with the fingers of a hand relative to the base to the control signal (S V ) for moving the Adjusting the position (P) of the object area volume scanned with the OCT scanning beam by displacing the operating element relative to the base.
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 (SV) für das Verlagern der Position (P) des mit dem OCT-Abtaststrahl (
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments schematically illustrated in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Die in der
Die Vorrichtung für das Untersuchen eines Objekts
In dem Operationsmikroskop
Die Rechnereinheit
In der Steuereinrichtung
Das Koordinatensystem
Das Computerprogramm in dem Programmspeicher der Rechnereinheit
Für das Einstellen des mit dem OCT-Abtaststrahls
Die Steuereinrichtung
Die
Mit dem OCT-Abtastlichtstrahl können das OCT-Abtastlicht streuende Streuzentren an einem zonenförmigen Abtastort
Mit dem Computerprogramm in dem Programmspeicher der Rechnereinheit
Die
Das Anzeigefenster
In dem Anzeigefenster
Die
Das Objekt
Die Steuereinrichtung
Das Computerprogramm in der Rechnereinheit
Die
Die
Die in der
Für das Einstellen des mit dem OCT-Abtaststrahls
Um das Objektbereichvolumen
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.It should be noted that a device according to the invention can also have combinations and subcombinations of features of the embodiments described above. A device according to the invention can be integrated not only in a surgical microscope but also in an ophthalmoscope or another examination device.
Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale festzuhalten: Eine Vorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Operationsmikroskop (Untersuchungsvorrichtung) Surgical microscope (examination device)
- 1212
- Beobachtungsstrahlengang Observation beam path
- 1414
- Beobachtungsstrahlengang Observation beam path
- 1616
- Objekt object
- 1717
- Objektbereich Property area
- 1818
- Mikroskophauptobjektiv Microscope main objective
- 1919
- Sklera sclera
- 2020
- Zoomsystem Zoom system
- 2121
- Iris iris
- 2222
- Okulareinblick eyepiece
- 2424
- Beleuchtungseinrichtung lighting device
- 2626
- OCT-System OCT system
- 2828
- OCT-Abtaststrahl OCT scanning beam
- 3030
- Scanspiegel scanning mirror
- 3232
- Scanspiegel scanning mirror
- 3434
- Stahlteiler beam splitter
- 3636
- Stahlteiler beam splitter
- 3838
- Objektbereichvolumen Object area volume
- 3939
- Objektbereichvolumen-Abtastscan Object area volume Abtastscan
- 4040
- Steuereinrichtung control device
- 4242
- Rechnereinheit computer unit
- 4444
- Bilderfassungseinrichtung Image capture device
- 4646
- Bild image
- 5050
- Koordinatensystem coordinate system
- 5252
- Referenzbild reference image
- 5454
- Koordinatensystem coordinate system
- 6060
- Eingabeschnittstelle Input interface
- 6464
- Steuerorgan control element
- 6565
- Bedienelement operating element
- 6666
- Abtastort scanning location
- 66a, 66b, 66c66a, 66b, 66c
- translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad translational freedom of movement
- 68a, 68b, 68c68a, 68b, 68c
- rotatorischer Bewegungsfreiheitsgrad rotational freedom of movement
- 7070
- Anzeigeeinheit display unit
- 7272
- Benutzeroberfläche user interface
- 74a, 74b, 74c, 74d, 74b‘, 74b‘‘ 74a, 74b, 74c, 74d, 74b ', 74b "
- Anzeigefenster display window
- 7777
- Modell model
- 7878
- optische Achse optical axis
- 8080
- Richtung direction
- 8282
- Richtung direction
- 8484
- Grundkörper body
- 8585
- Baustein building block
- 8686
- Initialisierungsstufe initialization
- 8888
- Grafikroutine graphic routine
- 9090
- Würfelstruktur cube structure
- 9292
- Trackingroutine tracking routine
- 100100
- Operationsmikroskop (Untersuchungsvorrichtung) Surgical microscope (examination device)
- 162162
- Steuerorgan control element
- 164164
- Abschnitt section
- 170170
- Positionserfassungssystem Position detection system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0815801 [0002] EP 0815801 [0002]
- US 5321501 [0005] US 5,321,101 [0005]
- WO 2006/10544 A1 [0006] WO 2006/10544 A1 [0006]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- ABC der Optik, Verlag Werner Dausien, Hanau/Main 1961 auf den Seiten 83–85 [0017] ABC of optics, publishing house Werner Dausien, Hanau / Main 1961 on the sides 83-85 [0017]
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2014
- 2014-11-05 DE DE102014222629.5A patent/DE102014222629A1/en not_active Withdrawn
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Non-Patent Citations (1)
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