DE102007008375B3 - Implantierbares System zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfes durch optische Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte - Google Patents

Implantierbares System zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfes durch optische Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein implantierbares System zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfs in einem künstlichen Akkommodationssystem durch optische Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte umfassend a) wenigstens ein optisches System (3), b) wenigstens ein Informationserfassungssystem (8) mit Mitteln zur Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte mindestens an einem Auge als körpereigenes Steuersignal für den Akkommodationsbedarf, c) wenigstens ein Informationsverarbeitungssystem (9) zwecks Erzeugung eines Stellsignals für das optische System (3) aus den erfassten körpereigenen Steuersignalen und/oder zwecks Umschaltung in den Stand-by-Modus, d) wenigstens ein Energieversorgungssystem (10) und e) wenigstens ein Befestigungssystem, wobei das System zur Erfassung des durch die Pupille einfallenden Lichtes einen Sensor oder mehrere Sensoren mit Sensorelementen zur Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte aufweist, wobei der Sensor oder die mehreren Sensoren hinter der Iris angeordnet sind.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein implantierbares System zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfes in einem künstlichen Akkommodationssystem durch optische Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte und dessen Verwendung zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit.
  • Das menschliche Auge ist ein optisches System, das mit Hilfe mehrerer lichtbrechender Grenzflächen Objekte scharf auf der Netzhaut (retina) abbildet. Hierbei passieren die Lichtwellen die Hornhaut (cornea), das Kammerwasser in der Vorderkammer (camera anterior bulbi), die Linse (lens crystallina) und den Glaskörper in der Hinterkammer (camera vitrea bulbi), die alle unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Ändert sich die Gegenstandsweite des betrachteten Objektes, ist es für eine Abbildung mit gleich bleibender Schärfe auf der Netzhaut notwendig, das sich das Abbildungsverhalten des optischen Systems ändert. Beim menschlichen Auge wird dies durch eine Verformung der Linse mit Hilfe des Ziliarmuskels (musculus ciliaris) realisiert, wodurch sich im Wesentlichen die Form und die Lage der Linsenvorder- und -rückseite ändern (Akkommodation). Bei einem intakten Akkommodationssystem eines jugendlichen Menschen kann so die Scheitelbrechkraft des Systems zwischen Ferneinstellung (desakkommodierter Zustand) und Naheinstellung (akkommodierter Zustand) um 14 dpt (Akkommodationsbreite) verändert werden. Dadurch können bei einem normalsichtigen (emmetropen) jugendlichen Menschen Objekte, die sich zwischen dem im Unendlichen liegenden Fernpunkt und dem sich in etwa 7 cm vor der Hornhaut liegenden Nahpunkt befinden, scharf auf der Netzhaut abgebildet werden.
  • Da die Fähigkeit des menschlichen Auges zur Akkommodation mit zunehmendem Alter abnimmt, sind eine Anzahl von künstlich implantierbaren Linsensystemen mit variabler Brennweite entwickelt worden.
  • Bei potentiell akkommodierenden Intraokularlinsen handelt es sich um Linsen oder Linsensysteme, die nach operativer Entfernung der natürlichen Linse anstelle dieser eingesetzt und vorwiegend im Kapselsack befestigt werden. Durch eine noch vorhandene, jedoch geringe Restkontraktion des Ziliarmuskels, soll über eine Haptik eine axiale Verschiebung der Linse erreicht werden.
  • Aus der DE 10 2005 038 542 A1 ist eine Vorrichtung zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit bekannt, welche ein optisches System, ein Informationssystem zwecks Erfassung der körpereigenen Steuersignale für Pupillenweite oder Augenmotorik oder Akkommodation oder eine Kombination der genannten Steuersignale, ein informationsverarbeitungssystem zwecks Erzeugung eines Stellsignals für das optische System aus den erfassten körpereigenen Steuersignalen, ein Energieversorgungssystem und ein Befestigungssystem umfasst.
  • In der WO 2002/085245 A2 wird ein Gerät zur Verbesserung der Sehschärfe beschrieben. Dieses Gerät umfasst dynamische Elemente, welche in das Auge implantiert werden sowie eine Kontrolleinheit, welche die dynamischen Elemente veranlasst, die Pupille zu verengen oder zu erweitern.
  • Alternativ oder zusätzlich werden die gewünschten Verbesserungen der Sehschärfe auch durch andere Mittel erreicht. Beispielsweise können die dynamischen Elemente eine Blende mit einem Loch variabler Größe enthalten. Die Kontrolleinheit passt den Durchmesser des Loches vorzugsweise an, um die optischen Effekte anlog zu jenen zu erlangen, welche aufgrund von Wechseln in den Pupillendurchmessern auftreten.
  • Alternativ dazu enthalten die dynamischen Elemente eine pharmazeutische Substanz, welche in der Lage ist, den Durchmesser der Pupillen zu regulieren, während die Kontrolleinheit oder ein anderer Mechanismus die Abgabe der Substanz freigibt, um aktiv den Pupillendurchmesser zu kontrollieren.
  • Aus der US 4,373,218 A ist eine intraokulare Linse bekannt. Diese umfasst einen durch Flüssigkeit zu erweiternden Beutel zur Aufnahme einer Flüssigkeit. Der durch die Flüssigkeit zu erweiternde Beutel umfasst einen Linsenanteil und einen Röhrenanteil, welcher durch die Lederhaut des Auges hinausreicht, wenn die intraokulare Linse in das Auge eingesetzt wird. In einer alternativen Ausführungsform ist die Flüssigkeit eine flüssige Kristallmaterie, welche in Kombination mit einer Elektrode und einem Mikroprozessor benutzt wird, um den Brechungswinkel der Linse dahin zu verändern und auf die gewünschte Akkommodierung zu reagieren.
  • Weitere Vorrichtungen zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit sind beispielsweise aus der DE 101 55 345 C2 , US 66 38 304 B2 , WO 03/017873 A1 , DE 94 22 429 U1 , DE 201 11 320 U1 , DE 100 62 218 A1 , DE 10139027 , WO 02/083033 , DE 10125829 A1 , US 2004/0181279A1 , US2002/0149743 , US 6120538 , US 6120538 , DE 10155345 C2 , US6096078 und WO004605 bekannt.
  • Ferner gibt es zahlreiche wissenschaftliche Veröffentlichungen zum Thema Akkommodationsfähigkeit von Linsensystemen.
  • Insgesamt ist festzustellen, dass grundsätzlich die im Rahmen einer Kataraktextraktion implantierte Kunstlinse nicht in der Lage ist, auf unterschiedliche Entfernungen zu fokussieren. Das Problem, daß ab einem Alter von ca. 45 Jahren die Fähigkeit des menschlichen Auges, auf einen Leseabstand von ca. 30 cm ausreichend zu Akkommodieren verloren gegangen ist, wird mithin durch solche Operationen auch nicht gelöst. Bisherige Versuche, intraokulare Strukturen, insbesondere die Ziliarmuskelaktivität zur mechanischen Brechkraftänderung implantierbarer Systeme zu nutzen, sind aus biologischen Gründen bisher nicht gelungen. Mittelfristig ist dies auch nicht zu erwarten.
  • Ein Weg den Akkommodationsbedarf zu ermitteln, ist die Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte. Aus der US 6638304 B2 sind Möglichkeiten zur Messung von Leuchtdichte und Pupillendurchmesser bekannt. Dabei werden die Leuchtdichte mit einem Fotosensor und der Pupillendurchmesser mit einer Elektrode gemessen, welche Potenzialänderungen der Iris detektiert.
  • Ferner sind für die optische Messung des Pupillendurchmessers sogenannte Pupillometer bekannt. Diese senden meist Infrarotstrahlung aus und detektieren das reflektierte Licht, woraus der Pupillendurchmesser geschätzt werden kann.
  • Die bisher zur Verfügung stehenden Pupillometer sind jedoch groß und schwer. Sie sind daher für eine Implantation völlig ungeeignet. Außerdem benötigt die Bildverarbeitung zur Detektion und zur Messung der Pupille eine hohe Rechenleistung.
  • Die Verwendung einer Elektrode im Irismuskel bringt Unsicherheiten bezüglich der Gewebeveränderungen mit sich. Wird die Elektrode vom Gewebe umkapselt, ist kein ausreichendes Signal mehr messbar. Außerdem erfordert dies einen zusätzlichen Aufwand und ein bisher unvorhersehbares Risiko bei der Implantation.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein implantierbares Akkommodationssystem vorzuschlagen, das in den Kapselsack implantiert wird und seine Steuerimpulse unabhängig von der Ziliarkörperaktivität gewinnt.
  • Es ist mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein implantierbares System zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfs in einem künstlichen Akkommodationssystem durch optische Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte umfassend
    • a) wenigstens ein optisches System,
    • b) wenigstens ein Informationserfassungssystem mit Mitteln zur Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte mindestens an einem Auge als körpereigenes Steuersignal für den Akkommodationsbedarf,
    • c) wenigstens ein Informationsverarbeitungssystem zwecks Erzeugung eines Stellsignals für das optische System aus den erfassten körpereigenen Steuersignalen und/oder zwecks Umschaltung in den Stand-by Modus
    • d) wenigstens ein Energieversorgungssystem und
    • e) wenigstens ein Befestigungssystem,
    zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das System zur Erfassung des durch die Pupille einfallenden Lichtes einen Sensor oder mehrere Sensoren mit Sensorelementen zur Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte aufweist, wobei der Sensor oder die mehrere Sensoren hinter der Iris angeordnet sind.
  • Die einzelnen Systeme sind zu einem, bzw. in mehreren Regelkreisen verschaltet. Das optische System, das Informationserfassungssystem, das Informationsverarbeitungssystem, das Energieversorgungssystem und das Befestigungssystem sind vorzugsweise zu einem Implantat zusammengefasst, welches zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit des tierischen oder menschlichen Auges in dieses mittels des Befestigungssystems einsetzbar ist. Hierbei ist das optische System im Strahlengang des Auges angeordnet und bildet mit diesem zusammen den dioptrischen Apparat des Auges. In gleicher Weise sind vorzugsweise das Informationserfassungssystem, das Informationsverarbeitungssystem und das Energieversorgungssystem außerhalb des Strahlengangs angeordnet.
  • Das optische System, bestehend aus einem oder mehreren aktiv-optischen Elementen und/oder einer oder mehreren von Aktoren axial verschieblichen starren Linsen (= passiv-optisches Element), hat die Aufgabe, das Abbildungsverhalten im Strahlengang zu beeinflussen. Es muss im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent sein und muss die Lage und/oder die Form mindestens einer seiner lichtbrechenden Grenzflächen zeitlich ändern können, um die Scheitelbrechkraft des dioptrischen Apparates zu verändern. Die aktorische Komponente besteht dabei aus Energiestellern und Energiewandlern, welche unter Einwirkung von Stellsignalen einer informationsverarbeitenden Einrichtung Kräfte realisiert, die dann in Bewegung umgesetzt werden können.
  • Im Falle eines passiv-optischen Elementes werden eine oder mehrere starre Linsen von einem Aktor axial im Strahlengang verschoben. Dieses Wirkprinzip wird standardgemäß in technischen Produkten zur Fokussierung eingesetzt.
  • Verschiedene Mechanismen können zur Erfüllung der oben beschriebenen Aufgabe eines aktiv-optischen Elements zum Einsatz kommen. Dabei ist zwischen einer Änderung der Brechungsindexverteilung und einer Krümmungsänderung einer zwei Medien unterschiedlicher Brechungsindizes trennenden Grenzfläche zu unterscheiden. Diese Veränderungen können durch verschiedene physikalische Wirkungsprinzipien realisiert werden, die im Folgenden dargestellt werden.
  • Brechungsindexänderung durch elektrooptische Materialien: Die doppelbrechende Eigenschaft elektrooptischer Materialien kann durch elektromagnetische Felder beeinflusst werden. Dadurch kann eine definierte Brechungsindexverteilung eingestellt werden, die eine gezielte Beeinflussung des Abbildungsverhaltens in einer Polarisationsebene des Lichts ermöglicht. Diese kann neben einer gezielten Änderung der Fokuslage auch die Korrektur von Abbildungsfehlern höherer Ordnung (z. B. Astigmatismen, sphärische Aberration, Koma) umfassen. Um beide zueinander senkrechten Polarisationsebenen gleichermaßen zu beeinflussen, ist eine rechtwinklig gekreuzte Hintereinanderanordnung zweier derartiger Systeme notwendig.
  • Brechungsindexänderung durch Dichteänderung eines kompressiblen Fluids: Der Brechungsindex eines kompressiblen Fluids (z. B. eines Gases oder Gasgemisches) ist von der Dichte abhängig. Diese Abhängigkeit wird durch die Gladstone-Dale-Konstante beschrieben. Werden in einer gasgefüllten Kammer, die ein oder mehrere gekrümmte Begrenzungsflächen aufweist, der Druck und/oder die Temperatur geändert, ändert sich demnach auch das Abbildungsverhalten des optischen Systems.
  • Geometrieänderung durch Benetzungswinkelbeeinflussung (Electrowetting): Zwei ineinander nicht mischbare Fluide annähernd gleicher Dichte, die sich in ihren Brechungsindizes unterscheiden, bilden eine sphärisch gekrümmte oder plane Grenzfläche (Meniskus). Wird das eine, elektrisch leitfähige Fluid, in Kontakt mit einer Elektrode gebracht und gegenüber einer zweiten, von den beiden Fluiden durch eine isolierende Schicht (Dielektrikum) getrennte Elektrode eine Potentialdifferenz angelegt, so lässt sich der Benetzungswinkel und somit die Krümmung des Meniskus durch den sog. Elektrowetting-Effekt ändern. Da der Meniskus zwei Medien unterschiedlichen Brechungsindex trennt, wird das optische Abbildungsverhalten verändert.
  • Geometrieänderung durch Druckänderung eines Fluides: Wird in einer fluidbefüllten Kammer, die eine oder mehrere deformierbare Begrenzungsflächen aufweist, die Druckdifferenz zur Umgebung geändert, kommt es zu einer Krümmungsänderung der Begrenzungsflächen und demnach auch zur Änderung des Abbildungsverhaltens des optischen Systems.
  • Geometrieänderung durch Kraftentwicklung innerhalb eines intelligenten Materials: Intelligente Materialien (Smart Materials) können durch Änderungen ihrer atomaren/molekularen Struktur Kräfte entwickeln und sich dadurch verformen. Durch die Einstellung eines Grenzflächenprofils zwischen intelligentem Material und Umgebung lässt sich demzufolge ebenfalls das optische Abbildungsverhalten beeinflussen.
  • Auch Kombinationen der genannten Wirkprinzipien sind möglich. Das optische System ist folglich in der Lage, die Fokuslage des dioptrischen Apparates anzupassen. Das optische System kann des Weiteren mehrere Sensorelemente umfassen, um das optische Abbildungsverhalten im Strahlengang zu optimieren. Ein enthaltenes aktiv-optisches Element kann gegebenenfalls weitere Abbildungsfehler (monochromatische und chromatische Aberrationen) statisch oder auch dynamisch korrigieren (lokale Beeinflussung der Lichtwellenfront).
  • Zur Generierung der Stellsignale für die aktorische Komponente des aktiv-optischen Elementes bzw. des passiv-optischen Elementes, ist es notwendig, Informationen zu erfassen, aus denen auf die notwendige Scheitelbrechkrafterhöhung (= Akkommodationsbedarf) geschlossen werden kann.
  • Die Erfassung der Steuersignale der Pupillenweite allein reicht zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfes nicht aus, da die Messgröße von zwei Einflussgrößen (der Leuchtdichte und der Objektdistanz) abhängt. Eine Möglichkeit zur Informationserfassung stellt die gleichzeitige Messung der Pupillenweite bzw. der Iriskontraktions/-dilatationsbewegung und der Leuchtdichte im Strahlengang dar, um die Pupillennahreaktion vom Pupillenlichtreflex zu trennen.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung der Sensoren zur Detektion des Pupillendurchmessers, welche als Implantat verwendet werden, ermöglicht die Kombination der Messung von Umfeldleuchtdichte und Pupillendurchmesser. Der Einsatz eines Sensors oder mehrerer Sensoren zur Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte im Rahmen des einstückigen künstlichen Akkommodationssystems ist deshalb vorteilhaft, weil der Pupillendurchmesser monoton mit zunehmendem Akkommodationsbedarf (Pupillennahreflex) sowie mit zunehmender Umfeldleuchtdichte (Pupillenlichtreflex) sinkt. Um den Akkommodationsbedarf mit Hilfe des Pupillennahreflexes bestimmen zu können, ist daher die Messung des Pupillendurchmessers sowie die Messung der Umfeldleuchtdichte notwendig.
  • Die erfindungsgemäß einsetzbaren Sensoren können alle nach dem Stand der Technik geeigneten Vorrichtungen zur Messung von Pupillendurchmesser und Umfeldleuchtdichte enthalten. Jeder Sensor umfasst mindestens ein Sensorelement. Ein Sensorelement ist eine lichtempfindliche Fläche, z. B. Photodiode, Photowiderstand, Phototransistor, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder CCD(Charged Coupled Device)-Sensorelement, die eingehende Photonen in eine analoges oder digitales Signal wandelt.
  • Bevorzugt werden mindestens zwei Sensorelemente eingesetzt, eines im Strahlengang ohne Abdeckung durch die Iris für die Lichtmessung (Umfeldleuchtdichte) und mindestens ein anderes, das durch die Iris im Bereich des Pupillenrandes teilweise oder ganz abgedeckt ist und über die Abschattung durch die Iris ein Signal zur Bestimmung die Pupillenweite erzeugt.
  • Vorzugsweise erfolgt eine lineare Aneinanderreihung der Sensorelemente zu einer Sensorelementzeile, deren Breite vorzugsweise 1–500 μm, besonders bevorzugt 10–50 μm beträgt. Die einzelnen Sensorelemente weisen in Reihenrichtung eine wesentlich kleinere Länge von bevorzugt 1 bis 15 μm auf. Die bevorzugten Maximalabmessungen eines Sensorelements betragen somit 500 × 15 μm.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik kann durch die Verwendung von Sensoren in der genannten Größe die beschriebene Messung von einem Implantat aus durchgeführt werden. Daher ist die Verwendung eines vorzugsweise einstückigen künstlichen Akkommodationssystem ohne eine taktile oder elektrische Anbindung des Gewebes möglich. Die Möglichkeit für ein einstückiges künstliches Akkommodationssystem mit nur einem Implantationsort, dem Kapselsack, vereinfacht die Implantation erheblich. Da das System ohne elektrische oder taktile Anbindung an den Körper messen kann, ist eine ausreichend genaue Messung unabhängig von eventuell auftretenden Gewebeveränderungen möglich.
  • Der Einsatz der Sensoren kann in mehreren Ausführungsvarianten erfolgen: Eine kann darin bestehen, daß im Implantat hinter der Iris ein linear verteilter, aus mehreren Sensorelementen bestehender Sensor positioniert wird. Der betreffende Sensor ist in der Lage, die auf jedes Sensorelement fallende Beleuchtungsstärke zu detektieren. Dabei muß gewährleistet sein, daß mindestens ein Sensorement, welches vorzugsweise zentral anzuordnen ist, unter keinen Umständen durch die Iris verdeckt wird. Mit Hilfe dieser Sensorelemente kann die Umfeldleuchtdichte ermittelt werden.
  • Die weiteren Teile sind derart zu verteilen, daß unabhängig vom Pupillendurchmesser, welcher beim Menschen zwischen 2 und 10 mm variiert, stets mindestens ein Sensorelement teilweise von der Pupille überdeckt wird oder eine bezüglich des Pupillennahreflexes vernachlässigbare Pupillendurchmesseränderung zu einem solchen Zustand führt. Sind diese Sensorelemente sehr klein, kann direkt aus der Anzahl der von der Pupille überdeckten und damit unbeleuchteten Sensorelemente auf den Pupillendurchmesser geschlossen werden. Bei größeren Sensorelementen kann anhand der Anzahl der überdeckten Teile und anhand des Verhältnisses der Beleuchtung des/der zentralen Teile (s) zu den teilweise beleuchteten Sensorelementen auf den Pupillendurchmesser geschlossen werden.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Sensorelement zur Messung der Umfeldleuchtdichte aus dem nicht durch die Iris verdeckten Strahlengang des Auges vorgesehen. In jeder Pupillenstellung ist der Pupillenrand und damit der Pupillendurchmesser durch mindestens ein Sensorelement detektierbar.
  • Zur Kompensation von Positionsfehlern sind in jeder Irisstellung drei Sensorelemente zur Bestimmung des Pupillendurchmessers an unterschiedlichen Stellen des Pupillenrandes vorzugsweise angeordnet. Ab mindestens drei solcher Elemente lässt sich der Pupillendurchmesser auch bei einer Dezentrierung des Implantats durch das Messsignal rekonstruieren. Vorzugsweise werden die nicht zentral liegenden Elemente auf Strecken angeordnet, die von der optischen Achse radial nach außen und rotationsymmetrisch liegen.
  • Optional besteht auch die Möglichkeit, dass durch die Pupille einfallende Licht auf Sensorelemente außerhalb des Strahlengangs umzulenken. Im Strahlengang können Mittel zur Umlenkung des einfallenden Lichts auf den außerhalb des Strahlengangs angeordneten Sensors vorgesehenen sein. Hierbei umfassen die Mittel ein Strahlen umlenkendes oder -führendes Element im Strahlengang durch die Pupille. Das betreffende Strahlen umlenkende oder -führende Element umfasst hierbei vorzugsweise eine Reflektionsebene. In diesem Fall können außerhalb des Strahlengangs auch größere Sensoren verwendet werden, die im Strahlengang als störend wahrgenommen werden. Mit den beschriebenen Sensoren ist die Messung von Pupillendurchmesser und Umfeldleuchtdichte von einem Implantat aus möglich. Das heißt, erfindungsgemäß kann eine Verwendung im Rahmen eines einstückigen künstlichen Akkommodationssystem erfolgen.
  • Die erfassten Informationen werden im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung dem Informationsverarbeitungssystem zur Verfügung gestellt. Gegenstand der Erfindung ist aber auch ein oben beschriebenes Informationserfassungssystem allein, welches Messdaten zur Registrierung und Weiterverarbeitung an einen Empfänger außerhalb des Körpers senden kann.
  • Die erfassten Signale werden vom Informationsverarbeitungssystem aufbereitet (z. B. Ausreißertests, Glättung, Filterung, Verstärkung). Mit Methoden der klassischen Statistik, der Computational Intelligence und Data Mining werden Merkmale extrahiert und klassifiziert, um die Akkommodationsabsicht zu detektieren. Mit Hilfe von steuerungs- und regelungstechnischen Methoden (z. B. fuzzy-gesteuerter PID-Regler, adaptive Regelungsalgorithmen, selbstlernende Algorithmen) werden die benötigten Stellsignale für das optische System generiert. Es können sowohl hierarchische Regelungsstrukturen als auch zentral-dezentrale Strukturen zum Einsatz kommen.
  • Zur Versorgung der Subsysteme mit Energie wird ein Energieversorgungssystem eingesetzt, das aus einem Energiewandler, einem Energiespeicher und einer Steuerungseinheit bestehen kann. Der Energiewandler transformiert von außen fernübertragene Energie (z. B. induktiv, kapazitiv, optisch) oder gespeicherte Energie (z. B. Batterie, Miniatur-Brennstoffzelle), die auch in Form von Körperflüssigkeiten (z. B. das nährstoffreiche Kammerwasser, Blut) vorliegen kann, bzw. mechanische Energie (z. B. aus Muskelbewegungen) über einen Energiespeicher in elektrische Energie. Diese wird durch die Steuereinheit des Energieversorgungssystems zu genau definierten Zeitpunkten an die Subsysteme abgegeben.
  • Durch den Vergleich der mit diesem Sensor gemessenen Beleuchtungsstärke mit einem Schwellwert, kann der Energieverbrauch des Gesamtsystems in Zuständen, in denen keine Akkommodationsfähigkeit notwendig ist, reduziert werden. D. h. das System besitzt eine Vorrichtung zur Umschaltung in den energieverbrauchsarmen Stand-by-Zustand bei Unterschreitung eines Schwellwertes der Leuchtdichte. Bei Wiederüberschreiten des Schwellwertes erfolgt die Umschaltung in den Betriebszustand.
  • Das Gesamtsystem wird mit Hilfe von geeigneten Befestigungselementen zur axialen Fixierung und radialen Zentrierung im Strahlengang implantiert. Aus der Ophthalmologie (Augenheilkunde) sind für Intraokularlinsen zahlreiche Haptikausführungen bekannt. (Draeger, J.; Guthoff, R.F.: Kunstlinsenimplantation. In: Augenheilkunde in Klinik und Praxis Band 4. Hrsg.: Francois, J; Hollwich, F Georg Thieme Verlag Stuttgart New York (1991); Auffarth, G.U.; Apple, D.J.: Zur Entwicklungsgeschichte der Intraokularlinsen. Ophthalmologe 98(11) (2001) 1017–1028). Diese können vorzugsweise im Kammerwinkel, im Sulcus ciliaris oder im Kapselsack Halt finden.
  • Das künstliche Akkommodationssystem ist der technische Teil eines Regelungssystems (geschlossener Regelkreis), welches als künstliches System die Funktion der natürlichen verformbaren Augenlinse und des Ziliarmuskels eines Patienten substituiert. Der biologische Teil besteht im Wesentlichen aus: der Hornhaut, dem Kammerwasser und dem Glaskörper als Bestandteile des dioptrischen Apparates, der Netzhaut als natürlichem Sensorarray und dem Gehirn als natürliche Informationsverarbeitungseinheit, die Steuersignale erzeugt, die Informationen über den Akkommodationsbedarf enthalten.
  • Das künstliche Akkommodationssystem umfasst ein optisches System, mit einer verstellbaren Brennweite und/oder anderen optischen Eigenschaften. Dieses bildet einen neu eingebrachten Bestandteil des dioptrischen Apparates des Patienten. Es umfasst ein Informationserfassungssystem, das optisch die Pupillenweite und Leuchtdichte erfasst. Auf Basis dieser Messungen wird der Akkommodationsbedarf durch ein Informationsverarbeitungssystem ermittelt und es werden Stellsignale zum Ansteuern des optischen Systems generiert. Das System wird über ein geeignetes Energieversorgungssystem gespeist und ist über ein Befestigungssystem im Patientenauge fixiert.
  • Das beschriebene Akkommodationssystem kann zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit nach Entfernung der natürlichen Augenlinse bei Linsentrübung (Katarakt) oder Alterssichtigkeit (Presbyopie) dienen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben:
    In 1 ist eine schematische Darstellung des Gesamtsystems (künstliches Akkommodationssystem) wiedergegeben. Die Information 1, z. B. Licht von einem Objekt in zeitlich veränderlicher Gegenstandsweite fällt durch den dioptrischen Apparat des menschlichen Auges 2, der das optische System 3 enthält. Das fokussierte Licht 1a fällt auf den natürlichen Sensor, die Netzhaut 4.
  • Die durch die Photorezeptoren generierten afferenten Signale 5 werden dem natürlichen Informationsverarbeitungssystem 6, dem Gehirn, zugeleitet. Von dort werden efferente Signale 7, die Information über den Akkommodationsbedarf enthalten, an motorische Strukturen (z. B. Irismuskel, Ziliarmuskeln, Bulbusmuskeln) gesendet. Diese Information wird vom Informationserfassungssystem 8 des künstlichen Akkommodationssystems aufgenommen. Das Informationsverarbeitungssystem 9 leitet daraus Stellsignale für das optische System 3 ab. Damit wird die Scheitelberechkraft des dioptrischen Apparates 2 durch das künstliche Akkommodationssystem an den Akkommodationsbedarf angepaßt, der aus zeitlich veränderlichen Gegenstandsweiten resultiert. 10 stellt das Energieversorungssystem dar. Alle technischen Systembestandteile sind durch eine gestrichelte Linie eingerahmt.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung einer Möglichkeit einer Anwendung der erfindungsgemäßen Sensoren beschrieben. Hierbei ist der Sensor 13 zentral im Implantat 11 hinter der Iris 12 positioniert. Mit Hilfe des Sensors 13 kann die einfallende Strahlung 14 gemessen werden. Um eine Bestimmung der Umfeldleuchtdichte erreichen zu können ist es unbedingt erforderlich, dass mindestens ein Sensorelement nicht durch die Iris verdeckt wird. Hierbei ist das Sensorelement vorzugsweise zentral anzuordnen.
  • Die weiteren Teile sind dagegen so angeordnet, daß wenigstens ein Sensorlement genau teilweise von der Pupille überdeckt wird. Die Größe der Sensorelemente wird vorzugsweise so klein gewählt, daß direkt aus der Anzahl der von der Pupille überdeckten und damit unbeleuchteten Sensorelemente auf den Pupillendurchmesser geschlossen werden. Jedoch ist auch der Einsatz größerer Sensorelemente möglich. Hier kann anhand der Anzahl der überdeckten Teile und anhand des Verhältnisses der Gesamtbeleuchtung zu den teilweise beleuchteten Sensorlementen auf den Pupillendurchmesser geschlossen werden.
  • In 3 ist eine Anwendungsvariante dargestellt. Danach besteht die Möglichkeit mit Spiegeln 15, das durch die Pupille einfallende Licht 14 auf Sensorelemente 13 außerhalb des Strahlengangs umzulenken. In diesem Fall lassen sich vorteilhafterweise auch größere Sensoren einsetzen, die ansonsten im Strahlengang als störend wahrgenommen würden.

Claims (12)

  1. Implantierbares System zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfs in einem künstlichen Akkommodationssystem durch optische Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte umfassend a) wenigstens ein optisches System (3), b) wenigstens ein Informtionserfassungssystem (8) mit Mitteln zur Messing des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte mindestens an einem Auge als körpereigenes Steuersignal für den Akkommodationsbedarf, c) wenigstens ein Informationsverarbeitungssystem (9) zwecks Erzeugung eines Stellsignals für das optische System (3) aus den erfassten körpereigenen Steuersignalen und/oder zwecks Umschaltung in den Stand-by Modus. d) wenigstens ein Energieversorgungssystem (10) und e) wenigstens ein Befestigungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Erfassung des durch die Pupille einfallenden Lichtes einen Sensor (13) oder mehrere Sensoren mit Sensorelementen zur Messung des Pupillendurchmessers und der Umfeldleuchtdichte aufweist, wobei der Sensor (13) oder die mehrere Sensoren hinter der Iris (12) angeordnet sind.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente photosensitive Sensorelemente enthalten.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die photosensitiven Sensorelemente Fotodioden, Fotowiderstände, Fototransistoren, CCD oder CMOS-Sensorelemente sind.
  4. System nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement zur Messung der Umfeldleuchtdichte aus dem nicht durch die Iris verdeckten Strahlengang des Auges vorgesehen ist und in jeder Pupillenstellung der Pupillenrand und damit der Pupillendurchmesser durch mindestens ein Sensorelement detektierbar ist.
  5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Irisstellung drei Sensorelemente zur Bestimmung des Pupillendurchmessers an unterschiedlichen Stellen des Pupillenrandes angeordnet sind.
  6. System nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente zu mindestens einer Sensorelementzeile aneinandergereiht zu mindestens einem Sensor zusammengesetzt sind.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelementzeile jeweils eine Zeilenhöhe von 1–500 Mikrometern aufweisen.
  8. System nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Strahlengang durch die Pupille angeordnet ist.
  9. System nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang Mittel zur Umlenkung des einfallendes Lichts auf den außerhalb des Strahlengangs angeordneten Sensors vorgesehen sind.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein strahlenumlenkendes oder führendes Element umfassen.
  11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlenumlenkende oder -führende Element eine Reflexionsebene umfasst.
  12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor oder das strahlenumlenkende oder -führende Element im optischen System integriert ist.
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