Verfahren zur Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Verfolgung der Position cha- rakteristischer Augenbestandteile nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.

Derartige Verfahren sind beispielsweise aus dem Bereich der Augenchirurgie bekannt.

Beispielsweise bei der Hornhautchirurgie zur Beseitigung von Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges (LASIK), bei der ein Teil der Hornhaut mittels eines Lasers abgetragen wird, ist es für den Chirurgen von Interesse, an welchem Punkt die Sehachse des Patienten die Hornhaut durchstößt. Anhand der exakten Bestimmung dieses Punktes auch während der Operation kann die Laserabtragung von diesem Punkt aus präziser erfolgen, als bei der Wahl eines theoretisch angenommenen oder geschätzten Mittelpunktes der Hornhaut.

Ein weiteres Beispiel hierfür ist eine Kataraktoperation, bei der eine natürliche Linse des menschlichen Auges, welche sich getrübt hat, durch eine künstliche Linse ersetzt wird. Einen solchen Eingriff nimmt der Chirurg unter einem Operationsmikroskop vor. Nach einer kreisrunden Eröffnung des vorderen Kapselblattes wird üblicherweise die Linse zertrümmert und abgesaugt. Anschließend wird in den leeren Kapselsack eine künstliche Linse eingesetzt.

Aus der DE 10 2004 055683 A1 ist ein Operationsmikroskop für die Augenchirurgie bekannt, das dem zu operierenden Auge ein Muster überlagert. Das Muster kann eine Hilfestellung zum Ansetzen der Schnittposition geben, es kann aber auch als Orientierungshilfe beim Einsetzen torischer Intraokularlinsen dienen oder auch eine Hilfestellung beim Einbringen einer Naht bei einer Hornhauttransplantation geben. Zur Positionierung des Musters an der richtigen Stelle ist es notwendig, die Position der Pupille bzw. der Iris an dem zu behandelnden Auge zu bestimmen. Idealerweise wird die Position auch während

der Operation immer wieder neu bestimmt oder nachgeführt, da es während des Eingriffs zu Bewegungen des gesamten Auges bzw. der Pupille kommen kann.

Auch für andere Anwendungen im Bereich der Augenchirurgie ist es von fundamentaler Bedeutung, die Position oder den Durchmesser der Iris des zu behandelnden Auges zu bestimmen. Beispielsweise ist der Durchmesser der Iris notwendig, um die Stärke einer nach einer Kataraktoperation zu implantierenden Intraokularlinse zu berechnen. Darauf und auf weitere mögliche Anwendungen, sowie auf ein Verfahren zur Bestimmung von Positionen und Größenordnungen innerhalb eines Augenabschnitts wird in der DE 101 08 797 A1 genauer eingegangen.

Es sind einige Verfahren bekannt, bei denen anhand der aktuellen Aufnahme des zu operierenden Augenabschnitts, welche mit der Kamera am Operationsmikroskop gewonnen wird, die Position der Pupille ermittelt wird. Sowohl in der DE 10 2004 055683 A1 als auch in der DE 101 08 797 A1 werden Verfahren vorgeschlagen, bei denen als erstes anhand einer Schwellwertbildung ein Binärbild erzeugt wird um die dunklen Bereiche im Bild zu bestimmen. Danach wird nach dem größten zusammenhängenden Bereich in den dunklen Regionen gesucht, welcher als Pupille identifiziert wird. Um den Rand der Pupille bzw. Iris detaillierter zu bestimmen, wird bei diesem Verfahren üblicherweise eine Kantendetek- tion vorgenommen. Diese Verfahren haben einige Nachteile. Zum einen ist nicht immer die Pupille das größte zusammenhängende dunkle Gebiet, vielmehr kann die Pupille durch einen Reflex gestört sein und ein völlig anderes Aussehen haben. Zum anderen kann die Kantendetektion beim Einbringen von mikrochirurgischen Instrumenten während der Operation stark gestört sein. Grundsätzlich ist es bei allen Verfahren welche mit einer Schwellwertbildung arbeiten schwierig einen sinnvollen Schwellwert zu definieren, der einerseits nicht zu viel Information im Bild belässt, andererseits aber nicht wichtige Details aus dem Bild herausnimmt.

Insbesondere dann, wenn die Lokalisierung über die ganze Untersuchung oder Behand- lung hinweg sozusagen als Augentracking erfolgen soll, ist es darüber hinaus unerläss- lich, dass das Detektionsverfahren extrem schnell arbeitet, so dass das Ergebnis der Lokalisierung immer gleich wieder in die Aufnahme eingeblendet werden kann, aus der es abgeleitet worden ist und das möglichst ohne Zeitversatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile zu entwickeln, welches robust gegenüber Störeinflüssen ist und unabhängig von der individuellen Ausgestaltung des Au- ges zuverlässig und schnell arbeitet.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Verfolgung der Position charakteristischer Augenbestandteile mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen von An- spruch 15.

Erfindungsgemäß wird anhand der Korrelation der zu analysierenden digitalen Bildaufnahme mit einem ringförmigen Vergleichsobjekt vordefinierter, vorzugsweise von Bildinhalt unabhängiger Größe, vorzugsweise mit festgelegtem Radius ein ringförmiger HeII- Dunkel-übergang entsprechender Größe in der Aufnahme ermittelt, um ein Maß für die übereinstimmung zwischen dem Vergleichsobjekt und dem Bild zu erhalten. Das Vergleichsobjekt wird unabhängig vom Bildinhalt des aktuellen Bildes vorab definiert und vorzugsweise abgespeichert. Die Korrelation erfolgt vorzugsweise unter Variation des Ortes, so dass die Korrelationsfunktion eine Funktion der Ortsvariablen ist. Dabei werden die Werte der Bildpunkte des Bildes mit den Werten der Bildpunkten des Vergleichsobjekts verrechnet, während des Vergleichsobjekt über das Bild bewegt wird, d.h. vorzugsweise das Zentrum des Vergleichsobjekts kommt auf jeden Bildpunkt des Bildes zu liegen. Dabei ergibt sich pro Position des Vergleichsobjekts jeweils ein Wert der übereinstimmung von Bild und Vergleichsobjekt. Wenn Vergleichsobjekt und gesuchtes charakteristisches Merkmal im Bild aufeinander zu liegen kommen, also bei der Maximalen übereinstimmung von Vergleichsobjekt und Bild ergibt sich der größte Wert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel existieren vorzugsweise drei zweidimensionale Felder von Bildpunkten, die Bildpunkte des Bildes l(x,y), die Bildpunkte des Vergleichsobjekts, welche in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Filter F(x,y) definiert sind und das Ergebnis der Korrelation im Ausführungsbeispiel Filterung R(x,y). Bei der Korrelation wird das Vergleichsobjekt bzw. das Filter wird über das Bild geschoben und für jede Position (xθ,yθ) des Zentrums des Vergleichsobjekts bzw. des Filters, bevorzugt für die das Vergleichsobjekt bzw. Filter nicht über den Bildrand hinausragt, wird das Ergebnis R(xO,yO) berechnet.

Bei der Faltung mit einem Filter, indem der Wert jedes Bildpunkts des Filters mit dem Wert des darunter liegenden Bildpunkts des Bildes multipliziert und die Ergebnisse aller Multiplikationen addiert werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen wie bspw. einem Templatevergleich können bspw. die Werte aller Bildpunkte aufaddiert werden, welche Bildpunkten des Templates entsprechen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem insbesondere eine schnelle Positionsbestimmung gewünscht ist, wird die Position des Vergleichsobjekts, bei der sich der maximale Wert der übereinstimmung ergibt als Position des charakteristischen Augenbestandteils gewählt. In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Position gewählt, deren Wert der übereinstimmung um nicht mehr als 20%, vorzugsweise weniger als 10%, idealerweise weniger als 5% vom Maximum der übereinstimmung abweicht. Hierzu kann es vorteilhaft sein, weitere Kriterien wie bspw. die Farbe des charakteristischen Augenbestandteils, die Steigung des Dichteanstiegs oder Anderes hinzuzuziehen um dadurch eine, auf zusätzlichen Merkmalen basierende Bestimmung des charakteristischen Augenbestandteils vorzugnehmen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei den im Rahmen einer Augenbehandlung aufgenommenen Bildern des Auges charakteristische Augenbestandteile wie der Limbus oder der Pupillenrand ringförmige übergangsobjekte von Dichteübergängen darstellen und dass diese anhand des Vergleichs mit einem entsprechenden Vergleichs- objekt bzw. über die Faltung mit einem entsprechenden ringförmigen Filter insbesondere unter Differenzbildung besonders einfach und zuverlässig zu finden sind. Die Suche nach einem ringförmigen übergangsobjekt ist extrem robust gegenüber Beeinträchtigungen, die als Bild dominierende Merkmale während der Operation die Aufnahme verfälschen können. Wenn beispielsweise Instrumente das Auge teilweise verdecken treten weitere star- ke Kanten hervor, die jedem Kantendetektionsverfahren starke Schwierigkeiten bereiten können, da diese anstelle des Limbus oder der Pupillenkanten detektiert werden. All diese Störungen ändern aber nichts daran, dass der Limbus oder der Pupillenrand weiterhin, wenn auch als ausgesetztes oder leicht verformtes, dominierendes, zumindest im Mittel ringförmiges Element im Bild bestehen bleibt und bei der Suche mittels eines entspre- chenden ringförmigen Vergleichsobjekts nach wie vor zuverlässig gefunden wird. Zu betonen ist an dieser Stelle auch, dass eine absolute Schwellwertbildung, die bei den gängigen Kantendetektionsverfahren notwendig ist, und damit das Problem der Wahl eines geeigneten Schwellwertes bei dieser Methode nicht notwendig ist und auch vermieden wer-

den sollte. Jede absolute Schwellwertbildung bzw. Binärisierung verfälscht nämlich das Bild und kann den ringförmigen Charakter von Limbus oder Pupillenrand zerstören, so dass dieser bei einer anschließenden Suche nach einem ringförmigen Objekt möglicherweise überhaupt nicht mehr zu finden ist. Dadurch dass die Suche nach dem ringförmigen Objekt, also dem Limbus oder dem Pupillenrand direkt auf dem Graustufenbild vorgenommen wird, ist der ringförmige Charakter sicher gegeben, selbst wenn ihn Störgrößen beeinträchtigen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Radius des Vergleichsobjekts in einem Initialisierungsschritt bestimmt, indem der zu analysierende Bildausschnitt jeweils mit ringförmigen Vergleichsobjekten verschiedener Radien korreliert wird. Bei der Korrelation des Bildausschnittes mit Vergleichsobjekten unterschiedlicher Größe wird jeweils die für das Vergleichsobjekt beste übereinstimmung ermittelt und anhand der Gegenüberstellung der Werte bester übereinstimmung die unter allen absolut beste übereinstimmung und damit das Vergleichsobjekt mit der am besten an das zu untersuchende Objekt angepassten Größe ermittelt. Dies geschieht vorteilhafter weise dadurch, dass die jeweilige maximale Antwort der Korrelationsfunktion, welche sich bei der Korrelation mit dem Bildausschnitt ergibt, für das Vergleichsobjekt gegen dessen Radius aufgetragen wird, wobei sich eine Funktion ergibt, die immer dann ein Maximum ausbildet, wenn der Radius gut zu dem Radius eines entsprechenden Objekts in dem zu untersuchenden Bildausschnitt passt. Das Maximum, das sich beim größten zu einem maximalen Wert gehörigen Radius ergibt, entspricht dem Radius des größten ringförmigen Objekts im Bildausschnitt und damit dem Limbusradius, was im Zuge dieses Verfahrens erkannt wurde. Dieser so ermittelte Radius wird als festgelegter Radius für ein Vergleichsobjekt gewählt, welches dazu geeignet ist, den Limbus und damit auch das Limbuszentrum während der Augenuntersuchung oder auch Behandlung, also bei der Auswertung folgender Aufnahmen desselben Objekts, mit zu verfolgen. Dieser Initialisierungsschritt erfordert einen deutlich größeren Rechenaufwand und damit Zeitfaktor als die anschließende Nachführung bzw. Verfolgung des bereits bekannten Objekts mit einem Vergleichsobjekt definierter Größe. Da er jedoch nur einmal zu Beginn der Untersuchung oder Behandlung erfolgt ist dies hinnehmbar. Während der Untersuchung oder Behandlung kann und muss dann jedoch begünstigt durch das Festhalten des Radius des Vergleichsobjekts eine Detektion des Limbuszentrums gewissermaßen in Echtzeit erfolgen. Da anschließend die Trefferwahrscheinlichkeit bei

Verwendung des vorab bestimmten exakt passenden Radius für das Vergleichsobjekt ungleich höher ist als bei einem willkürlich gewählten Radius, ist es auf jeden Fall gerechtfertigt, diese größere Zeitspanne für die Ermittlung des Radius in Kauf zu nehmen. Wichtig ist jedoch, dass sie nicht bei jeder Aufnahme wieder erfolgt sondern dass nach der einmal erfolgten Bestimmung der passende Radius des Vergleichsobjekts festgelegt und immer wieder verwendet werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das ringförmige Objekt aus zwei konzentrisch angeordneten ringförmigen Bestandteilen aufgebaut. Dadurch dass das Ver- gleichsobjekt wenigstens zwei Bestandteile aufweist, ergibt sich die Möglichkeit, jeweils einen Bestandteil an den Augenbereich außerhalb des Dichteübergangs, z. B. die Sclera und den zweiten Bestandteil an den innerhalb des Dichteübergangs liegenden Augenbereich, z. B. die Iris, anzupassen. Mittels dieser beiden Bestandteile lässt sich der Dichteübergang somit gewissermaßen über eine Korrelation mit dem Vergleichsobjekt verstär- ken. Die optimale übereinstimmung mit dem Vergleichsobjekt ergibt sich dann, wenn der innere Ring des Vergleichsobjekts z. B. auf der Iris, der äußere z. B. auf der Sclera liegt, und damit der übergangsbereich also in diesem Fall der Limbusrand von den beiden ringförmigen Bestandteilen umfasst wird. Dabei kommt das Limbuszentrum in Deckung mit dem Zentrum des Vergleichsobjekts. Bei dieser Gestaltung des Vergleichsobjekts wird nicht nur das Formmerkmal, also die ring- bzw. kreisförmige Erscheinung des Limbus/ der Pupille, sondern auch das Flächenmerkmal, der Dichteübergang, zur Suche nach dem übergangsobjekt verwendet. Vorzugsweise handelt es sich bei den zwei Bestandteilen des Vergleichsobjekts um zwei schmale ringförmige Bestandteile welche so weit beabstandet sind, dass keiner der Bestandteile im übergangsbereich des Dichteanstiegs sondern jeweils einer im Bereich niedriger, der andere im Bereich hoher Dichte zu liegen kommt. Dadurch ist eine eindeutige Identifizierung des Objekts möglich. Wird der Limbus- radius nicht vorab bestimmt, so ist der Abstand der beiden ringförmigen Bestandteile vorzugsweise so zu wählen, dass der äußere Ring sicher außerhalb, der innere sicher innerhalb des Rands des übergangsobjekts, also des Limbus oder des Pupillenrands liegt. Ein geeigneter Abstand kann bei dieser Ausführungsform empirisch anhand der Untersuchung einer größeren Auswahl von typischen Aufnahmen, welche bei derartigen Augenuntersuchungen oder -behandlungen gemacht werden, gefunden werden. Bei einer Auflösung der Aufnahme von wenigstens 100x100 Pixeln, welche notwendig ist, um das

Zentrum des Limbus mit einer für eine Operation erforderlichen Genauigkeit von wenigstens 1 mm zu bestimmen, wurde ein Abstand zwischen einem und fünf Pixeln, vorzugsweise zwei Pixel als geeignet ermittelt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt im Rahmen der Korrelation des Vergleichsobjekts mit der Aufnahme eine Differenzbildung der ringförmigen Bestandteile des Vergleichsobjekts bzw. der mit diesen korrelierten Gebiete innerhalb des aufgenommenen Augenausschnitts. So kann vorzugsweise bei der Korrelation der eine ringförmige Bestandteil des Vergleichsobjekts mit positivem, der andere mit negativem Vorzeichen versehen werden. Das Vergleichsobjekt ist bevorzugt so ausgebildet, bzw. die Korrelationsfunktion so gewählt, dass bei einer Korrelation mit einer grauen Fläche, also einer Fläche ohne ausgebildeten Dichteübergang ein neutrales Ergebnis wie beispielsweise der Wert Null erreicht wird. Erst bei einem ausgebildeten Dichteübergang, auf dem das Vergleichsobjekt zu liegen kommt, ergibt sich ein erhöhter Wert der Korrelationsfunk- tion.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Vergleichsobjekt durch einen Filter realisiert, mit dem das Bild gefaltet wird. Der ringförmige Filter ist so ausgebildet, dass sich immer dann eine maximale Filterantwort ergibt, wenn der ringförmige Filter auf einen ringförmigen Dichteübergang wie dem Limbus oder Pupillenrand zu liegen kommt. Dieses Maximum der Filterantwort ist umso deutlicher ausgebildet, je besser die übereinstimmung des Filterradius mit dem Radius des gesuchten Objektes ist. Deshalb wird bevorzugt entsprechend dem vorab erläuterten Verfahren der Radius des Filters in einem Initialisierungsschritt ermittelt, bevor die die Untersuchung oder Behandlung begleitende Augenverfolgung mit festgelegtem Filterradius erfolgt. Als bevorzugter ringförmiger Filter wird ein Filter gewählt, welcher zwei konzentrisch angeordnete Bestandteile aufweist, so dass eine maximale Filterantwort dann erreicht werden kann, wenn der eine Bestandteil vollständig im Bereich geringer, der andere vollständig im Bereich höherer Dichte zu liegen kommt und dabei der zu identifizierende übergangsbereich, wie z.B. der Limbus, von den beiden Bestandteilen eingeschlossen wird. Der Abstand der beiden ringförmigen Bestandteile ist dabei so groß gewählt, dass kein Bestandteil im übergangsbereich liegt sondern beide eindeutig in einer Dichteregion, gleichzeitig aber so klein, dass eine möglichst exakte Radiusbestimmung möglich ist.

Um diesen Initialisierungsschritt nicht bei einer Veränderung des Objektradius auf Grund von Veränderungen der Aufnahmebedingungen, wie des Mikroskopvergrößerungsfaktors, immer wieder durchführen zu müssen wird in einer bevorzugten Ausführungsform jede Veränderung an den Geräteeinstellungen, die sich auf die Größe des aufgenommenen Augenausschnitts auswirkt in die Größe des ringförmigen Vergleichsobjekts eingerechnet, bzw. der Filterradius entsprechend angepasst. Dadurch ist gewährleistet, dass der Radius des Vergleichsobjekts automatisch an die Aufnahmebedingungen angepasst wird und tatsächlich nur einmal vorab bestimmt werden muss. Hierzu ist es notwendig, eine Schnitt- stelle zwischen dem, den Geräteparameter verändernden Gerät, beispielsweise dem Mikroskop und der Einrichtung, an der die Korrelation mit dem Vergleichsobjekt erfolgt, vorzusehen.

Obwohl die ringförmige Ausgestaltung des Vergleichsobjekts wichtig ist, würde es nichts Wesentliches am Verfahren ändern, wenn ein Vieleck oder etwas ähnliches verwendet würde. Es ist auch nicht notwendig, dass ein geschlossener Ring verwendet wird. Das Vergleichsobjekt kann ebenso gut aus ringförmigen Segmenten zusammengesetzt sein. Wesentlich für das Verfahren ist nur, dass gesamt der ringförmige Charakter des Vergleichsobjekts erhalten bleibt. Insbesondere im Randbereich des Bildes ist es sogar zu- verlässiger nur Ringsegmente zu verwenden. Bei diesen Ringsegmenten wird bevorzugt der Bereich ausgesetzt, der an dem Rand liegt, an den sich das Vergleichsobjekt bei der Korrelation und damit auch der Limbus im Bild annähert. Damit entspricht das Vergleichsobjekt bei der Korrelation besser dem zu findenden Objekt, welches sobald es an den Randbereich des Bildes gerät, teilweise abgeschnitten ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für die Korrelation mit dem Vergleichsobjekt immer der Rotauszug der Aufnahme verwendet. überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dieser während der Augenbehandlung am wenigsten von Störungen betroffen ist, da in diesem Farbauszug das Rot der Blutungen und äderchen mit dem Weiß der Sclera eine homogene Fläche bildet. Damit lässt sich in diesem Farbkanal ein zuverlässigeres Ergebnis erzielen als in anderen Farbauszügen. Dadurch, dass immer der Rotkanal als Graustufenbild verwendet wird, lässt sich also eine große Genauigkeit erzielen und das Verfahren gegenüber der Verwendung eines mehrfarbigen Bildes oder

der immer währenden Auswahl des aktuell kontrastreichsten Farbkanals beschleunigen.

Um das Verfahren weiter zu optimieren ist es vorteilhaft, dieses Graustufenbild soweit zu verkleinern, wie es die geforderte Genauigkeit zulässt. Bei entsprechend hoher Rechen- kapazität kann dieser Schritt auch entfallen. Ferner ist es vorteilhaft, das Bild zu homogenisieren, um kleine, unwichtige Kontrastübergänge, die das Ergebnis verfälschen würden, zu eliminieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl die, aus der Position von Pupille oder Limbus abgeleiteten Hilfestellungen für den Chirurgen, als auch eine Angabe über die Zuverlässigkeit der ermittelten Größe in die vom Chirurgen betrachtete Anzeige des Augenausschnitts mit eingeblendet. Damit wird dem Chirurgen zum einen eine Hilfestellung für die Operation gegeben, zum anderen kann er aber auch direkt abschätzen, in wieweit diese Hilfestellung zuverlässig ist und dadurch selbst entscheiden, ob er sie ver- wendet oder sich doch lieber auf seine Erfahrung verlässt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnungen eingehend erläutert wird.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen

Verfahrens, Fig. 2 ein Beispiel eines vorteilhaften Ringfilters einer Aufnahme eines Augenausschnitts überlagert,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Filterantwort,

Fig. 4 ein Beispiel für ein Schwellwertbild einer Filterantwort und

Fig. 5 ein Augenausschnitt sowie diesem zugeordnete Beispiele für Ringfilter, welche im Randbereich ausgesetzt sind.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau, wie er bei einer Augenbehandlung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, typisch ist. Das zu behandelnde Auge 1 des Patienten, welches mit einer nicht dargestellten Lichtquelle beleuchtet wird, wird zum einen mittels eines Oku- lars 2, zum anderen mittels einer Videokamera 3 beobachtet, wobei der Beobachtungsstrahlengang durch einen Strahlteiler 4 in zwei Beobachtungsstrahlengänge für die beobachtenden Instrumente aufgespaltet wird. Die an der Videokamera 3 aufgezeichneten Daten werden an eine Recheneinheit 5 übergeben, an der die Daten abgespeichert und analysiert werden. Anhand der Daten wird ein Hilfsmuster berechnet, das mittels einer Mustererzeugungseinheit 6 gebildet und dem im Okular 2 sichtbaren Bild überlagert wird, so dass der Chirurg 7 das zu behandelnde Auge 1 zusammen mit dem überlagerten Muster, welches an der Mustererzeugungseinheit 6 gebildet wurde, betrachten kann. Die Mustererzeugungseinheit 6 kann beispielsweise als Projektor mit einer ringförmigen LED- Anzeige, die über den Strahlteiler 4 ein Muster ins Auge einblendet, ausgeführt sein.

Bei einer Kataraktoperation wird laufend in sehr kurzen Zeitfolgen mit der Kamera 3 das Auge 1 digital aufgenommen oder analog aufgenommene Daten in digitale umgewandelt und die digitalen Daten der Aufnahme des Augenausschnittes, wie er bspw. in Fig. 2 (zur Erläuterung des Vergleichsobjekts mit überlagertem Ringfilter) zu sehen ist, an die Re- cheneinheit 5 übermittelt. Dort wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Augenzentrum ermittelt, damit die optimale Schnittposition für den Schnitt, zur Entnahme der getrübten und zum Einsetzen der künstlichen Linse, ermittelt werden kann. Sobald das Zentrum des Limbus und dabei, bei bekanntem Radius des Limbus 1 1 , die Schnittposition abgeleitet ist, wird dem Bild, das das Auge des Chirurgen 7 über das Okular 2 sieht, ein, an der Mustererzeugungseinheit 6 generiertes, Muster welches diese Schnittposition anzeigt, überlagert. Dadurch sieht das Auge des Chirurgen 7 während der Behandlung immer die als optimal bestimmte Schnittposition zum Ansetzen des Schnittes.

Um ein zuverlässiges Arbeiten des Verfahrens zu gewährleisten, werden der Radius so- wie das Zentrum des Limbus anhand des Startbildes in einem sehr genauen aber relativ zeitaufwändigen Initialisierungsverfahren ermittelt. Ein derartiges Verfahren ist in der gleichzeitig, von der selben Anmelderin eingereichten, Patentanmeldung „Verfahren zur Ermittlung charakteristischer Eigenschaften und/oder der Position charakteristischer Au-

genbestandteile", deren gesamter Inhalt hiermit einbezogen wird, detailliert beschrieben. Auf dieses Verfahren wird im nachfolgenden Text kurz eingegangen. In ihm wird ebenso wie in dem hier beanspruchten Verfahren ein Ringfilter 8 wie er in Fig. 2 schematisch dargestellt, einem Augenausschnitt überlagert ist, mit der Aufnahme des Augenausschnitts gefaltet. Der Ringfilter 8 ist aus zwei ringförmigen Bestandteilen, einem äußeren Ring 9 und einem inneren Ring 10 zusammengesetzt, welche bei an den Limbus angepassten Radius des Ringfilters 8 symmetrisch um den untersuchten Limbus 1 1 gelegt sind. Der Ringfilter 8 ist so normiert, dass der äußere Ring 9 positive Beiträge zur Filterantwort liefert, während der innere Ring 10 negative Beiträge ergibt. Darüber hinaus ist der Ringfil- ter 8 so normiert, dass die Filterantwort bei der Faltung mit einer grauen Fläche den Wert Null ergibt. Das bedeutet, dass die beiden Ringe 9 und 10 entsprechend ihrer Filteranteile im Bild gewichtet sind. Um das Prinzip des Verfahrens zu erläutern wird im Folgenden davon ausgegangen, dass der Radius des Limbus und damit die Größe des Ringfilters 8 in einem später zu beschreibenden Initialisierungsschritt abgeleitet und von daher bekannt ist. Bei allen danach aufgenommenen Bildern von Ausschnitten desselben Auges wird der Limbus 11 beibehalten, es kann immer, zumindest solange der Aufnahmemodus am Mikroskop nicht verändert wird, derselbe Ringfilter 8 verwendet werden. Dieser Ringfilter 8 wird nun mit dem Bildausschnitt gefaltet. Das heißt, die Filterantwort wird an jedem Punkt des Bildes ermittelt. Das Ergebnis einer Faltung mit dem Ringfilter 8 ist in Figur 3 bei- spielhaft dargestellt. An dem Ort, an dem Filterradius und Limbus 1 1 übereinander liegen, ergibt sich die maximale Filterantwort, welche hier als heller Bereich zu sehen ist. Das Zentrum dieses hellen Bereichs bzw. die Position des absoluten Maximums der Filterantwort entspricht dem Mittelpunkt des Limbus, welches an die Mustererzeugungseinheit 6 übergeben wird.

Um dieses Zentrum exakt zu bestimmen, wird das Bild der Filterantwort, welches in Fig. 3 dargestellt ist, mittels einer Schwellwertbildung in ein Binärbild, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, umgewandelt. Der hierfür verwendete Schwellwert wird nicht vorab festgelegt sondern aus dem Bildinhalt selbst bestimmt. Ein Schwellwert von wenigstens 90 % des maximalen Wertes der Filterantwort hat sich als sinnvoll erwiesen. Der Wert 90% wurde als Schwellwert für die in Fig. 4 gezeigte Darstellung genutzt. Von dieser, in der Fig. 4 sichtbaren, kleinen weißen Fläche, wird der Schwerpunkt bestimmt. Dieser Schwerpunkt entspricht dem gesuchten Limbuszentrum, welches an die Mustererzeugungseinheit 6 übergeben

wird. Mit diesem Verfahren kann mit dem vorab bestimmten, geeigneten Ringfilter 8 für jede weitere Aufnahme des Augenausschnitts extrem schnell und zuverlässig, gewissermaßen in Echtzeit, nach diesem Verfahren das aktuelle Limbuszentrum ermittelt werden.

Es ist jedoch, wie schon erwähnt, notwendig, vorab in einem etwas aufwändigeren Verfahren den Radius des Limbus 1 1 und damit den geeigneten Radius für den Ringfilter 8 zu bestimmen. Hierfür wird, wie in der erwähnten Parallelanmeldung detailliert beschrieben, das Bild eines Augenausschnitts mit Ringfiltern 8 unterschiedlicher Größe und damit unterschiedlichem Radius gefaltet. Für jede Faltung mit einem Ringfilter 8 wird die maxi- male Filterantwort ermittelt. Diese maximale Filterantwort wird gegen den Radius des verwendeten Ringfilters 8 aufgetragen, so dass sich eine Kurve ergibt, die immer dann maximale Werte zeigt, wenn ein Radius eines gewählten Ringfilters 8 mit dem Radius eines runden Objekts in dem Bildausschnitt übereinstimmt. Es wurde erkannt, dass der Radius des größten dieser runden Objekte im Bildausschnitt dem Radius des Limbus 11 entspricht, so dass das dem größten Radius der korrelierten Ringfilter 8 zugehörige Maximum in der Kurve bzw. dessen Filterradius dem Radius des Limbus 1 1 entspricht. Dieser wird im Folgenden als Radius des Ringfilters 8 zugrunde gelegt um in allen weiteren Aufnahmen, welche bei derselben Untersuchung oder Behandlung von demselben Augenausschnitt aufgenommen wurden, verwendet zu werden. Für alle folgenden Bilder ist es zur Nachverfolgung des Limbuszentrums somit nur noch notwenig, diese mit dem Ringfilter 8 festgelegten Radius zu falten, die Filterantwort zu binarisieren und den Schwerpunkt zu ermitteln. Damit wurde ein äußerst effizientes und zuverlässiges Verfahren entwickelt, den Radius des Limbus 1 1 und das Limbus- bzw. das Pupillenzentrum nach einem einmaligen detaillierten und etwas länger währenden Analyseschritt in allen weiteren Bildern extrem schnell abzuleiten und damit dieses Zentrum über die ganze Augendiagnose oder -behandlung hinweg gewissermaßen in Echtzeit für jedes Bild zu bestimmen und daraus die Position abzuleiten, um ein als Hilfestellung für den Chirurgen gedachtes Muster oder ähnliches einzublenden.

Lediglich dann, wenn das Zentrum des Auges in die Randbereiche des Bildausschnitts wandert, was während einer Augenoperation öfter einmal vorkommt, wird ein Teil des Limbus durch den Bildrand abgeschnitten und die Iris entspricht keinem ringförmigen Objekt mehr, welches mit einem Ringfilter 8 einfach und zuverlässig zu finden ist. In diesem

Fall wird das Verfahren deutlich unzuverlässiger. Um diesem entgegenzuwirken wird, wie in Fig. 5 dargestellt, vorgeschlagen, in den Randbereichen des Bildes ausgesetzte Ringfilter 8 zu verwenden bei denen das am Bildrand liegende Ringsegment abgeschnitten ist. Die für die Bereiche vorzugsweise zu verwendenden Filter sind in der Fig. 5 dargestellt und zur Vereinfachung der Zuordnung mit jeweils denselben römischen Ziffern versehen, die auch auf die Randbereiche des darüber abgebildeten Augenabschnitts gelegt wurden. So wird beispielsweise für die Faltung mit einem Bild des Augenausschnitts im Bereich der linken oberen Ecke, welche mit I gekennzeichnet ist, der darunter ebenfalls mit I gekennzeichnete Filter an Stelle des voll durchgezogenen Ringfilters welcher im Bild mit V gekennzeichnet ist und im mittleren Bereich der Aufnahme verwendet wird genutzt. Damit entspricht der jeweils verwendete Filter auch im Randbereich des Augenausschnitts deutlich besser dem, in diesem Bereich abgeschnittenen, Limbuskreis. Diese Maßnahme erhöht die Sicherheit des Verfahrens maßgeblich.

Dennoch kann auch damit gerade im Randbereich keine durchgängige 100 %ige Trefferwahrscheinlichkeit erreicht werden. Letztlich muss der Chirurg nach wie vor selbst entscheiden, ob er sich nach der, ihm angezeigten Hilfestellung richtet oder sich auf sein Gefühl bzw. auf seine Erfahrung verlässt und ohne die Hilfestellung weiterarbeitet. Um diese Entscheidung treffen zu können ist es für den Chirurgen äußerst hilfreich, wenn ihm zu- sätzlich zu der Hilfestellung eine Information über die Zuverlässigkeit der angezeigten Hilfestellung mitgegeben wird. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens kann in dem hier beschriebenen Verfahren besonders einfach abgeleitet werden. Beispielsweise kann der Wert des Maximums im Bild der Filterantwort als absolutes Maß für die Sicherheit der Bestimmung des Limbuszentrums verwendet werden. Je höher dieser Wert ist, umso besser ist die übereinstimmung von Radius des Limbus 11 und entsprechendem Ringfilter 8 und umso sicherer ist damit das Ergebnis. Diese Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit des ermittelten Zentrums kann beispielsweise in Form eines Balkendiagramms oder auch in Form einer Kennzeichnung der eingeblendeten Hilfestellung, beispielsweise als durchgezogenes, gestricheltes oder gepunktetes Objekt dargestellt werden.

Bezugszeichenliste:

1 Auge

2 Okular

3 Videokamera

4 Strahlteiler

5 Recheneinheit

6 Mustererzeugungseinheit

7 Auge des Chirurgen

8 Ringfilter

9 äußerer Filterring

10 Innerer Filterring

1 1 Limbus