Abstract

P 234

Demonstrator zur Veranschaulichung der Wirkungsweise eines künstlichen Akkommodationssystems

Helmut Guth, Ulrich Gengenbach, Andreas Hellmann, Rudolf Scharnowell, Klaus Peter Scherer, Ingo Sieber, Peter Stiller
Institut für Angewandte Informatik, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Eggenstein-Leopoldshafen

Hintergrund
In einer immer älter werdenden Gesellschaft spielen auch die Probleme, die die Alterssichtigkeit oder die Katarakt mit sich bringen, eine immer größere Rolle. Vor diesem Hintergrund wird ein autarkes Mikrosystem als künstliches Akkommodationssystem entwickelt, das bei einem Katarakt-Eingriff anstelle der üblichen IOL implantiert werden könnte. Um das Zusammenwirken der wichtigsten Funktionen eines solchen Systems anschaulich zu zeigen, wurde ein in seiner Größe skalierter Demonstrator aufgebaut. Die Komponenten, deren Zusammenwirken demonstriert werden soll, sind die Sensorik zur Erfassung des Akkommodationsbedarfs und die Optik, deren Brechkraft entsprechend geregelt werden kann.
Methode
Der Demonstrator besteht aus zwei Augäpfeln, die im Verhältnis 5:1 bezüglich ihres natürlichen Vorbilds aufgebaut sind. Sie enthalten eine Cornea-Linse, den CCD-Chip einer Video-Kamera als Retina-Äquivalent und dazwischen, hinter einer Apertur, die in ihrer Brechkraft variable Optik. Das System ist so aufgebaut, dass die Augäpfel automatisch einem Objekt folgen, das in einer Ebene davor beliebig bewegt werden kann. Zur Kontrolle werden die Bilder der CCD-Kameras live auf einem Monitor dargestellt. In den Augäpfeln sind auch die Sensoren zur Bestimmung des Akkommodationsbedarfs untergebracht. Deren Auswertung und die daraus resultierende Steuerung der „aktiven Optik“ werden von einem PC übernommen.
Ergebnisse
Der Akkommodationsbedarf wird bei diesem Demonstrator dadurch ermittelt, dass über magnetoresistive Kompass-Sensoren die Winkelstellungen der Augäpfel gemessen werden. Daraus wird der Vergenz-Winkel der Augäpfel errechnet, der den Akkommodationsbedarf des Systems bestimmt. Als verstellbare Optik wird eine Alvarez-Humphrey-Linse benutzt, die zusammen mit einer nachgesetzten Asphäre für die nötige Brechkraft sorgt, damit bei beliebigen Objektabständen auf dem CCD-Chip immer eine scharfe Abbildung des anvisierten Targets erfolgt. Ein Piezomotor sorgt dabei für die Einstellung der Alvarez-Humphrey-Linse, deren Brennweite durch eine laterale Bewegung der beiden Linsenteile verändern werden kann.
Schlussfolgerungen
Mit Hilfe des Demonstrators mit den ausgewählten funktionalen Komponenten kann gezeigt werden, wie die Akkommodations-Bedarfs-Erfassung und die resultierende Einstellung einer in ihrer Brechkraft veränderbaren Optik zusammenwirken. Für die Untersuchung alternativer Wirkprinzipien können die entsprechenden Komponenten ausgetauscht werden.

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