DE2922771C2

DE2922771C2 - Gerät zur Erzeugung von Sehreizen

Info

Publication number: DE2922771C2
Application number: DE19792922771
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr.-Ing. 7080 Aalen Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: MUELLER, GERHARD, PROF. DR.-ING., 7080 AALEN, DE
Priority date: 1979-06-05
Filing date: 1979-06-05
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE2922771A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung von Sehreizen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Geräte sind etwa bekannt aus der Werbedruckschrift »Visual Stimulator« der Firma Medelec Ltd.

Die Verwendung von Büdmustergeneratoren, insbesondere von Schachbrettmuster-Generatoren, für die Untersuchung von Reizschwellen und Linienauflösungsvermögen des Auges ist seit längerem bekannt. Dabei wird die sich^.us der Umwandlung des Sehreizes im Auge ergebende diagnostisch interessante Information entweder im psycho-physischen Experiment oder über die Ableitung von evozierten Potentialen gewonnen. Jedoch ist die Aussagekraft solcher Untersuchungen beschränkt.Gleichwohl werden diese Untersuchungen bereits zur Differentialdiagnose in der Medizin, etwa bei multipler Sklerose, verwendet.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus.

ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, das es erlaubt, Untersuchungen mit hoher Aussagekraft für beispielsweise eine beginnende multiple Sklerose in der ärztlichen Praxis durchführen zu können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes an.

Die Erfindung geht davon aus, daß man seit einiger Zeit weiß, daß die funktionstüchtige wechselseitige Verschaltung von Stäbchen und Zapfen für das normale Farbsehen von Bedeutung ist. Sie knüpft daran an, daß die Wahrnehmung von Fechner-Benham-Farben durch die wechselseitige Verschaltung von Stäbchen und Zapfen in der Retina zustande kommt. Bisher wurden die genannten Fechner-Benham-Farben nur auf rotierenden Scheiben, wie sie etwa in der F i g. 1 dargestellt sind, beobachtet. Bei der Rotation der Scheibe erzeugen die helle und die dunkle Hälfte an einem festen Ort auf dem Augenhintergrund, der Retina, ein periodisch sich änderndes Hell-Dunkel-Muster. Die schwarzen Linien bzw. Balken auf Bahnen verschiedener Radien im hellen Teil können als zusätzliche Kontraste verstanden wer-

bü den, die mit einer besiimmtcn Zeitverzögerung nach Beginn der Hellphasc des Grundmuslcrs auftauchen. Dies ist ersichtlich aus der Lage der Balken im hellen Teil der Scheibe. Prinzipiell wäre es auch denkbar, daß der Effekt durch die Winkclbewegung des Musters aus-

b5 gelöst wird. Die Darbietungszeiten, die bezüglich eines festen Ortes auf der Retina ca. 20 ms dauern, liegen aber deutlich unter dem zeitlichen Auflösungsvermögen des Auges für Bcwcgungsschcn. das bei ca. b0 ms liegt. Die

Sektor linien tauchen in der Hellphase des periodisch sich ändernden Hell-Dunkel-Musters auf. Dieses Kontrastmuster ergibt dann den Eindruck der Fechner-Benham-Farben.

Bei Versuchen, die zur Erfindung führten, hat sich gezeigt, daß das Vermögen, die genannten Farbeindrükke wahrnehmen zu können, davon abhängt ob die wechselseitige Verschaltung von Stäbchen und Zapfen voll funktionstüchtig ist Sobald eine Störung darin auftaucht, etwa im Sinne tapeto-retinaler Degeneration oder beginnender multipler Sklerose, ergibt sich eine Änderungder Farbwahrnehmung. Dies tritt schon auf, wenn auch im normalen Sehen noch keine Beeinträchtigung wahrgenommen wird. Damit stellt ein Gerät nach der Erfindung eine überraschend einfache Möglichkeit zur Frühdiagnose eines anderweitig nicht nachweisbaren Krankbsitsbeginns dar.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, auch Parameter des Wechselkontrastbildes und des zusätzlichen Bildmusters verändern zu können, um variabel zu sein. Eine geeignete Ausbildungsform hat sich in einer fernsehtechnischen Nachbildung des in der Benham-Scheibe auftretenden Wechselkontrastmusters ergeber,. Dazu wird ein zeitlich veränderliches Kontrastmuster mit Hilfe eines speziellen Signalgenerators auf einem Videomonitor erzeugt. Dabei wird als Grundmuster wie bei bekannten Generatoren wegen der einfach zu handhabenden Einstellmöglichkeiten ein Balken- oder Schachbrettmuster erzeugt das man in seinen Kontrastwerten mit einstellbarer Frequenz umspringen lassen kann. So bleibt der gesamte, auf das Auge fallende Lichtstrom konstant und der jeweilige Adaptionszustand ändert sich nicht. Dies ist besonders vorteilhaft weil der obenerwähnte Zustand der wechselseitigen Verschaltung von Zapfen und Stäbchen dann erhalten bleibt.

Im folgenden sind die Eigenschaften der oben schon angedeuteten zwei Ausführungsformen.tabellarisch beschrieben:

I) Balkengenerator

a) Gesamtes Bildfeld ist in abwechselnd helle und dunkle Balken eingeteilt — wahlweise horizontal oder vertikal.

b) Balkenbreite von 2" bis 2* Zeilen wählbar.

c) Kontrast von 0.1 bis 1,0 wählbar.

d) Kontrastwechsel (Vertauschen von hellen und dunklen Balken) einstellbar von 0,1 bis 25 Hz und Standbild.

2. a) Wie 11 a, b, jedoch Bildfeld wahlweise horizontal bzw. vertikal te'lbar.

b) In den beiden Bildhälften die Möglichkeiten Mc und Hd getrennt wählbar.

3. a) Wahlweist gesamtes Bildfeld abwechselnd hell

und dunkel aussteuerbar mit einstellbarer Frequenz von 1 bis 25 Hz (bei 5 Hz sind z. B. 5 Bilder hell und 5 Bilder dunkel a 50/10 für normale Bildfolgefrequenz von 50 Hz).

b) Auftauchen des Musters nach Ha—c während der Hellphase bildweise wählbar mit einstellbarer Dauer von einem bis zu allen Bildern der Heilphase (im Beispiel nach 3a mit 5 Bildern Grundmuster und weniger als 5 Bilder Zusatzmuster, z. B. 2 Bilder Zusatzrnuster, beginnend mit der Heiiphasc des Grundmusters ergeben einen gelblichg'ünen Farbendruck).

c) Statt I3a. b Generierung eines zweiten Balkenmusters, welches in das erste geschachtelt ist, wobei das erste Muster nach Ila—d steuerbar

ist und das zweite nach Ila—c und Bb.
d) Aufteilung des Bildes nach I2A, dabei sind die

Möglichkeiten Hc und 13a, b bzw. I3c getrennt

frei wählbar.

4. Bei allen Varianten 11—3 frei über das Bildfeld verschiebbare Visiermarke mit variablem Kontrast

H) Schachmustergenerator

1. a) Gesamtes Bildfeld ist schachbrettartig aufgeteilt
b) Größe der Felder entsprechend 2¹ bis 2⁹ Zeilen frei wählbar.
c) Kontrast von 0,1 bis 1 wählbar.

d) Kontrastwechsel (Vertauschen von hellen und

dunklen Feldern) einstellbar von 0,1 bis 25 Hz

und Standbild.

2. a) Wie IHa, b, jedoch Bildfeld wahlweise horizontal oder vertikal bzw. horiTontal und vertikal teilbar.

b) In den beiden bzw. den vier Bildtwlen sind die Möglichkeiten IIlc, d getrennt wählbar.

3. a) Wahlweise gesamtes Bildfeld abwechselnd hell und dunkel aussteuerbar mit einstellbarer Fre^

quenz von 1 bis 25 Hz.

b) Auftauchen des Musters nach lila—c während der Hellphase bildweise wählbar mit einstellbarer Dauer von einem bb zu allen Bildern der Heliphase.

c\ Statt II3a, b Generierung eines zweiten Schachbrettmusters, welches in das erste geschachtelt ist wobei das erste Muster nach lila—d steuerbar ist und das zweite nach lila—cundII3b.

d) Statt Generierung eines zweiten Schachbrettmusters Erzeugung eines Balkenmusters nach IlA-cundlttb.

e) Aufteilung des Bildes nach II2a, dabei die Möglichkeiten HIc und 113a, b bzw. I13c oder

II3d frei wählbar.

4. Bei allen Varianten III—3 frei über das Bildfeld verschiebbare Visiermarke mit variablem Kontrast.

Bildgröße: quadratisch, entsprechend 512 Zeilen bzw. 512x512 Bildpunkten.

Die vorstehend beschriebene Aufteilung des Bildschirms in mehrere Felder, d. h. zwei bzw. vier Felder, ist

so nicht als Grenze anzusehen. Bei der zur lokalen Zuordnung auf dem Augenmntergrund notwendigen höheren topischen Auflösung kann auch eine Aufteilung des Bildschirms in mehr als vier Felder zweckmäßig sein. Dabei kann mittels einer im Bildbereich verschiebbaren Visiermarke, deren J'.ontrast gegebenenfalls variabel ist, eine Fixierung des Auges erfolgen.

In einer anderen Ausführungsform kann anstelle eines Schwarz/Weiß-Monitors und eines auf diesen abgestimmten Signalgeiierators auch ein Farbmonitor und

6Q Farbsignalgenerator verwendet werden. Dabei kann der Kontrastwechsel zwischen schwarzem Reizmuster und einem beliebigen farbigen Untergrund oder zwei Farbstufungen stattfinden oder auch dergestalt, daß die eine Hälfte des Bildschirms ein Farbenmuster der Form darbietet, wie es aut der anderen Hälfte durch Erzeugung der Fechner-Bcnham-Farben subjektiv empfunden wird.

Die klinisch relevante Information kann wie üblich im

psycho-physischen Experiment durch Ableiten von Elektroretinogramm oder entsprechenden evozierten Potentialen aus dem Elektroencephalogramm (EEG) gewonnen werden.

Die obengenannten Bildmuster haben sowohl im Grundmuster als auch im zusätzlichen Kontrastrei/. symmetrische Struktur. Eine Asymmetrie kann dadurch erreicht werden, daß man das Gesamtbildfeld des Monitors in zwei bezüglich des Kontrastes und der Mustergröße unterschiedliche Teilfelder aufteilt, die jedoch in sich wieder symmetrisch sind.

Es hat sieh als zweckmäßig erwiesen, auch beliebige asymmetrische Zusatzreize zu erzeugen. Dies kann dadurch gelöst werden, daß ein normales Videosignal, z. B. von einer Fernsehkamera, als zusätzlicher Kontrastreiz benutzt wird. Fechner-Benham-Farben treten dann längs der im Fernsehbild vorhandenen Kontrastkanten auf, wenn (las Bildsignal während der Hsüphsse einer periodischen Hell-Dunkel-Tastung eines Grundmusters dargeboten wird, mit einer Dauer und Phasenlage, wie sie dem Beispiel I entsprechen.

In einer einfachen Ausführungform kann die erfindungsgemäße Realisierung eines Videogenerators zur Erzeugung von Fechner-Benham-Farben mit variablem asymmetrischem Reizmuster wie folgt aufgebaut werden. Ein Videogenerator wird so gestaltet, daß er ein periodisches Hell-Dunkel-Signal liefert, dessen Kontrast von 0,1 bis 1,0 einstellbar ist, ebenso wie die Frequenz des Kontra^twechsels von 0 bzw. 0,1 bis 25 Hz. Mit diesem Grundsignaigenerator wird ein Fenstergenerator verbunden, der es erlaubt, während der Hellphase des Grundgenerators ein Videosignal, z. B. von einer Fernsehkamera mit einstellbarer Phasenlage (bezogen auf den Beginn der Hellphase) und Zeitdauer, anstelle der Hellsignals des Grundmustergenerators durchzulassen.

Das Grundsignal kann auch ein im Kontrast umspringendes Schachbrett- oder Balkenmuster sein. Das Bildsignal wird dann nur jeweils in den hellen Feldern mit einstellbarer Phasenlage und Zeitdauer dargeboten, damit der Adaptationszustand erhalten bleibt. In der so beschriebenen Ausführungform werden an allen Kontrastgrenzen im Bild die gleichen Fechner-Benham-Farben wahrgenommen.

In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Fenstergeneratoren vorgesehen. Dadurch ist bei einer Aufteilung des Bildfeldes, z. B. in vier Quadranten, jedem Bildteil je ein Fenstergenerator zugeordnet. So können in den jeweiligen Bildteilen verschiedene Fechner-Benham-Fatöen erzeugt werden wie im Fall der einfachen symmetrischen Ausführungsform. Ebenso wie in der Grundausbildung der Erfindung ist die Anwendung nicht auf Schwarz/Weiß-Kontraste beschränkt Es können auch Farbkontraste verwendet werden zur weiteren Differenzierung der Untersuchung des Auges. In seiner einfachsten Form läßt sich ein solcher Generator mit einer einzigen Fernsehkamera und einer davor rotierenden Sektorblende, wie z. B. in F i g. 4 dargestellt, realisieren. Dabei wird die Sektorenblende zur Simulation der Hellphase beleuchtet So wird durch die Rückstreuung von der hellen Fläche der Scheibe eine Hellsteuerung der Kamera erreicht Bei der in der F i g. 4 dargestellten Form würde eine Rechtsrotation mit etwa 7 bis 10 Hz bei einer r.ormalsichtigen Person zu einer gelblichgrünen und eine Linksrotation zu einer violetten Wahrnehmung der Kontrastgrenzen des Schriftzuges führen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbcispiele erläuten. In der

Fig. I ist eine Fechner-Benham-Scheibe dargestellt. Fig. 2 schemalisch der Abluuf der Kontrastwcchsel unddesZusatzmusters.

Fig. 3 sehemntisch der Aufbau einer den Fcchnor-Benham-Kontrasiwechsel simulierenden Fernseheinrichtung und

Fig.4 eine Anordnung, bei welcher die Giöl.ie eines Segmentes veränderbar ist.

In der F i g. 1 ist in Draufsicht eine Bcnham-Scheibe 1 dargestellt. Bei der Rotation dieser Scheibe 1 erzeugen die helle 2 und dunkle 3 Hälfte an einem festen Ort aiii dem Augenhintergrund der Retina ein periodisches Hell-Dunkel-Muster. Im hellen Teil 2 sind dunkle Markierungen angebracht. Die Linien 4 beginnen t2(T nach Beginn der Hellphase mit der Trennlinie 13 des Grundmiisters und reichen bis zum Ende der Hellphase, während die Linien 5 bereits 30° früher beginnen und dann aber auch 30° früher enden. Der Balken 6 liegt zwischen 60° und 120° in der Mitte der Hellphase. Um 30" nach der Grenzlinie 13 hin verschoben sind die Linien 7. Die Balken 8 und 9 sind am Anfang mit 60° von 13 und am Ende der Hellphase ebenfalls mit 30° angeordnet.
Die schwarzen Linien 4,5 und 7 bzw. Balken 6,8 und 9 im hellen Teil 2 können dann als ein zusätzlicher Kontrast ν?Manden werden, der mit einer bestimmten Zeitverzögerung nach Beginn der Hellphase, d. h. in der gemäß den Pfeilen 10 bis 12 gegebenen Drehrichtung, nach der Trennlinie 13 auftauch·, wenn man senkrecht auf die Scheibe 1 blickt. Prinzipiell wäre es auch denkbar, daß der Effekt durch Winkelbewcgung des Musters ausgelöst wird, jedoch liegen die Darbictungszeiten für einen festen Ort auf der Retina mit ca. 20 ms deutlich unter dem zeitlichen Auflösungsvermögen für Bewegungssehen von ca. 60 ms.

Die Simulation eines zeitlich veränderlichen Kontrastmusters, welches Fechner-Benham-Farben auf einem Schwarz/Weiß-Fernsehmonitor erscheinen läßt, ist in F i g. 2 angedeutet. Zum Prinzip eines solchen Videogenerators hat man davon auszugehen, daß es beim Fernsehen keine kontinuierliche Zeitskala gibt, sondern daß man sich diese Skala nur in lnkrementen von ganzen Bildern vorzustellen hat Der eigentliche Bildaufbau geht aus von einem Zeilensignal für eine helle Zeile auf dem Monitor mit Synchronimpuls und Schwarzwertaustastung. 625 solcher Zeilen ergeben dann ein volles Bild. Auch die einzelnen Bilder haben wieder einen Synchronisationsimpuls entsprechend der Fernsehnorm.
Die durchgehenden Linien hier entstehen di eh die Schwarzwertklemmung und die Synchronisationsimpulse der einzelnen Zeilen.

Insgesamt wird dann der periodische Hell-Dunkel-Wechsel durch mehrere helle bzw. dunkle Einzelbilder At in F i g. 2 erzeugt. Die zusätzlichen Kontrastreize 17 — sie entsprechen den Sektorlinien 4 bis 9 auf der Benham-Scheibe (Fig. 1) — tauchen dann in einem oder mehreren der Einzelbilder At der Hellphase z. B. 3 · At (Beispiel Fig.2) auf. In der Fig.2 ist ein Balken mit so einer Darbietungszeit von 1 Bild, beginnend mit Bild 2, der Hellphase dargestellt

Bei einem solchen zeitvariablen Kontrastmuster gelingt es dann, Fechner-Benham-Farben auf einen Videomonitor zu generieren.

Der Ablauf des Kontrastwechsels ist entsprechend ^ Fig.2 als ein Umspringen von dem Niveau hell 15 auf ·;, das Niveau dunkel 16 auffaßbar. Die Zusatzsignale kön- I: nen in gleicher Weise als kurze Sprünge 17 in der Hell- 'i

phase erscheinen.

Dies ist ζ. B. mit einer Fernsehanordnung gemäß dem in Fig.3 dargestellten Blockschaltbild erreichbar. Die Basis bildet ein Zeitgeber 20, von dem aus über in der Fernsehtechnik bekannte Elemente die entsprechenden Signale erzeugt und abgegeben werden. Dies sind der Zeilensy.-.chronisator 21, der Zeilcnaustaster 22. die Bildsynchronisation 24 sowie im Zusammenwirken mit 21 und 24 der Bildmustergeber 25 und der im gleichen Zusammenhang stehende Kontrastmuste.yeber 26. Weiterhin steht ein Hell-Dunkel-Periodengeber 27 am Zeitgeber und wird vom Bildsynchronisicrer 24 her gesteuert: Alle abgehenden Signale gelangen zu einem Mischer 28, von dem aus sie als fertiges Videosignal einem Monitor zugeführt werden.

In der F i g. 4 ist eine zur Hälfte dunkel und zur anderen Hälfte helle Scheibe 30 dargestellt, bei der ein 60" Sektorausschniti 3i aus dein neuen Tci! ausgeschnitten ist. Diese Scheibe befindet sich vor einem beschriebenen Blatt 32 und kann um ihr Zentrum 33 rotiert werden. Bei einer Rechtsdrehung mit 7 bis 10 Hz werden, wie oben bereiis beschrieben, von einer normalsichtigen Person die Kontrastgrenzen des Schriftzuges 34 gelblichgrün wahrgenommen, bei Linksroiation violett. Der mit 35 bezeichnete Sektor ist verdrehbar am Zentrum 33 gelagert, so daß die Größe des Ausschnittes 31 veränderbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
30

40

45

55

b0

65

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Erzeugung von Sehreizen zur Diagnostik der Funktion der Sehnerven, bei dem diese Sehreize von einem Bild ausgehen, das aus einem Grundmuster aus hellen und dunklen Teilflächen besteht, deren Helligkeiten periodisch gegeneinander vertauscht werden (Kontrastwechsel) und dem ein zusätzliches Hell-Dunkel-Muster in den jeweils hellen Teilflächen überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aus einem Bildmustergenerator zur Bildung eines dem Grundmuster und dem zusätzlichen Hell-Dunkel-Muster entsprechenden Videosignals und einem Monitor besteht, und daß am Bildmustergenerator die Dauer und die Phasenlage des zusätzlichen Hell-Dunkel-Musters, bezogen auf den Zeitpunkt des Kontrastwechsels ds * Grundmusters, einstellbar sind.

2. Gerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß. die Kontraste des Grundmusters und des zusätzlichen Hell-Dunkel-Musters voneinander unabhängig frei wählbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastwechselfrequenz des Grundmusters sowohl im gesamten Bild als auch in Teilen davon frei wählbar ist

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor ein Schwarz-Weiß-Femsehmonitor ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dei Monitor ein Farb-.nonitor ist.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Bildelem ;nte frei wählbar ist.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über das gesamte Bild eine Visiermarke variablen Kontrastes schiebbar ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Hell-Dunkel-Muster ein beliebiges Videosignal benutzt ist, in welchem Kontrastgrenzen vorhanden sind.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmuster der periodische Kontrastwechsel des gesamten Bildschirms und das zusätzliche Hell-Dunkel-Muster das Bildsignal eines Fenstergenerators ist, das während der Hellphase des Grundmusters durchgelassen wird.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmuster ein Schachbrett- oder Balkenmuster ist und daß das zusätzliche Hell-Dunkel-Muster mittels eines Fenstergenerators in den hellen Feldern des Grundmusters dargeboten wird.

11. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildfeld in mehrere Teilbereiche aufgeteilt ist, von denen jedem ein getrennter Fenstergenerator für die zusätzlichen Hell-Dunkel-Muster zugeordnet ist.

12. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal durch eine Fernsehkamera mit vorgeschalteter rotierender Sektorblende erzeugt wird, wobei der transmittierende Sektor innerhalb der hellen Hälfte nach Öffnungswinkel und Beginn frei einstellbar ist.

13. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrast in einer Größenordnung von 0,1 bis I, die Kontrastwechsel zwischen 0,1 und 25 Hz und bei einem Balken- oder Schachbrettmuster die Streifenbreite bzw. Seitenlänge der Schachbrettfelder zwischen 2¹ bis 2⁹ Zeilen liegen.

14. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Hell-Dunkel-Muster während der Hellphase des Grundmusters in wählbarem Abstand vom Beginn der Hellphase liegt und eine einstellbare Dauer von einem bis zu allen Bildern der Hellphase hat.

15. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Hell-Dunkel-Muster in einem Teil der hellen Felder des Grundmusters erstellt werden.