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WO2002041769A1 - Optische stimulation des menschlichen auges - Google Patents

Optische stimulation des menschlichen auges Download PDF

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WO2002041769A1
WO2002041769A1 PCT/EP2001/013475 EP0113475W WO0241769A1 WO 2002041769 A1 WO2002041769 A1 WO 2002041769A1 EP 0113475 W EP0113475 W EP 0113475W WO 0241769 A1 WO0241769 A1 WO 0241769A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
eye
arrangement
human eye
perimeter
Prior art date
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PCT/EP2001/013475
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Husar
Günter HENNING
Klaus Schellhorn
Sebastian Berkes
Falk Schlegelmilch
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Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/113—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining or recording eye movement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/02—Subjective types, i.e. testing apparatus requiring the active assistance of the patient
    • A61B3/024—Subjective types, i.e. testing apparatus requiring the active assistance of the patient for determining the visual field, e.g. perimeter types

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for the optical stimulation of the human eye by means of the projection of light patterns onto the inside of a perimeter hemisphere.
  • Optical stimulation systems which use a spatially fixed coordinate system are known from the prior art. It is assumed that the viewer is looking at a defined and clearly visible point in this coordinate system. Under this condition, light stimuli are applied to a flat or spherical surface in a predefined spatial relationship to the coordinate system, i.e. with existing fixation to the direction of view, projected or activated in the case of active light sources embedded in the surface.
  • a disadvantage of the previous methods is that the defined spatial assignment of the light stimuli to the retinal projection is no longer guaranteed when leaving the tolerance range of the viewing direction from the predetermined position. As a result, the measurement data cannot be used and the examination is delayed.
  • the reasons for leaving the tolerance range of the required line of sight can be subjective or objective in nature.
  • a typical subjective reason is the simulation of a disease or damage by the examined person. Aggravation is less common - the patient tries to hide damage to the visual field.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and an arrangement with which it is possible to follow the current gaze direction of the examined person with the coordinates of the optical system in such a way that the intended retinal areas can be optically stimulated independently of the eye movement.
  • the light patterns are imaged on the perimeter hemisphere with the aid of a light source, a diaphragm arrangement, a lens arrangement and a light distributor, and the position of the light pattern the perimeter hemisphere follows the direction of the eye.
  • the light patterns are generated in a computer-controlled manner and their brightness, color, geometry and also can be changed over time.
  • the coordinate system of the perimeter optics is constantly tracked to the current viewing direction of the viewer, so that the intended areas on the retina can always be optically stimulated regardless of his or her will. NEN. In this way, an interruption of the perimetric examination due to incorrect fixation is no longer necessary, as with conventional methods.
  • the invention further relates to an arrangement for stimulating the human eye by projecting light patterns onto the inside of a perimeter hemisphere, in which means are provided for determining the direction of view of the examined eye during the projection of the light patterns onto the perimeter hemisphere.
  • An infrared light source and an infrared camera with image evaluation are preferably provided as means for determining the viewing direction.
  • the light distributor can be designed as a multi-mirror device or as a D-ILA arrangement or as a rotation scanner or as a galvanomirror scanner or in a combination of these principles.
  • a flat or curved surface is positioned in the field of view of the viewer, in which optical stimuli are produced at predetermined locations with suitable light sources in such a way that they meet the intended areas in their optical projection on the retina.
  • the eye movements are recorded with a camera and the current viewing direction is determined from the image information. Based on the current viewing direction, the optical stimulus points on the projection surface are then adjusted so that the projection location on the retina does not change.
  • the advantage here is that due to the constant monitoring of the viewing direction and the tracking of the optical system to the change in viewing direction, the desired retinal areas are always stimulated even when the eye moves. Even with cooperative patients who are willing to maintain gaze fixation, but who cannot always do this for physiological reasons, this is an advantage in terms of measurement methods, particularly with regard to the reliability and objectivity of the method. The most important contribution is to be seen in the fact that functional diagnosis of the visual field is still possible in the case of objectively impossible or subjectively unwanted cooperation of the examined person. All previous methods of topological functional diagnostics, which start from the fixed eye, fail in this point.
  • the patient sits in front of a perimeter hemisphere 1, into which a stimulus pattern generated by the computer 6 is projected by an illumination system 2.
  • the illuminating pattern causes typical stimulus responses in the patient's EEG.
  • the EEG is detected from the patient's head surface with the aid of an EEG electrode system 3, amplified in an amplifier 4 and digitized with an analog-to-digital converter 5.
  • the EEG is analyzed and evaluated in digital form in computer 6.
  • the examined person must look at a fixation point BR so that the light stimuli emanating from the stimulation points SP and SP hit the planned area on the retina. If the gaze on BR is not fixed and the examined person changes the gaze direction, the stimulation points SP ] and SP 2 of the current gaze direction (fixation point BR 2 ) must be tracked to grant the desired stimulation parameters.
  • the eye is illuminated with an infrared light source 7 so that its image recorded with an infrared camera 8 is sufficiently rich in contrast for evaluation by means of image processing.
  • an image digitizer 9 After digitization in an image digitizer 9, the image is evaluated in the computer 6 and the current viewing direction is determined.
  • the fixation point is then moved from the original (BR) to a new position (BR) and the stimulation points SP, and SP are spatially shifted accordingly (SP / and SP 2 ' ). In this way it can be ensured that the planned retinal areas are always stimulated even with eye movements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Stimulation des menschlichen Auges mittels Projektion von Lichtmustern auf die Innenseite einer Perimeterhalbkugel. Erfindungsgemäss wird das Auge des Betrachters im nichtsichtbaren Bereich des Lichtes (infrarotes Licht) so beleuchtet, dass sein mit einer Infrarot-Kamera aufgenommenes Abbild für eine Auswertung mittels Bildverarbeitung ausreichend kontrastreich ist, dass aus dem Abbild anhand typischer Merkmale des Auges die aktuelle Blickrichtung berechnet wird und dass ausgehend von der ermittelten Blickrichtung die Koordinaten des Kommenden optischen Reizes so eingestellt werden, dass das vorgesehene retinale Areal gereizt wird.

Description

OPTISCHE STIMULATION DES MENSCHLICHEN AUGES
Titel
Verfahren und Anordnung zur optischen Stimulation des menschlichen Auges
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Stimulation des menschlichen Auges mittels Projektion von Lichtmustern auf die Innenseite einer Perimeterhalbkugel.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind optische Stimulationssysteme bekannt, die ein räumlich festes Koordinatensystem verwenden. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, daß der Betrachter seinen Blick auf einen definierten und für ihn gut sichtbaren Punkt in diesem Koordinatensystem richtet. Unter dieser Voraussetzung werden auf eine plane oder kugel- förmige Fläche Lichtreize in vordefinierter räumlicher Beziehung zum Koordinatensystem, d.h. bei vorhandener Fixation zur Blickrichtung, projiziert oder im Falle aktiver in die Fläche eingelassener Lichtquellen diese aktiviert.
Aus der Augenphysiologie ist bekannt, daß selbst bei gewollt starrem Blick auf einen Fixa- tionspunkt es zu spontanen Augenbewegungen kommt. Die auf diese Weise entstehenden Winkelabweichungen von der Sollposition sind im Normalfall bezüglich ihrer Größe für die Augendiagnostik vernachlässigbar.
Bei den bisherigen Verfahren ist nachteilig, daß beim Verlassen des Toleranzbereiches der Blickrichtung von der vorgegebenen Position die definierte räumliche Zuordnung der Lichtreize zur retinalen Projektion nicht mehr gewährleistet ist. Dadurch sind die Meßdaten nicht brauchbar und die Untersuchung wird verzögert. Die Gründe für das Verlassen des Toleranzbereiches der geforderten Blickrichtung können subjektiver oder objektiver Natur sein. Ein typischer subjektiver Grund ist die Simulation einer Erkrankung oder einer Schädigung durch den Untersuchten. Weniger häufig kommt eine Aggravation vor - der Untersuchte versucht eine Schädigung des Gesichtsfeldes zu verbergen.
Die meisten Probleme mit der Einhaltung der vorgegebenen Blickrichtung treten jedoch aus objektiven Gründen auf: Die Patienten sind entweder nicht kooperativ (Kleinkinder, psychisch Kranke, mental Geschädigte) oder haben bereits Gesichtsfeldausfälle (zentrale Skotome), bei denen eine zentrale Blickfixation nicht möglich ist. Daher sind solche Patienten mit herkömmlichen Untersuchungsmethoden, die auf der Anwendung eines Perimeters mit festen Koordinaten des optischen Systems basieren, nicht diagnostizierbar.
Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren und eine Anordnung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, der aktuellen Blickrichtung des Untersuchten mit den Koordinaten des optischen Systems so zu folgen, daß unabhängig von der Augenbewegung die vorgesehenen retinalen Areale optisch gereizt werden können.
Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren zur optischen Stimulation des menschlichen Auges durch Projektion von Lichtmustern auf die Innenseite einer Perimeterhalbkugel vorgesehen, daß - die Lichtmuster mit Hilfe einer Lichtquelle, einer Blendenanordnung, einer Linsenanordnung und einem Lichtverteiler auf der Perimeterhalbkugel abgebildet werden und die Position des Lichtmusters auf der Perimeterhalbkugel der Blickrichtung des Auges nachgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Lichtmuster computergesteuert generiert und sind in ihrer Helligkeit, ihrer Farbe, ihrer Geometrie und auch zeitlich veränderbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Koordinatensystem der Perimeteroptik der aktuellen Blickrichtung des Betrachters ständig nachgeführt, so daß unabhängig von seinem Willen immer die vorgesehenen Areale auf der Retina optisch gereizt werden kön- nen. Auf diese Weise ist eine Unterbrechung der perimetrischen Untersuchung wegen Fehlfixation wie bei herkömmlichen Methoden nicht mehr nötig.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zur Stimulation des menschlichen Auges durch Projektion von Lichtmustern auf die Innenseite einer Perimeterhalbkugel, bei der Mittel zur Bestimmung der Blickrichtung des untersuchten Auges während der Projektion der Lichtmuster auf die Perimeterhalbkugel vorhanden sind.
Bevorzugt sind als Mittel zur Bestimmung der Blickrichtung eine Infrarot-Lichtquelle und eine Infrarot-Kamera mit Bildauswertung vorgesehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Lichtverteiler als Multi-Mirror-Device oder als D-ILA-Anordnung oder als Rotationsscanner oder als Galvanospiegelscanner oder in Kombination dieser Prinzipien ausgeführt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist im Blickfeld des Betrachters eine plane oder gekrümmte Fläche positioniert, in der an vorbestimmten Stellen mit geeigneten Lichtquellen optische Reize so produziert werden, daß sie in ihrer optischen Projektion auf der Retina die vorgesehenen Areale treffen. Die Augenbewegungen werden mit einer Kamera erfaßt und aus der Bildinformation wird die aktuelle Blickrichtung ermittelt. Ausgehend von der aktuellen Blickrichtung werden dann die optischen Reizpunkte auf der Projektionsfläche so nachgeführt, daß sich der Projektionsort auf der Retina nicht ändert.
Von Vorteil ist hierbei, daß auf Grund der ständigen Überwachungen der Blickrichtung und der Nachführung des optischen Systems an die Blickrichtungsänderung auch bei Bewegungen des Auges immer die gewünschten retinalen Areale gereizt werden. Dies ist selbst bei kooperativen Patienten, die zwar gewillt sind die Blickfixation aufrecht zu erhalten, dies aber aus physiologischen Gründen nicht immer schaffen, ein Meßmethodischer Vorteil, insbesondere hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Objektivität der Methode. Der wesentlichste Beitrag ist darin zu sehen, daß bei objektiv nicht möglicher oder subjektiv nicht gewollter Kooperation des Untersuchten immer noch eine Funktionsdiagnostik des Gesichtsfeldes möglich ist. In diesem Punkt versagen alle bisherigen Methoden der topologischen Funktionsdiagnostik, die vom fixierten Auge ausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen: Fig.! ein Übersichtsschaltbild des Meßplatzes
Fig.2 das Prinzip der optischen blickgesteuerten Nachführung
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Wie in Fig.! gezeigt, sitzt der Patient vor einer Perimeterhalbkugel 1 , in die ein vom Rechner 6 generiertes Reizmuster von einem Beleuchtungssystem 2 hineinprojiziert wird. Das aufleuchtende Muster ruft im EEG des Untersuchten typische Reizantworten hervor. Das EEG wird von der Kopfoberfläche des Patienten mit Hilfe eines EEG-Elektrodensystems 3 erfaßt, in einem Verstärker 4 verstärkt und mit einem Analog-Digital-Umsetzer 5 digitalisiert. In digitaler Form wird das EEG im Rechner 6 analysiert und ausgewertet.
Für den Erfolg der Untersuchung ist von entscheidender Bedeutung, daß immer nur die gewünschten retinalen Areale gereizt werden. Wie in Fig.2 dargestellt, muß der Untersuchte seinen Blick auf einen Fixationspunkt BR richten, damit die von den Stimulationspunkten SP und SP ausgehenden Lichtreize das geplante Areal auf der Netzhaut treffen. Wenn der Blick auf BR nicht fixiert ist und der Untersuchte die Blickrichtung ändert, so müssen zur Gewährung der gewünschten Stimulationsparameter die Stimulationspunkte SP] und SP2 der aktuellen Blickrichtung (Fixationspunkt BR2) nachgeführt werden.
Dazu wird das Auge mit einer infraroten Lichtquelle 7 so beleuchtet, daß sein mit einer Infrarot-Kamera 8 aufgenommenes Abbild für eine Auswertung mittels Bildverarbeitung ausreichend kontrastreich ist. Nach der Digitalisierung in einem Bilddigitalisierer 9 wird das Bild im Rechner 6 ausgewertet und die aktuelle Blickrichtung ermittelt. Anschließend wird der Fixationspunkt von der ursprünglichen (BR ) auf eine neue Position (BR ) gebracht und die Stimulationspunkte SP, und SP räumlich entsprechend verschoben (SP/ und SP2 '). Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß selbst bei Augenbewegungen immer die geplanten retinalen Areale stimuliert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur optischen Stimulation des menschlichen Auges durch Projektion von Lichtmustern auf die Innenseite einer Perimeterhalbkugel, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmuster mit Hilfe einer Lichtquelle, einer Blendenanordnung, einer Linsenanordnung und einem Lichtverteiler auf der Perimeterhalbkugel abgebildet werden und die Position des Lichtmusters auf der Perimeterhalbkugel der Blickrich- tung des Auges nachgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmuster computergesteuert generiert werden und in ihrer Helligkeit, ihrer Farbe, ihrer Geometrie und zeitlich veränderbar sind.
3. Anordnung zur Stimulation des menschlichen Auges durch Projektion von Lichtmustern auf die Innenseite einer Perimeterhalbkugel (1), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Bestimmung der Blickrichtung des untersuchten Auges während der Projektion der Lichtmuster auf die Perimeterhalbkugel (1 ) vorhanden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Bestimmung der Blickrichtung eine Infrarot-Lichtquelle (7) und eine Infrarot-Kamera (8) mit Bildauswertung verwendet werden.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtverteiler als Multi-Mirror-Device oder als D-ILA-Anordnung oder als Rotationsscanner oder als Galvanospiegelscanner oder in Kombination dieser Prinzipien ausgeführt ist.
PCT/EP2001/013475 2000-11-22 2001-11-21 Optische stimulation des menschlichen auges Ceased WO2002041769A1 (de)

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