DE19961323A1

DE19961323A1 - Optischer Generator für die Diagnostik des visuellen Systems

Info

Publication number: DE19961323A1
Application number: DE19961323A
Authority: DE
Inventors: Peter Husar; Guenter Henning
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2001-06-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Stimulation des visuellen Systems mit einem Generator und zur Auswertung adäquater stimulusbezogener physiologischer Größen. DOLLAR A Im Stand der Technik sind Stimulationssysteme bekannt, die binär gesteuerte Lichtstimulatoren verwenden. So werden beispielsweise in der Perimetrie kurz-zeitig monofokal aufleuchtende Lichtmarken definierter Intensität benutzt, um die Funktionsfähigkeit des visuellen Systems zu überprüfen. In neueren Systemen werden multifokale (simultan an mehreren Orten) optische Reize eingesetzt, deren zeitlicher Ablauf in der Regel von pseudo-zufälligen binären Sequenzen - allgemein als m-Sequenzen, MLS (Maximum Lenght Sequence) oder PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) bekannt - gesteuert wird. DOLLAR A Bei den bisherigen Verfahren ist nachteilig, daß die verwendeten m-Sequenzen nur näherungsweise den signaltheoretischen Forderungen bezüglich ihrer Autokorrelationsfunktion (AKF) entsprechen und zum Teil erhebliche Irregularitäten bzw. Anomalien in Abhängigkeit von ihrer Länge aufweisen. Aus der elektrophysiologischen Sicht sind binäre Folgen in Verbindung mit auf CRT-Monitoren produzierten Mustern für die Funktionsdiagnostik nicht...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Stimulation des visuellen Systems mit einem Generator und zur Auswertung adäquater stimulusbezogener physiologischer Größen.

Im Stand der Technik sind Stimulationssysteme bekannt, die binär gesteuerte Lichtstimulatoren verwenden. So werden beispielsweise in der Perimetrie kurzzeitig monofokal aufleuchtende Lichtmarken definierter Intensität benutzt, um die Funktionsfähigkeit des visuellen Systems zu überprüfen. In neueren Systemen werden multifokale (simultan an mehreren Orten) optische Reize eingesetzt, deren zeitlicher Ablauf in der Regel von pseudo-zufälligen binären Sequenzen - allgemein als m-Sequenzen, MLS (Maximum Length Sequence) oder PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) bekannt - gesteuert wird.

Bei den bisherigen Verfahren ist nachteilig, daß die verwendeten m-Sequenzen nur näherungsweise den signaltheoretischen Forderungen bezüglich ihrer Autokorrelationsfunktion (AKF) entsprechen und zum Teil erhebliche Irregularitäten bzw. Anomalien in Abhängigkeit von ihrer Länge aufweisen. Aus der elektrophysiologischen Sicht sind binäre Folgen in Verbindung mit auf CRT-Monitoren produzierten Mustern für die Funktionsdiagnostik nicht optimal geeignet. Der Grund liegt in der Physiologie des Sehens: Sobald im betrachteten Bild eine Information bzw. eine Informationsänderung explizit vorhanden ist, wird sie nach der Wahrnehmung vom visuellen System verarbeitet. Diese Informationsverarbeitung spiegelt sich zwar in den Reizantworten des visuellen Systems wieder, jedoch sie ist sehr differenziert und kaum reproduzierbar. Daher wäre es vorteilhaft, in der Reizantwort nur die reine Reizleitung bzw. Wahrnehmung ohne höhere Verarbeitungsstufen zu erhalten. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von binären Sequenzen besteht darin, daß wenn sie insbesondere multifokal eingesetzt werden, unterliegt der gesamte zeitliche Ablauf strengen Regeln, so daß Veränderungen oder Korrekturen im Untersuchungsverlauf nahezu ausgeschlossen sind.

Ein wesentlicher Nachteil der bisherigen Verfahren besteht darin, daß die Größe der Stimulationsfläche einzelner Reizelemente vom Zentrum aus in die Peripherie den retinalen bzw. kortikalen Vergrößerungsfaktor berücksichtigend zunehmen muß. Dies führt dazu, daß vordefinierte großflächige Reizfelder entstehen und damit jegliche Flexibilität hinsichtlich der Reizpositionierung oder Reizgröße verhindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit den es möglich ist, in sinnesphysiologisch adäquater Weise einen bezüglich des Zeitverlaufs und des räumlichen Musters im Sinne der Signaltheorie optimierten optischen Reiz zu generieren und anhand einer oder mehrerer physiologischer Größen die Wahrnehmungsfunktion topographisch zu überprüfen.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß dem Betrachter simultan aus mehreren definierten Positionen des Gesichtsfeldes (multifokal) physiologisch adäquate Lichtreize mit vorgegebenen lichttechnischen Parametern abgeleitet von einer vorgegebenen Korrelationsfunktion präsentiert werden, daß die im ERG und/oder im EEG/MEG enthaltenen Reizantworten erfaßt und ausgewertet werden, daß anhand der ausgewerteten Reizantworten die Funktion des visuellen Systems überprüft wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die subjektive Wahrnehmung der präsentierten Lichtreize objektiv über die Auswertung des EEG/MEG und/oder des ERG beurteilt werden. Die Ergebnisse der Auswertung werden dazu verwendet, die Funktionsfähigkeit des visuellen Systems topographisch darzustellen.

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 mit definiertem zeitlichen Intensitätsverlauf produziert werden. Die Lichtintensität sowie der zeitliche Verlauf des von den Lichtquellen produzierten Lichtreizes sind in ausreichender Breite über den physiologisch interessierenden Bereich einstellbar.

Vom Vorteil ist hierbei, daß auf Grund des zeitlichen Verlaufs der Lichtintensität an den Reizorten ein solcher Reizmodus unabhängig von der Anzahl aktiver Lichtquellen für das visuelle System ein informationsloses bzw. -minimiertes Signal darstellt. Daher wird davon ausgegangen, daß die analysierten physiologischen Größen nur die Reizantworten bezüglich der Wahrnehmung - die gut reproduzierbar sind - und keine Anteile aus der höheren Informationsverarbeitung des visuellen Systems - welche kaum reproduzierbar sind - enthalten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß Reizantworten auf bezüglich ihrer Größe bzw. Topologie frei wählbare Reizareale bezogen, berechnet werden können. Dies wird mit Methoden der Signalverarbeitung in der Auswertung durchgeführt und man ist nicht - wie bei den bisherigen Verfahren - auf die vordefinierten Reizflächen beschränkt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber der Stimulation mit binären Sequenzen besteht darin, daß die Untersuchungsdauer völlig frei nach einfachen Qualitätskriterien auch während der Untersuchung gewählt werden kann. Dies war mit binären Sequenzen nicht möglich, da diese nach strengen mathematischen Regeln vollständig abgearbeitet werden müssen. Hinzu kommt, daß im Gegenteil zu binären Sequenzen bei dieser Stimulationsart die Reizantworten rekursiv in Echtzeit ausgewertet und dargestellt werden können, so daß der Untersucher jederzeit einen Überblick über die Stärke der Reizantworten hat und somit bei einer ausreichend hohen Qualität der Ergebnisse die weitere Stimulation abbrechen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:

- Fig. 1 das Übersichtsschaltbild des Meßplatzes und
- Fig. 2 das Schaltbild einer Realisierung des multifokalen Stimulators.

Der Patient sitzt vor einer kugelförmigen Projektionsfläche - dem Perimeter (1) -, in dem an definierten Stellen optoelektronische Lichtquellen (LED, Lichtemittierende Dioden) befestigt sind. Diese Lichtquellen werden von vier Elektronik (2) derart gesteuert, daß der zeitliche Intensitätsverlauf des abgestrahlten Lichtes entsprechend den Forderungen der Signaltheorie in seinen statistischen Momenten der vorgegebenen Korrelationsfunktion entspricht. Ein solcher optischer Reiz ruft Veränderungen - auch Reizantworten genannt - im EEG/MEG hervor. Diese Antworten werden mit geeigneter Technik (3) erfaßt, verstärkt und digitalisiert. Die digitalisierten Reizantworten werden im Rechner (2) verarbeitet und ausgewertet.

Solange die LED einzeln aufleuchten, ist auch eine subjektive Beantwortung der Frage nach dem Gesehenwerden der Lichtblitze durch den Patienten möglich, falls dieser kooperativ ist. Um die Untersuchungszeit deutlich zu verkürzen, werden die LED nicht einzeln, sondern definiert simultan angesteuert. Diese Art der Stimulation wird als multifokale Reizung bezeichnet. Hierbei ist keine subjektive Beurteilung der Reizantworten mehr möglich, die Auswertung übernimmt der Rechner (2). Da bei der Auswertung bekannt ist, mit welchem Signal die einzelnen Reizpositionen angesteuert wurden, läßt sich aus der gemeinsamen Potentialantwort die jeder Reizposition zugehörige Reizantwort berechnen.

Im Beispiel übernimmt die Steuerung des multifokalen Perimeters ein Mikrocontroller (7). Dieser legt anhand vorgegebener bzw. vom übergeordneten Rechner (2) erhaltener Parameter den Zeitablauf der multifokalen Reizung für die Zeitsteuerung (8) fest. Im Zeitablauf werden vorher festgelegte räumliche Muster (6) der aufleuchtenden LED von der Zeitsteuerung (8) abgearbeitet. Die Lichtintensität der LED läßt sich mit Hilfe von Digital-Analog-Wandlern (5) für jede Position auch in ihrem zeitlichen Ablauf einzeln einstellen. Auf diese Weise kann die Untersuchungszeit zur Kontrolle des Gesichtsfeldes gegenüber der monofokalen Reizung um einen Faktor verkürzt werden, der in der Größenordnung der Anzahl von multifokal aufleuchtenden LED entspricht.

BEZUGSZEICHENLISTE

EEG Elektroenzephalogramm
MEG Magnetoenzephalogramm
ERG Elektroretinogramm

1

Stimulatorkugel mit Lichtquellen

2

Steuerrechner

3

ERG/EEG-Meßsystem, AD-Wandler

4

Steuerung der Lichtintensität,

96

DA-Wandler

5

Steuerung des räumlichen Musters

6

Mikrocontroller/Mikroprozessor

7

Zeitsteuerung

Claims

1. Verfahren zur automatischen Funktionskontrolle des Gesichtsfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß

- auf einer Fläche ein multifokales räumliches Muster aus mindestens zwei Lichtreizen einem Betrachter präsentiert wird und
- der Zeitverlauf der Lichtintensität der präsentierten Reize in seinen statistischen Momenten einer vorgegebenen Korrelationsfunktion entspricht und
- mit Hilfe eines EEG/MEG- und/oder eines ERG-Meßsystems die Potentialantworten des Betrachters erfaßt werden und
- nach Auswertung dieser Potentialantworten eine Aussage über die Funktionstüchtigkeit der getesteten Reizlokalisationen gemacht wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das räumliche Muster der Lichtreize, deren Helligkeit und zeitlicher Verlauf von einem Rechner derart gesteuert werden, daß der zeitliche Verlauf der Lichtintensität in seinen statistischen Momenten einer vorgegebenen Korrelationsfunktion entspricht und daß das EEG/MEG und/oder das ERG mit Hilfe eines Meßsystems erfaßt und in digitaler Form einem Rechner zugeführt wird.