DE69222313T2

DE69222313T2 - Blickverfolgung für gesichtsfelduntersucher

Info

Publication number: DE69222313T2
Application number: DE69222313T
Authority: DE
Inventors: Alan Kirschbaum; Donald Lehmer
Original assignee: Humphrey Instruments Inc
Current assignee: Humphrey Instruments Inc
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2012-06-05
Also published as: EP0604430B1; WO1992021999A1; DE69222313D1; EP0604430A1; JPH06509486A; EP0604430A4; JP3298640B2; US5220361A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Feldanalysevorrichtung zum Testen der optischen Wahrnehmung der Netzhaut des menschlichen Auges. Die offenbarte Vorrichtung zur Verfolgung einer starren Blickrichtung signalisiert die Bewegung des Auges von der notwendigen geraden Vorausfixierung, die zur genauen Gesichtsfeldtestmessung erforderlich ist.
Bei einer Gesichtsfeldanalysevorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Vermessung der Empfindlichkeit der Netzhaut eines Patienten. Ein Lichtfleck, bezeichnet als Punkt, wird auf einen halbkugelförmigen Projektionsschinn für einen kurzen Zeitraum projiziert. Ein Patient, der den halbkugelförmigen Projektionsschirm vom Mittelpunkt der Kugel aus sieht, ist entlang einer Sichtlinie auf eine Fixierungslichtquelle fixiert, die auf der Kugeloberfläche befestigt ist. Der Projektionspunkt auf dem halbkugelförmigen Projektionsschirm wechselt gesteuert auf Positionen außerhalb der Fixierungslichtquelle. Vorzugsweise wird der Punkt in seiner Intensität verändert, wenn der Punkt sich von einer Position zu einer anderen auf dem halbkugelförmigen Projektionsschirm bewegt. Eine subjektive Bestimmung wird durch den Patienten durch Drücken einer Antworttaste ausgeführt, wenn er den Punkt sieht. Durch die Positionierung des Punktes auf bekannte Stellen auf dem halbkugelförmigen Projektionsschirm und durch Änderung der Helligkeit (in einem Gesamtbetrag von etwa vier Dekaden) wird die Empfindlichkeit der Netzhaut des Patienten gemessen und aufgetragen.
Dieses einfache Konzept hat zwei grundlegende optische Probleme, die den Patienten betreffen. Zum ersten muß der Patient auf den Mittelpunkt des halbkugelförmigen Projektionsschirmes fixiert sein. Diese Fixierung muß beibehalten werden, wenn der Punkt üblicherweise auf der Seite der vom Patienten fixierten Sichtlinie gezeigt wird, da der Punkt auf einen korrespondierenden Teil der Netzhaut fallen soll. Zum zweiten muß gewöhnlich die Sehkraft des Patienten geeignet korrigiert werden, um die Oberfläche des halbkugelförmigen Projektionsschirmes auf die Netzhaut zu fokussieren.
Es ist verständlich, daß das Fokussieren besonders dann kritisch ist, wenn die Empfindlichkeit der Netzhaut an einem Wahrnehmungsschwellwert der Sehkraft des Patienten gemessen wird; dort, wo der Fokus des Patienten nicht korrekt ist, werden Ziele, die gesehen werden sollten, nicht erkannt und geben fehlerhafte Resultate. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß ein unfokussierter Lichtfleck schwächer erscheint als ein fokussierter.
Aus wenigstens drei Gründen ist die Brille des Patienten fast immer ungeeignet, um die fokussierte Sicht auf die Punkte auf dem haibkugelförmigen Projektionsschirm zu liefern. Als erstes wird der Rahmen der Brille des Patienten in Größe und Form unvorhersehbar variieren. Dies ist eine Unbekannte in den Bereichen der Verdeckung der Sicht und im Linsenneigungswinkel. Weiterhin ist es unbedingt erforderlich, daß die Testbedingungen über einen Zeitraum von vielen Jahren wiederholbar sind. Dies würde durch Änderungen der Brille des Patienten beeinflußt werden.
Zweitens ist das optische Rezept im Hinblick auf die Brille des Patienten fast immer für den speziellen Fokusabstand (gewöhnlich 30 Zentimeter) unzureichend, der für den Test erforderlich ist. Die Brille korrigiert die Sehkraft des Patienten fast nie richtig auf den Abstand vom Auge des Patienten bis zur Oberfläche des Bildschirms.
Drittens ist der Sichtwinkel der Brille des Patienten üblicherweise unzureichend. Beispielsweise können die Brillengläser des Patienten mit zwei Brennpunkten versehen sein oder variable Linsen sein, die die Brennweite des Patienten als eine Funktion der Punktposition auf dem Schirm ändern. Dort, wo Tests des Gesichtsfeldes eines Patienten durchgeführt werden, führen solche Gläser zu fehlerhaften Ergebnissen.
Wegen dieser Beschränkungen wird die Sehkraft während eines Gesichtsfeldtestes typischerweise durch sogenannte Prüflinsen korrigiert, die ausgewählt werden, um die Sehkraft auf eine Brennweite von 30 Zentimetern zu korrigieren und die in der Nähe des Auges in einem Prüflinsenhalter plaziert werden. Weiterhin werden üblicherweise zwei Linsen benötigt, eine zur Korrektur der räumlichen Sehkraft und eine zur Korrektur der zylindrischen (astigmatischen) Sehkraft.
Die Korrektur der Sehkraft des Patienten wird von ein oder zwei zusätzlichen Prüflinsen in der Lichtbahn, die direkt vor dem Auge des Patienten angeordnet sind, begleitet. Diese gewöhnlicherweise runden Linsen werden in einer Vielzahl von sphärischen und zylindrischen Stärken hergestellt und von dem Bedienenden in Abhängigkeit der verschriebenen Werte des Patienten ausgewählt, wobei sie auf 30 cm korrigiert werden, d. h. auf den Radius des halbkugelförmigen Projektionsschirmes.
Die Standard-Prüflinsen sind im Durchmesser relativ klein (in der Größenordnung von 2,5 cm). Der Mittelpunkt der Prüflinsen sollte näherungsweise im Mittelpunkt des Auges angeordnet sein, um prismatische Effekte zu vermeiden, die mit starken Linsen einhergehen. Zusätzlich sollten die Prüflinsen nahe am Auge angeordnet sein, um ein Verdecken der Sicht des Patienten durch die Prüflinsenhalterung oder den Linsenrahmen zu vermeiden. Die meisten Feldtests werden innerhalb eines 30 Grad-Winkels von der Fixierungsachse durchgeführt. Eine enge Anordnung ist umso wichtiger, wenn starke positive Linsen verwendet werden, weil diese bei Vergrößerung der Kugel den Blickwinkel durch die Linsen kleiner machen.
Bei allen bis dato bekannten Feldtestvorrichtungen ist die Position der Linsen bezogen auf den Mittelpunkt des Schirms festgelegt, was erfordert, daß die Position des Patientenauges ebenfalls fixiert wird. Dieser Zustand wird mittels einer Video-Kamera überwacht und dem Bedienenden als ein Überwachungswerkzeug gezeigt. Eine Bewegung des Patientenauges kann eine erneute Anweisung des Patienten durch den Bedienenden erfordern.
Feldanalysegeräte verwenden typischerweise das umgebende Schirmlicht zur Ausleuchtung des Video-Feldes. Das umgebende Schirmlicht der meisten Feldtestgeräte kommt von der gleichförmigen Ausleuchtung der kugelförmigen Projektionsschirmoberfläche, wobei diese Beleuchtung vorgesehen ist, um den Projektionspunkten einen gleichförmigen Kontrast zu geben. Es ist auch bekannt, das Auge mit Lichtern zu beleuchten, die auf die Prüflinsenhalterung montiert sind und die infrarote Wellenlängen verwenden, damit der Patient sie nicht wahrnimmt.
Zusätzlich zu den praktischen mechanischen Problemen in der Ausrichtung, die die Verwendung der Prüflinse begleiten, existiert ein weiteres Problem hinsichtlich der starren Blickrichtung bei der Messung der Empfindlichkeit der Netzhaut des Patienten während des ablaufenden Feldtests.
Das Aufzeichnen der wahrgenommenen, verschieden positionierten Punkte auf dem kugelförmigen Projektionsschirm exakt auf korrespondierende Positionen auf der Netzhaut erfordert, daß das Auge seine Winkelbeziehung zu dem Mittelpunkt des halbkugelförmigen Projektionsschirms nicht ändert, während der Versuch andauert. Das Auge ist jedoch im Kopf so angeordnet, daß die starre Blickrichtung einfach geändert wird, und tatsächlich ist dieses Verhalten natürlich, wenn ein Objekt - wie z. B. ein dunkler Lichtpunkt - in den peripheren Blick kommt. Deshalb ist eine große Konzentration seitens des Patienten erforderlich, um eine konstante starre Blickrichtung beizubehalten. Kurz gesagt, der Versuchsablauf, der normalerweise bis zu 20 Minuten für jedes Auge erfordert, kann sehr ermüdend für das Auge des Patienten sein.
Im normalen Feldtest wird von dem Patienten gefordert, seinen Blick geradeaus durch "Fixierung" auf ein beleuchtetes Ziel auszurichten. Dies positioniert das Auge, um das Ziel auf dem Macula-Teil der Netzhaut des Patienten, dem Gebiet mit der höchsten Auflösung des Auges, abzubilden. Die Fixierung auf den Mittelpunkt des Schirmes erhält eine konstante Beziehung zwischen den Punkten auf dem Schirm und den spezifischen Orten auf der Netzhaut aufrecht, sogar bei einer Änderung der Position des Kopfes des Patienten von der Mittelposition.
Es ist bekannt, die starre Blickrichtung des Patienten durch Aufzeigen von Punkten an der sog. optischen Wölbung [cup] oder dem "blinden Punkt" der Netzhaut des Patienten zu prüfen, um sicher zu sein, daß diese Punkte nicht gesehen werden. Es ist ein bekanntes natürliches Phänomen, daß es bei Überlagerung der optischen Wölbung [cup] auf der Netzhaut des normalen Auges ein Gebiet gibt, auf dem Licht nicht gesehen wird. Zu Beginn des normalen Feldtestes wird die Position des blinden Punktes durch Aufzeigen vieler Punkte in der Nähe der erwarteten Position dieses blinden Punktes bestimmt. Es wird angenommen, daß der Patient während dieser Zeit hinreichend fixiert ist. Während die Position des blinden Punktes des Patienten bestimmt wird, wird die Vorkehrung getroffen, Punkte periodisch zu der Position, die die "blinde" Position zu dem Auge des Patienten sein wird, auf dem halbkugelförmigen Projektionsschirm aufzuzeigen. Normalerweise wird unter Annahme, daß der Patient die korrekte starre Blickrichtung aufrecht erhält, dieser periodisch gezeigte Punkt nicht gesehen, und eine negative Antwort wird auf das Aufzeigen des Punktes gegeben. Eine positve Antwort zeigt an, daß der Patient während des Aufzeigens des "blinden Punktes" die korrekte starre Blickrichtung nicht aufrecht erhält.
Es ist verständlich, daß das Aufzeigen der Lichtpunkte zum blinden Punkt zur Versuchszeit hinzugezählt werden muß. Außerdem stellt dieses periodische Aufzeigen nur eine kurze Überprüfung der starren Blickrichtung dar; der Patient kann eine inkorrekte starre Blickrichtung für einige Intervalle in der Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden kurzen Überprüfungen haben. Gegenwärtig ist die Messung der aktuellen starren Blickrichtung in handelsüblichen Feldtestgeräten nicht üblich.
Es ist gibt einige Feldtestinstrumente, die die Abweichung von einer mittleren Pupillenposition messen und die die Messung der starren Blickrichtung beanspruchen. Diese Messung bezieht sich auf die Zentrierung der Prüflinse, indem aufgezeichnet wird, ob der Patient an der Prüflinse zentriert oder nicht zentriert ist, hat aber keinen Bezug zur aktuellen starren Blickrichtung. Es ist verständlich, daß das Auge in so gut wie jeder Winkelrichtung starren kann, wobei die Pupille perfekt zu den Prüflinse zentriert ist.
Es ist bekannt, das untersuchte Auge während des Feldtestsvorgangs in einer Video- Aufzeichnung zu beobachten. Dies befähigt den Bedienenden, eine kontinuierliche Ansicht der Position des Auges des Patienten hinsichtlich der Prüflinsenhalterung zu haben, um offensichtliche Fehler im Feldtest zu bestimmen. Es erweist sich als ungünstig, daß der Bedienende entweder zeitweise abwesend oder mit anderen Aufgaben beschäftigt sein kann, die seine Aufmerksamkeit von der Video-Aufzeichnung ablenken. Weiterhin kann der Bedienende die starre Blickrichtung aus dem Video-Bild nicht bestimmen und bemerkt typischerweise nicht, wann der aktuelle Punkt als dem einzigen Zeitpunkt, an dem die starre Blickrichtung von Bedeutung ist, aufgezeigt wird. Nur die Pupillenpostion kann zuverlässig gemessen werden. Es gibt jedoch einen natürlichen Zusammenhang zwischen der Augenbewegung und der Wahrscheinlichkeit einer zufriedenstellenden starren Bllickrichtung. Derartige Video-Aufzeichnungen erfordern eine Video-Kamera und hinreichend Licht, damit die Video-Aufzeichnung exakt aufgenommen werden kann.
Es sind Feldanalysegeräte bekannt, die den halbkugelförmigen Projektionsschirm mit einem ebenen Lichtfeld beleuchten, das von Glühlampen erzeugt wird und das ein wenig Infrarot- Energie enthält. Die verwendete Video-Kamera ist typischerweise im infraroten Spektrum empfindlich. Dies erhöht bei Patienten mit einer dunkelgefärbten Iris den Kontrast von Licht, das von der Iris und von der dunklen Pupille reflektiert wird, da alle Iris-Farben etwa dieselbe Menge an Licht bei infraroter Beleuchtung reflektieren.
Dieses Beleuchtungssystem reflektiert auch Licht von der Prüflinsenoberfläche. Der halbkugelförmige Projektionsschirm umgibt die Linse teilweise. Die Linse ist üblicherweise nicht antireflexionsbeschichtet. Deshalb leuchtet die Linse bei infrarotern Licht, das von dem halbkugelförmigen Projektionsschirm aufgefangen wird. Dieses Licht von der Linse reduziert den Kontrast zwischen Pupille und Iris im Video-Bild.
Die US-A-4804262 beschreibt ein automatisches halbkugelförmiges Perimeter, das ein Gehäuse, eine Platte, die auf dem Gehäuse an dessen Vorderseite befestigt ist und die eine Öffnung aufweist, durch die der Kopf des Patienten paßt, einen Wahrnehmungsschalter, der von dem Patienten bedient wird, eine Vorderstütze und eine Kinnablage, die verstellbar an dem Gehäuse befestigt ist, um das Gesicht des Patienten anzuordnen, sowie ein Steuerungs- und Anzeigegerät umfaßt. Ein halbkugelförmiger Schirm in dem Gehäuse ist gegen die Öffnung gerichtet. Der Schirm weist eine Vielzahl von Leuchtdioden auf, die auf dessen gesamter inneren Fläche auf eine solche Weise angeordnet sind, daß sie eine Matrix bilden, um eine Vielzahl von Reizen zu erzeugen, sowie eine Fixierungsleüchtdiode, die am Mittelpunkt dessen Innenfläche zur Fixierung der Blickachse vorgesehen ist. Das Gerät umfaßt zusätzlich "Sehkraft" [eyesight], eine Prüfprogrammspeicherung zum Speichern einer Vielzahl von Prüfprogrammen, die unter verschiedenen Aufzeigebedingungen Reize aufzeigen, eine Selektiereinheit zum Auswählen eines ersten Prüfprogramms für eine erste Prüfung und eine Aufzeige- Steuereinheit zur Steuerung dieser Reizaufzeigeeinheit, so daß die Reizaufzeigung für die erste Prüfung mittels eines Aufzeigungsprogramms durchgeführt wird, das durch einen Selektierbefehl ausgewählt wird, wenn der Selektierbefehl auf den Selektor angewendet wird, und unter einem vorbestimmten Aufzeigeprogramm durchgeführt wird, wenn der Selektionsbefehl nicht auf den Selektor angewendet wird.
Aus der Medical Progress Trough Technology, Bd. 7,1980, S.125-129, ist ein Perimeter bekannt, das die Augenfixierung überwacht, indem es das Bild eines Auges verwendet und den Pupillenmittelpunkt sowie die Stelle der Hornhautreflexion bestimmt und indem es, um Werte zu erzielen, deren relative Stellung vergleicht, um zu bewerten öb die Blicklinie sich bewegt hat oder nicht. Die Bestimmung des Mittelpunktes der Pupille schließt die Bestimmung eines Durchschnittswertes der Mitte der nachfolgenden horizontalen Sehnen über die Pupille als Schwerpunkt des Pupillenumfangs und des korrespondierenden Durchschnittswertes des vertikalen Abstandes ein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Feldtestvorrichtung bereitgestellt zur Überwachung des Feldes des Sehvermögens der Netzhaut eines Auges eines Patienten mittels Projektion von Lichtbildern von variabler Intensität peripher zu einer Sichtlinie, entlang der die Fixierung des Auges des Patienten auftritt, wobei die Feldtestvorrichtung umfaßt: eine Fixierungsquelle für den Blick des Auges des Patienten entlang der Sichtlinie,
einen Schirm, der um die Fixierungsquelle herum befestigt ist zur Aufnahme der Projektion des die Bilder erzeugenden Lichtes, wobei der Schirm mittig um die Sichtlinle herum angeordnet ist, um es dem Auge des Patienten zu ermöglichen, sich entlang der Sichtlinie an der Fixierungsquelle auf periphere Ansichtbilder von varuerender Intensität zu fixieren, die auf den Schirm projiziert werden, um die optische Empfindlichkeit der Netzhaut des Auges zu erfassen,
Mittel zur Aufzeichnung der Indikation des Patienten hinsichtlich des Erkennens der Lichtbilder als Reaktion auf die Eingabe des Patienten,
Mittel zur Projizierung von Bildern von varuerender Intensität auf bekannte verschieden variable Bereiche auf den Schirm bezüglich der Sichtlinie zur Messung des Gesichtfeldes der Netzhaut des Auges des Patienten,
Mittel zum Halten von zumindest einer Prüflinse vor das Auge des Patienten, das dem Test unterzogen wird,
Mittel zum Stützen eines Teils des Kopfes des Patienten, wobei das Auge des Patienten in der Nähe des Schnittpunktes der Sichtlinie und der Mittel zum Halten zumindest einer Prüflinse ist,
Mittel zur Überwachung des Patienten mittels Video, die an dem Schirm befestigt sind, um eine Video-Ansicht des Auges des Patienten entlang einer Achse bereitzustellen,
wobei die Vorrichtung zusätzlich Mittel umfaßt zur Beleuchtung des im Dunklen liegenden Auges des Patienten einschließlich einer Lichtquelle, die das Auge von einer nicht mittigen Position im Hinblick auf die Achse der Mittel zur Video-Aufnahme des Auges beleuchtet;
eine Quelle zur Bestimmung einer starren Blickrichtung, die an dem Schirm befestigt ist, um eine Reflexion auf der Hornhaut des Auges zu produzieren, die eine Funktion der Position der Hornhaut des Auges bezogen auf die Sichtlinie ist;
Mittel zum Verarbeiten des Video-Bildes von einer Pupille des Auges zum Lokalisieren der Pupillenmitte des Auges und zur Ausgabe eines ersten Signals und zur Ausgabe eines zweiten Signals bezüglich der Position der Reflexion der Quelle zur Bestimmung einer starren Blickrichtung im Auge, wobei die Mittel zum Verarbeiten des Video-Bildes umfassen:
Mittel zur Messung einer horizontalen Sehne durch die Pupille des Auges,
Mittel zur Messung des vertikalen Abstandes zwischen einem Mittelpunkt auf der horizontalen Sehne und dem Ende der Augenpupille, und
Mittel zur Bestimmung des Mittelpunktes der Augenpupille bezüglich der gemessenen Sehne und des vertikalen Abstandes zwischen dem Mittelpunkt der Sehne und dem Ende der Augenpupille, und
Mittel zum Vergleich der ersten und zweiten Signale und zur Ausgabe eines zusammengesetzten Signals bezüglich der starren Blickrichtung des Auges umfassen, wobei die Ausgabe-Änderungen eine Funktion der Augenfixierung sind.
Eine Feldtestvorrichtung wird beschrieben, die sowohl interaktiv ist in der automatischen Positionierung der Prüflinsen zur Bereitstellung des korrekten Brennpunktabstandes zu dem halbkugelförmigen Projektionsschirm als auch in der Bereitstellung der automatischen Bestimmung der starren Blickrichtung durch automatische Video-Überwachung des Patienten. Es ist eine Patientenkinnstütze mit zwei Kinnablagen oder -einwölbungen vorgesehen, wobei jeweils eine Kinneinwölbung zur Überprüfung eines Auges des Patienten dient. Typischerweise legt der Patient sein Kinn auf die Kinneinwölbung, die für die Überprüfung des linken Auges erforderlich ist, oder auf die Kinneinwölbung für die Überprüfung des rechten Auges. Die Kinneinwölbung oder -ablage wird gewöhnlicherweise anfänglich in der Höhe eingestellt, um das Auge des Patienten bezüglich des Mittelpunktes des kugelförmigen Projektionsschirmes annähernd zu zentrieren. Diese Einstellung wird durch den Bedienenden bewirkt entweder durch Anschauen des Patienten und der Prüflinsenhalterung von der Seite oder durch Verwendung des Bildes des Video- Bildschirms. Diese Einstellung ist wegen des weiten Bereichs des vertikalen Abstandes zwischen dem Kinn des Patienten und seinen Augen erforderlich. Das Variieren des horizontalen Abstandes zwischen dem zu überprüfenden linken und rechten Auge ist einheitlicher und erfordert keine Einstellung durch den Bedienenden im Hinblick auf die Bevölkerungsgruppe, die durch die Feldtestvorrichtung einem Test unterzogen wird.
Es ist eine verschiebbare Prüflinsenhalterung vorgesehen. Der Test wird für jedes Auge einzeln durchgeführt. Die Prüflinsenhalterung ist lösbar beweglich in der horizontalen und vertikalen Richtung und trägt zur Beleuchtung des zu prüfenden Auges kleine Lichtquellen, vorzugsweise innerhalb des infraroten Spektrums.
Die Quellen sind bevorzugt an den 2-, 4-, 8- und 10-Uhr-Positionen bezogen auf den Prüflinsenmittelpunkt angeordnet. Die Reflexionen, die durch diese Quellen in der Hornhaut gebildet werden, können als ein Indikator der Augenposition verwendet werden, allerdings wird die Augenposition vorzugsweise durch die Lokalisierung der Pupille selbst im Video- Bild bestimmt. Die Prüflinsenhalterung ist mit einer Anzeige der Lokalisierung im Hinblick auf das Video-Bild ausgerüstet. Diese Anzeige der Lokalisierungsdaten kann mittels des Positionierungscomputers verwendet werden, um die Prüflinsenhalterung zu lokalisieren und den Bereich des Interesses der Video-Daten auf den Bereich innerhalb der Prüflinse zu begrenzen. Die Prüflinsenhalterung ist vorzugsweise mit einer Leuchtquelle - wieder im infraroten Spektrum - versehen, die in die Video-Kamera gerichtet ist, um die Prüflinsenstellung zu bestimmen. Diese Beleuchtungsquelle erzeugt einen hellen Lichtpunkt im Video-Bild, der sich mit der Prüflinsenhalterung bewegt, und wird als "Markierungspunkt" bezeichnet. Der Kopf des Patienten wird anfänglich durch den Bedienenden vertikal ausgerichtet, wobei die Kinnablage vor dem Beginn des Feldtests vertikal positioniert wird. Der Patient wird dann aufgefordert, durch die Prüflinsen zu schauen, falls notwendig, unter Bewegung seines Kopfes. Der Positionierungscomputer bestimmt die Anwesenheit eines Auges in einem Video-Fenster, das gleichgroß ist wie die Größe der Prüflinse und das innerhalb der Prüflinsen durch die von dem Prüflinsenmarkierungspunkt erhaltenen Daten positioniert ist. Der Positionierungscomputer bewegt dann die Prüflinsenhalterung horizontal, um die Pupille des Auges in der Linse zu zentrieren. Während des Tests folgt das System der Pupille (bewegt sich mit).
Als Ergebnis folgt die Prüflinse der versehentlichen Kopfbewegung des Patienten ohne anderweitige Unterbrechung des Feldtests. Die bewegliche Prüflinsenhalterung ist vorteilhaft für das offenbarte Ermittlungssystem der starren Blickrichtung. Es bringt die Sicherheit, daß sich die Pupille zentriert zu der Linse befindet und daß ein zusätzliches Video-Fenster erzeugt werden kann, das in seiner Größe reduziert ist, um allein den Mittelpunkt der Linse zu umfassen, wobei mögliche Refexionen von der Prüflinsenfläche vermindert werden, die die Messung der starren Blickrichtung stören.
In dem Ermittlungssystem für die starre Blickrichtung bewirkt eine den starren Blick einstellende, sich im infraroten Spektrum befindende Quelle - wie beispielsweise eine Lichtemissionsdiode (im weiteren als LED bezeichnet) - angeordnet vorzugsweise auf der Fläche des Schirmes neben dem Schirmmittelpunkt - eine Reflexion der starren Blickrichtung auf der Hornhaut des Auges, wobei sich diese Reflexion der starren Blickrichtung neben dem Mittelpunkt einer normalen kugelförmigen Hornhaut befindet.
Diese Reflexion ist in ihrem Durchmesser klein, und ihre Position ist unabhängig von der Nähe des Auges zu der Prüflinsenhalterung und der Position des Auges hinsichtlich des Mittelpunktes des Projektionsschirmes.
Diese Quelle ist mit Mitteln versehen, um die Quelle an- und auszuschalten, so daß die Reflexion von der Hornhaut nur erzeugt wird, wenn sie für die Bestimmung der starren Blickrichtung gebraucht wird. Dies kann in einem einzelnen Video-Rahmen auftreten, und die Abtrennung kann begleitet werden durch das Abziehen eines Video-Rahmens von dem vorhergehenden Video-Rahmen. Die einzige Änderung in dem kleinen zentralen Fenster sollte der Zusatz der Hornhautreflexion von der eine starre Blickrichtung bewirkenden Quelle sein.
Die die starre Blickrichtung bewirkende Quelle sollte nicht angeschaltet sein, während die Linse bewegt wird, weil diese Reflexionen in der Prüflinse erzeugt, die die Bestimmung des Mittelpunktes der Pupille stören könnten. Daß sich diese Reflexionen in dem kleinen zentralen Video-Fenster befinden, wird vermieden, indem die Prüflinse in der Prüflinsenhalterung um einen Winkel bezüglich der Video-Kamera und der Lichtquellen gekippt wird.
Um die starre Blickrichtung zu messen, muß der Mittelpunkt der Pupille auch mit einer größeren Präzision bestimmt werden, als sie für die Linsenzentrierung erforderlich ist. Die Vorkehrung für die automatische Video-Messung des Mittelpunktes der Augenpupille wird bereitgestellt - sie schließt vorzugsweise die Messung einer horizontalen Sehne der Augenpupille, das Halbieren dieser horizontalen Sehne, das Lokalisieren des unteren Endes der Augenpupille entlang der zweigeteilten Abmessung und dann das Bestimmen des Mittelpunktes der Pupille ein.
Die starre Blickrichtung wird mittels einer Vektorverschiebung zwischen dem Pupillenmittelpunkt und der die starre Blickrichtung betreffenden Hornhautreflexion bestimmt. Ein Startwert für diesen Vektor wird bestimmt am Anfang des Feldtests, wenn die Voraussetzung erfüllt ist, daß der Patient eine ausreichende starre Blickrichtung hat. Eine Änderung in diesem Verschiebungsvektor wird verwendet, um eine Änderung in der starren Blickrichtung anzuzeigen. Die beschriebene Bestimmung der starren Blickrichtung setzt eine korrekte Prüflinsenzentrierung in einem Ablaufplan voraus, der die Reflexionen ignoriert, die möglicherweise in den erforderlichen Prüflinsen vorkommen können. Es werden Vorkehrungen getroffen, um eine Aufzeichnung der Prüflinsenbewegung und des Wechsels der starren Blickrichtung zu bekommen, um die Qualität der Daten, die während des Feldtests erhalten wurden, zu bestimmen.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden verdeutlicht durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Zeichnungen, in denen:
Fig. 1A und 1B eine Seitenansicht bzw. Vorderansicht eines Patienten sind, der in einen Feldtester blickt, der eine halbkugelförmige Projektionswand aufweist, wobei der Patient in Fig. 1B für die Durchführung des Feldtests der Netzhaut seines linken Auges positioniert wird durch Verwendung der Ausrüstung zur Aufnahme per Video und eines beweglichen Prüflinsenhalters, wie in der Erfindung offenbart;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung für das Bewegen der Prüflinsen zeigt, um dem Auge des Patienten während einer versehentlichen Bewegung des Kopfes und Auges zu folgen, die während der Dauer des Feldtestes des Auges auftreten kann;
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen der Beleuchtungsquellen der Prüflinsen sind, gezeigt als vier LEDs, die in Richtung zum Auge gerichtet sind, für die Beleuchtung des Auges, wobei Fig. 3A eine Darstellung des Prüflinsenhalters und des Auges von oben ist und wobei Fig. 3B nur den Prüflinsenhalter in der Seitenansicht des Patienten darstellt;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm der Iris und Pupille eines getesteten Auges zeigt, wobei die schematische Darstellung die räumliche Analyse zur Bestimmung des Radius und des Zentrums der Pupille des Auges veranschaulicht;
Fig. 5A eine Darstellung des Prüflinsenhalters in der Situation zeigt, die gerade nach der versehentlichen Bewegung des Kopfes oder Auges des Patienten entsteht - deshalb wird eine Verschiebung zwischen der Pupille des Patienten und dem Mittelpunkt der Prüflinsen gezeigt;
Fig. 5B eine Vektor-Graphik der Korrektur zeigt, die für die Zentrierung der Prüflinsen in Bezug auf das bewegte Auge des Patienten notwendig ist;
Fig. 5C eine vergrößerte Vektor-Graphik zeigt, die in Form von Vektoren die erforderlichen Schrittmotorverschiebungen verdeutlicht;
Fig. 6 ein Blockdiagramm zeigt, das die Software-Logik verdeutlicht, die für die Zentrierung der bewegbaren Prüflinsen notwendig ist in Bezug auf die Video-Ansicht des Auges des Patienten;
Fig. 7A eine Darstellung des Prüflinsenhalters ist, der die Hornhaut-Reflexion der vier Beleuchtungs-LEDs und der Lichtquelle für einen starren Blick während der Bestimmung der starren Blickrichtung verdeutlicht;
Fig. 7B eine Darstellung des Video-Fensters bezogen auf den Prüflinsenhalter ist, der mittels eines Vektors den Richtungswechsel des starren Blickes des Patienten zeigt;
Fig. 7C eine vergrößerte Ansicht des Vektors von Fig. 78 ist, die die Bestimmung des Wechsels in der starren Blickrichtung verdeutlicht;
Fig. 8 eine Darstellung des Feldes der Video-Kamera mit zwei Größen eines auf dem Feld aufliegenden Video-Fensters ist, wobei ein erster Teil des Video-Feldes die aktuelle Position der Prüflinsen überdeckt und ein kleiner zentraler Teil für die Messung der starren Blickrichtung des Patienten während des Tests verwendet wird
Fig. 9 eine Software-Logik-Schematik einer Programm-Logik zeigt, die für die Aufnahme der Fixierung oder der starren Blickrichtung des Patienten verwendet wird; und
Fig. 10A-10D schematische Darstellungen sind für die Ermittlung des Abstandes des Auges zu den Prüflinsen, damit der Patient einen korrekten Abstand zu den Prüflinsen beibehält, und
Fig. 11A-11C die Video-Daten auf einer Video-Linie darstellen, die über einem Durchmesser des Auges verläuft, wie gezeigt in Fig. 4, aufgenommen durch die Iris und die Pupille, wobei die Figuren die Lichtintensität in Fig. 11A, die erste Ableitung der Lichtintensität in Fig. lib und die zweite Ableitung der Lichtintensität in Fig. 11b wiedergeben.
In den Fig. 1A und 1B wird eine schematische Darstellung eines beweglichen Prüflinsenhalters 40 dieser Erfindung gezeigt. Es wird ein Patient P dargestellt, der auf einen halbkugelförmigen Projektionschirm 5 blickt. Hierbei wird der Patient P gezeigt, dessen linkes Auge E getestet wird. In diesem Test ist der Patient so ausgerichtet, daß er auf das Fixierungslicht L in der Mitte des kugelförmigen Projektionsschirms fixiert ist.
Bezugnehmend auf Fig. 1B weist die gezeigte Kinnstütze 25 zwei Einwölbungen auf, wobei diese Einwölbungen eine Wölbung 26 zum Testen des rechten Auges des Patienten und eine Wölbung 27 zum Testen des linken Auges des Patienten aufweisen. Die Kinnstütze ist vertikal in der Richtung des Pfeils 31 mittels des Gewindestangenmechanismus 29 verstellbar. Es ist keine weitere horizontale Korrektur der Position des Kinns außer durch die beiden Kinnabstützeinwölbungen vorgesehen.
Der Projektor 14, der von einem Computer (nicht gezeigt) gesteuert wird und gut bekannt und verständlich im Stand der Technik ist, projiziert einen Lichtpunkt 16 auf die Oberfläche des haibkugelförmigen Projektidnsschirmes. Der Patient zeigt durch das Drücken des Antworttaste 30 an, daß er den Lichtpunkt 16 gesehen hat. Die Antwort des Patienten durch das Drücken der Taste wird mittels einer Apparatur aufgenommen, die im Stand der Technik bekannt und verständlich ist.
Die gezeigte Feldtestvorrichtung ist bekannt. Sie kann von der Allergan Humphrey aus San Leandro, Kalifornien, USA, unter der Kennzeichnung Feldanalysierevorrichtung der Serie 600 erworben werden. im folgenden wird der Leser verstehen, daß der Mechanismus zur Bewegung des Prüflinsenhalters und zum Verfolgen der starren Blickrichtung bei Verwendung der Video-Kamera V, Fig. IA, die primären neuen Teile der vorliegenden Offenbarung bildet.
Der Prüflinsenhalter 40 wird in Fig. 2 als ein halbkreisförmiger Rahmen gezeigt. Der Halter 40 weist eine aktive und eine inaktive Position auf. In der aktiven Position hat der Prüflinsenhalter 40 die Möglichkeit, sich sowohl horizontal als auch vertikal durch die Steuerung von zwei Motoren X und Y zu bewegen. Wenn sich der Prüflinsenhalter 40 in der inaktiven Position befindet, wird der Halter aus der mittigen Position in eine äußere Position, die durch die gestrichelte Linie bei 40' gezeigt ist, bewegt, in der sich der Prüflinsenhalter während des Testes nicht in dem Blickfeld des Patienten P befindet.
Der Leser wird verstehen, daß die Feldtester für zwei Arten des Feldtestes verwendet werden. Die am häufigsten durchgeführten Feldtests prüfen den Mittelpunkt, 30 Grad entfernt von der Fixierungsachse. Die weniger häufigen Tests führen Messungen der visuellen Empfindlichkeit bei Blickwinkeln zwischen 30 und 90 Grad von der Fixierungsachse durch, um die Empfindlichkeit der peripheren Sehkraft zu prüfen. Für diese Art der Prüfung wird der Linsenhalter 40 zu der Position des Linsenhalters 40', wie gezeigt mit den gestrichelten Linien, bewegt. Typischerweise werden bei dieser erweiterten Blickfeldüberprüfung keine Prüflinsen verwendet. Im übrigen würden die Punkte, die extreme Winkel auf der Wand präsentieren, nicht durch den Blickwinkel der Linsen verlaufen. Einige der Punkte würden nicht durch die Linsen korrigiert werden, und einige würden durch den Rahmen der Prüflinsen verdeckt werden.
Üblichere Feldtests umfassen die Messung der zentralen Empfindlichkeit der Sehkraft in einem Winkel von 30 Grad von der Fixierungsachse. Es wird im weiteren angenommen, daß diese Messung von Interesse ist, sofern nichts anderes angemerkt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird ein mechanisches Schema gezeigt, das den Mechanismus für die erforderliche Bewegung des Prüflinsenhalters 40 hervorhebt. Das mechanische Schema zeigt den X-Motor mit dem Körper des Motors, der mit dem Gestell des Feldtesters verbunden ist. Die Welle 42, die sich von dem X-Motor aus erstreckt, weist ein feines Außengewinde auf. Die Welle führt durch den X-Motor, der eine Mutter aufweist, die durch den Rotor des X-Motors gedreht wird. Da vermieden wird, daß die Welle durch den Mechanismus gedreht wird, bewirkt die Drehung der Mutter eine Verschiebung des Y- Motors als Reaktion auf die Drehung des Rotors des X-Motors. Da der Rotor des X-Motors sich dreht, bewegt die Welle 42 den Y-Motor horizontal.
Der Y-Motor ist ähnlich gestaltet und befestigt an einem horizontal gleitenden Trägerelement 50, das durch den X-Motor angetrieben wird. Der Y-Motor ist in der Lage, den Prüflinsenhalter vertikal über die vertikale Welle 44 zu bewegen. Das gezeigte Verfahren der vertikalen Bewegung ist exakt analog zu der ähnlichen horizontalen Bewegung des X-Motors.
Der dargestellte Mechanismus verwendet typischerweise handelsübliche lineare Schrittmotoren. Diese Schrittmotoren erlauben dem steuernden Computersystem, das unten beschrieben wird, die Linse in jede notwendige Position in einer vertikalen Ebene vor dem Auge für alle normalen Abweichungen der Bewegung des Auges E des Patienten zu bewegen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B kann der bewegliche Prüflinsenhalter 40 besser verstanden werden. Der Prüflinsenhalter 40 ist hier mit einer infrarot-Lichtquelle 58 ausgestattet, die direkt auf die Video-Kamera V gerichtet ist. Diese Quelle 58 wird als "Markierungspunk" bezeichnet.
Wir bevorzugen die Verwendung des Markierungspunkts 58 zur Verfolgung der Position des Prüflinsenhalters 40. Der Leser wird verstehen, daß andere Mittel genauso gut verwendet werden können. Zum Beispiel könnte die mechanische Position des Prüflinsenhalters 40 durch andere Mittel eingegeben werden beispielsweise durch Zählen der Umdrehungen des Schrittmotors. Zum Zwecke des Verständnisses der hier offenbarten Erfindung ist nur erforderlich, daß die Position des Linsenhalters 40 hinsichtlich des Video- Bildes des Auges E feststellbar sein muß.
Wenigstens eine und vorzugsweise vier Infrarot-Lichtquellen 54-57 sind an dem Prüflinsenhalter an den 2-, 4-, 8- und 10-Uhr-Positionen angeordnet. Diese Quellen sind schräg zur Pupillenmitte hin ausgerichtet, um die Iris gleichmäßig auszuleuchten. Obwohl die Reflexionen, die durch diese Quellen in der Hornhaut erzeugt werden, zur Bestimmung der Augenposition verwendet werden können, sind manchmal nicht zugehörige Reflexionen vorhanden, die mit diesen erstgenannten verwechselt werden können. Es ist deshalb hierfür empfehlenswert, das Auge durch die Pupille selbst zu lokalisieren, die als eine große dunkle Fläche in einem allgemein hellen Feld der Iris erscheint und die deshalb leicht wahrnehmbar ist.
Die Positionierung der Lichtquellen an den 2-, 4-, 8- und 10-Uhr-Positionen wird bevorzugt. Es wurde herausgefunden, daß Lichtquellen über dem Auge einen Schatten bewirken, der vom oberen Augenlid und den Augenwimpern geworfen wird. Ebenso haben Lichter unter dem Auge ähnliche Schatten, die entweder durch die unteren Augenwimpern oder durch das untere Augenlid geworfen werden. Weiterhin sind viele Augen teilweise geschlossen - besonders das obere Lid im beobachtenden Zustand. Da dies der Fall ist, wurde herausgefunden, daß Licht, das seitlich auf das Auge E trifft, die geringste Möglichkeit zur Überlagerung mit den angrenzenden Körperteilen hat. Wenn der Markierungspunkt 58 verwendet wird, bestimmt ein Video-Prozessor die relative Position des Markierungspunkts und der Augenpupille 60. Der Prozessor hält eine anfänglich bestimmte räumliche Beziehung zwischen der Augenpupille 60 und dem Markierungspunkt 58 durch die automatische verfolgende Bewegung der Prüflinse aufrecht. Als ein Ergebnis wird die Prüflinse während des Ablaufs des Feldtests automatisch zur Augenpupille zentriert.
Es ist verständlich, daß ein Vorteil der offenbarten Prüflinsenzentrierung ist, daß sie die Abdeckung von Teilen des Blickfeldes des Patienten durch den Prüflinsenhalter 40 vermeidet, was andererseits auftreten kann, wenn sich die Linse außerhalb der Mitte des Auges E des Patienten befindet. Gleichzeitig verbessert die automatisierte Bewegung der Prüflinse die Behaglichkeit des Patienten und reduziert die Anspannung des Patienten, da sie eine absolute und eingefrorene Kopfposition für die Dauer des Tests von bis zu zwanzig Minuten nicht erforderlich macht. Als Ergebnis werden sowohl die Ruhe des Patienten als auch die Testgenauigkeit verbessert.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß kleine Bewegungen des Auges relativ zu dem halbkugelförmigen Projektionsschirm des Feldtesters die Genauigkeit des Tests nicht spürbar verändern, da eine ausreichende starre Blickrichtung beibehalten wird.
Ein weiterer Vorteil des offenbarten automatischen Ablaufs der Zentrierung der Prüflinse ist, daß der Kopf des Patienten nur in der Höhe auf die Mitte des Schirmes des Feldtesters ausgerichtet werden muß. Außerdern ist die Notwendigkeit, daß der Bediener die horizontale Position des Kopfes des Patienten zu Beginn des Tests ausrichten muß, durch die Kinnablage 25 aufgehoben, die zwei Vertiefungen 25, 26 zur Kinnablage hat. Folglich ist der Mechanismus des Standes der Technik zur horizontalen Ausrichtung der Kopfposition nicht länger erforderlich. Da dieser Mechanismus zur horizontalen Ausrichtung des Kopfes sowohl stabil als auch einstellbar sein muß, können die nicht unbeträchtlichen Kosten des Mechanismus durch seine Weglassung eingespart werden.
Bei dem normalen Testablauf wird die Sehkraft nur in einem 30-Grad-Winkel von der Fixierungsachse getestet. Es gibt jedoch einige Testabläufe, die den Testwinkel über diesen Winkelbereich hinaus bis zur Annäherung an 90 Grad von der Fixierungsachse ausdehnen. Für diese Testabläufe des peripheren Sehvermögens kann der Prüflinsenhalter 40 nicht ganz außerhalb des Blickfeldes sein. Für diesen Zweck werden die Prüflinsen 51, 52 und der Prüflinsenhalter 40 typischerweise nicht verwendet und werden vollständig aus dem Blickfeld des Patienten herausbewegt Das entfernt die Beleuchtungsquelle für das Auge, da die Quelle an dem Prüflinsenhalter befestigt ist. Diese Quellen tragen dazu bei, die Grenze Iris/Pupille zur Bestimmung der Pupillenmitte, die als ein Teil der Daten in der Bestimmung der starren Blickrichtung verwendet wird, zu beleuchten.
Es sind zwei Alternativen zur Beibehaltung der Bestimmung des Pupillenmittelpunktes ohne den Prüflinsenhalter in der Nähe des Auges offenbart. Eine Alternative ist, den Linsenhalter 40 so zu verändern, daß die LED-Bleuchtungsquellen separat zu dem Linsenhalterteil und unter das Blickfeld befestigt werden, was erlaubt, den Linsenhalterteil des Linsenhalters 40 zum peripheren Testen zu entfernen. Dies erfordert, daß die LEDs direkt nach oben von einer Stelle nahe unterhalb des Auges aus auf das Auge leuchten. Diese Alternative hat den Nachteil, daß ein Schatten erzeugt wird durch das Fleisch unter dem Auge, was die Bestimmung der Grenze Iris/Pupille an der Unterseite schwierig macht.
Eine vorteilhaftere Alternative ist, zwei zusätzliche LED-Quellen 301, 302 (siehe Fig 1 B) auf dem Schirm 5 anzuordnen. Diese Quellen sind hinreichend außerhalb der Mitte in der Kugel angeordnet, um das Auge von der Kugeloberfläche aus zu beleuchten und keine Reflexionen von der Hornhaut im mittleren Gebiet zu bewirken, die mit der Quelle zur Verfolgung des starren Blicks verwechselt werden könnten. Die Anordnung dieser Quellen auf der Kugeloberfläche ist im Falle des peripheren Tests möglich, da es dort keine Prüflinsen gibt, die unerwünschte Reflexionen bewirken. Die mittlere Hornhautreflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung wird noch in dergleichen Weise erzeugt.
Wie in den Fig. 1A, 1B und 2 gezeigt, wird die Zausrichtung, die Nähe der Linse zum Auge, manuell eingestellt. Dies erfolgt in Form eines Verbindungselementes mit hoher Reibung 55 in der Nähe des unteren Endes des Verbindungsarmes, was es ermöglicht, den Halter durch Änderung des Winkels des Verbindungsarmes näher an das Auge zu bewegen.
In den Fig. 3A und 3B wird die schematische Darstellung der Quellen zur Beleuchtung des Auges E in dem Linsenhalter gezeigt. Diese schematische Zeichnung zeigt sowohl eine Draufsicht des Auges E des Patienten und eine Ansicht des Linsenhalters 40 aus der Sicht des Patienten. Fig. 3A ist eine Draufsicht, die zwei Prüflinsen 51, 52 zeigt, die in den Prüflinsenhalter 40 montiert sind. Typischerweise liefert die erste Prüflinse 52 die sphärische Korrektur, die der Patient erforderlich macht. Die zweite Prüflinse 51 hat notwendige zylindrische Komponente der Korrektur des Patienten und ist in einem geeigneten Winkel für diese Korrektur des Patienten ausgerichtet. Die Linsen 51, 52 sind vor der Hornhaut C und der Netzhaut R des Auges E angeordnet dargestellt.
In Fig. 3B ist der Linsenhalter 40 aus der Sicht des Patienten dargestellt. Dieser Linsenhalter zeigt die Position von den vier Infrarotlicht aussendenden Dioden (LEDs) 54- 57. Diese LEDs sind in den Linsenhalter 40 integriert.
Um die Reflexionen von den Prüflinsen zu beseitigen, wird das Auge von dem Prüflinsenhalter beleuchtet, indem vorzugsweise vier Infrarotleuchtdioden (LEDs), die an der Seite des Prüflinsenhalters, die zum Auge des Patienten zeigt, angeordnet werden. Die bevorzugten Positionen dieser LEDs sind auf den 2-, 4-, 8- und 10-Uhr-Positionen um die Mitte des Prüflinsenhalters herum.
Die lnfrarot-LEDs sind in einer der vielen Standardfassungen gefaßt und in den Prüflinsenhalter eingesetzt. Die ausgewählten LED sind nicht mit einer Linse oder mit einer sehr schachen Linse ausgestattet, so daß das Licht in einem großwinkligen Muster streut. Die vier Muster überlappen, um das Auge mit einer gleichmäßigen Beleuchtung zu beleuchten, die ein Video-Bild mit hohem Kontrast im infraroten Spektrum erzeugt.
Unter Bezug auf Fig. 3A wird verständlich, daß die Hornhaut C des Auges E eine hochreflektierende kugelförmige Oberfläche ist, die bestimmte Strahlen der infraroten Lichtquellen zu der Video-Kamera V reflektiert. Diese Strahlen folgen der Regel der gleichen Winkel, wonach sie von der Oberfläche der Hornhaut C in einem Winkel gleich und entgegengesetzt zu dem Einfallswinkel reflektiert werden. Vier helle Lichtpunkte 64-67 werden auf dem Video-Bild der Video-Kamera V zusätzlich zu der normalen Ansicht des Auges E und den umgebenden Flächen abgebildet. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.
Es ist zu bemerken, daß es keine Reflexionsstrahlen gibt, die in der Nähe der Hornhautmitte erzeugt werden. Außerdem gibt es keine Reflexionsstrahlen, die durch die Oberflächen der Prüflinsen erzeugt werden. Das Fehlen der Reflexion der Beleuchtungs- LEDs in der Nähe der Hornhautmitte ist zurückzuführen auf den Winkel der Beleuchtungsquellen zu der Hornhaut. Das Fehlen der Reflexion von den Linsen wird auf die Tatsache zurückgeführt, daß die Beleuchtungsquellen an dem Prüflinsenhalter 40 auf der zu dem Patienten gerichteten Linsenseite angeordnet sind.
Es kann weiterhin mit Bezug auf Fig. 3A beobachtet werden, daß der Winkel der Beleuchtungsquellen auch das Licht, das von der Netzhaut R des Auges E reflektiert wird, von dem Erreichen der Video-Kamera V ausschließt. Dies ermöglicht dem Video-Bild, eine dunkle Pupillenfläche, die frei von Reflexionen ist, zu erhalten, ein gewünschtes Bild zur Mustererkennung des Computersystems zur Positionssteuerung, das zur Zentrierung der Prüflinse auf die Pupille ausgelegt ist.
Bezugnehmend auf Fig 4 wird schematisch Iris und Pupille mit der Sehne zum Finden des Mittelpunkts dargestellt, die in der Berechnung des Mittelpunktes der Sehne verwendet wird. Diese schematische Zeichnung zeigt ein idealisiertes Video-Bild der dunklen Pupille 60, die von einer beleuchteten Iris 62 umrahmt wird. Die vier schwarzen Punkte 64-67, die in der Iris 62 erscheinen, sind die Reflexionen der entsprechenden Lichtquellen 54-57 von dem Linsenhalter 40 an der sphärischen Oberfläche der Hornhaut C.
Es wird verständlich werden, daß die Darstellung des Auges E auf dem Papier von der Realität in der Art abweicht, daß die Pupille 60 dunkel ist, die Iris 62 etwa ein Viertel der Helligkeit aufweist, die Lederhaut 64 und die umgebende Haut von halber Helligkeit sind und die vier Hornhautreflexionen 64-67 von voller Helligkeit sind.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, Wellenlängen- und Video-Fenster zu verwenden, die Licht aus verschiedenen Quellen trennen, um das Überschneiden der Video-Daten zu vermindern. Um die Prüflinsenreflexionen zu vermindern und um außerdem den Kontrast der Iris und der Pupille zu erhöhen, reagiert die Video-Kamera allein auf infrarotes Licht. Vorzugsweise umfaßt die Video-Kamera einen Durchlaßfilter 11 für ein infrarotes Band, um dieses Ergebnis zu erreichen, siehe Fig. 1A.
Bezugnehmend auf Fig. 1B ist es bevorzugt, den halbkugelförmigen Projektionsschirm 5 mit einem beleuchteten Hintergrund von relativ konstanter Lichtstärke im sichtbaren Spektrum zu beleuchten. Die Schirmlichter 107, die die Schirmfläche beleuchten, sind fluoreszierend, um den infraroten Gehalt auf dem halbkugelförmigen Projektionsschirm 5 zu vermindern. Es wird deshalb verständlich, daß Licht, das von Objekten zurückstrahlt, die durch die Schirmlichter beleuchtet werden, nicht in den Video-Daten erscheinen wird. Als Ergebnis wird eine nichtverdeckte Ansicht des Auges E und der Grenze zwischen der Iris 62 und der Pupille 60 hinter den Prüflinsen erzeugt, deren Linsen aus praktischen Zwecken in der Video-Ansicht transparent sind.
Ein Vorteil der Anordnung der Beleuchtungsquellen innerhalb der Prüflinsenhalterung ist, daß die Kamera das zu testende Auge (durch die Prüflinsen) aufnimmt unter Verwendung der konstant bleibenden Beleuchtung unabhängig von der Position des Prüflinsenhalters bezogen auf den Mittelpunkt der Kugel. Folglich tritt keine Änderung der Augenbeleuchtung bei Änderung der Augenposition auf.
Unter Nutzung des offenbarten Beleuchtungsschemas wird es verständlich, daß die Video- Kamera V Daten bei der Ansicht der Fläche des zu testenden Auges E durch die Prüflinsenhalterung 40 erzeugt. Wenn die Video-Daten auf die Fläche begrenzt werden, die die Prüflinse überlappt (siehe Fig. 5A und 5B), umfassen die Daten zumindest folgendes:
1 Eine dunkle Fläche in der Position der Pupille 60, verursacht dadurch, daß die Beleuchtungsquellen im spitzen Winkel ausgerichtet sind, was bewirkt, daß wenig oder kein Licht den Teil der von der Kamera betrachteten Netzhaut erreicht. Der resultierende Kontrast zwischen der dunklen Pupille 60 und der hellen Iris 62 ist am günstigsten zur Bestimmung der Pupillenlokalisierung und, wie es es weiter unten beschrieben wird, der starren Blickrichtung des zu testenden Auges.
2. Eine hell beleuchtete lrisfläche 62, wobei diese lrisfläche die Eigenschaft besitzt, eine deutliche Abgrenzung zu der dunklen Pupille zu bilden.
3. Reflexionen der LEDs 54-57 an den Punkten 64-67, die durch die sphärische Hornhaut hervorgerufen werden, indem diese als Spiegel wirkt, der das Bild der kleinen LED-Quellen 54-57 reflektiert.
Falls die Video-Fläche nicht auf die Fläche, die die Prüflinse überlappt, reduziert wird, sind die folgenden zusätzlichen Daten verfügbar:
4. Eine schmale helle Fläche vorzugsweise unterhalb der Prüflinse, hervorgerufen durch die Linsenhaltermarker-LED 58.
5. Ein zusammengesetztes Bild von hohem Kontrast des Auges E und des umgebenden Prüflinsenhalters 40, um eine für den Bedienenden günstige Überwachung des Patienten auf dem CRT-Display des Bedienenden während des Feldtestes zu ermöglichen.
Ein zusätzlicher Vorteil des beschriebenen Video-Ablaufplans liegt darin, daß die Daten in dem Kamerafeld aufleichte Weise per Computer analysiert werden können, um die hellsten und dunkelsten Flächen zu finden. Die letzte helle Video-Fläche, die von oben nach unten gescannt wird, ist die Markierungs-LED 58. Diese Lokalisierung wird in Verbindung mit einem konstanten Versatz verwendet, um ein Video-Fenster 115 zu definieren, das die Video-Daten auf die beschränkt, die in die Prüflinsenöffnung fallen. Dies verhindert, daß die dunkle Fläche, die durch den Prüflinsenhalter erzeugt wird, und Reflexionen von dem Prüflinsenrahmen in der Computeranalyse berücksichtigt werden. Die Pupille ist der einzige bedeutende dunkle Fläche in dem Fenster, und der Markierungspunkt ist die letzte bedeutende helle Fläche in dem Video-Feld. Diese helle Fläche, die das Licht der "Markierungspunkt"-LED 58 ist, bewegt sich, wenn der Prüflinsenhalter bewegt wird. Der Positionssteuerungscomputer bewegt das Video-Fenster 115 automatisch, um einen konstanten Versatz von der Markierungspunktposition aufzuweisen.
Ein Vorteil des Ablaufplans zur Prüflinsenzentrierung liegt darin, daß die Reflexionen von den Beleuchtungsquellen nicht in die Pupillenfläche fallen müssen und vorzugsweise nicht fallen
Folglich, und wiederum bezugnehmend auf die Fig. 1A, kann eine andere infrarote Lichtquelle 130 auf der Oberfläche des Schirms in der Nähe des Mittelpunkts plaziert werden, um eine zusätzliche Reflexion von der Hornhaut in der dunklen Pupillenfläche zu bilden. Diese Lichtquelle 130 kann eine Reflexion zentral zu der Hornhaut erzeugen als eine Reflexion 140 (siehe Fig. 7A) zur Bestimmung einer starren Blickrichtung. Es wird gezeigt werden, daß diese Reflexion separat von den mittels der vier Beleuchtungs-LEDs 54-57 erzeugten Reflexionen ist und sich nicht mit diesen überschneidet.
Die Lichtquelle 130 erzeugt Reflexionen von der Fläche der Prüflinsen und vom Prüflinsenrahmen. Erstere werden von der zentralen Fläche durch Neigen der Linsen um einen Winkel abgelenkt, vorzugsweise nach unten, und letztere werden durch das große Video-Fenster 115 ausgeschlossen, das innerhalb des Prüflinsenhalters zentriert ist (siehe Fig. 5B).
Ein Vorteil des Ablaufplans. zur Linsenzentierung ist, daß die Pupille immer in dem Mittelpunkt der Linsen liegt, wobei alle zusätzlichen Reflexionen, die durch die Lichtquelle 130 erzeugt werden, durch ein kleines Video-Fenster 125 in Fig. 78 zurückgeworfen werden, das im Mittelpunkt der Prüflinsen zur Bestimmung des starren Blicks angeordnet ist. Falls das Auge nicht im Mittelpunkt der Linsen liegt, müssen weiterhin Korrekturen der Position der Reflexion 140 infolge der Brechungseffekte der Linsen gemacht werden. Deshalb liegt ein zusätzlicher Vorteil des Ablaufplans zur Linsenzentierung darin, diese Korrekturen zu minimieren.
Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung ist die Offenbarung von weitgehenden Ablaufplänen für die Zentrierung der beweglichen Prüflinsen auf das Auge. Im einfachsten Ablaufplan muß das Hardwarelsoftware-System die absolute Beziehung zwischen der Position der Linsenhalterung in den Video-Daten und der Position der Prüflinsenhalterung 40 in Bezug auf den Feldtesterrahmen kennen. Bei Verwendung eines solchen Systems bewirkt die Initialisierung die Bewegung der Prüflinsenhalterung 40 zu einer bekannten Position in Bezug auf den Feldtesterrahmen, und ein vorbestimmter Versatz wird verwendet, um das Video-Fenster so zu positionieren, daß es mittig zu der Prüflinse ist. Danach wird eine getrennte Bewegung der Prüflinsenhalterung durchgeführt, um die Prüflinse mittig auf der Pupille zu halten.
Es wird verständlich, daß solch ein System leicht von seiner Position durch mechanische Wechselwirkung mit dem Patienten abweichen kann. In einem zweiten Ablaufplan müßte die absolute Position der Linsenhalterung in Echtzeit gemessen werden mit Bezug auf den Feldtesterrahmen, wobei Positionskodiergeräte von bestimmten Formen verwendet werden.
Ein dritter und bevorzugter Ablaufplan zur Messung der relativen Position sowohl des Prüflinsenhalters 40 als auch des Auges E kann die Verwendung des Markierungspunkts 58 auf der Prüflinsenhalterung 40 bewirken. Bei jedem der Ablaufpläne kommt es zu einer Zentrierung der Prüflinsen auf die Pupille des Auges.
Das Video-Bild wird durch Abtasten der Helligkeit des Bildes horizontal in getrennten Bereichen gebildet, die als Linien bezeichnet werden. Eine Kombination vieler dieser Linien jeweils eine unter der anderen, bildet einen kompletten Scan des Bildes. Diese Daten sind in ihrem Wesen nach seriell, d.h. eine Linie nach der anderen, und sie werden in eine digitale Form konvertiert und in einem elektronischen Speicherblock abgelegt. Dies bildet eine parallele Form des Bildes für die Analyse durch den Computer.
Für die Analyse des hier verwendeten Video-Bildes wurde ein herkömmlich hergestellter Video-RAM verwendet. Im speziellen handelt es sich um ein Video-RAM, Modell MIP-512 das verkauft wird unter der Marke Matrox und das hergestellt wird von der Firma Matrox Dorval, Quebec, Kanada.
Das Verfahren zum Finden des Pupillenmittelpunktes beginnt durch die Auswahl der Daten auf einer Video-Linie, die durch die Natur des Abtastvorgangs eine horizontale Sehne bildet, die beliebig innerhalb der Pupille lokalisiert wird. Um die höchste Genauigkeit zu erhalten, wählt der Positionssteuerungscomputer diese Linie als die längste dunkle Fläche in den Video-Daten aus, normalerweise der Hauptdurchmesser der Pupille.
Bezugnehmend auf Fig. 4 fährt der Computer fort, die Enden dieser Sehne 68 zu finden durch Auffinden des Übergangs von der dunklen Pupillenfläche 60 zu der hellen lrisfläche 62. Vorzugsweise wird die zweite Ableitung der Lichtwerte verwendet, um den Übergangspunkt unabhängig von der Helligkeit und eine Auflösung über die individuelle Pixel-Lösung hinaus zu finden.
in Fig. 11A wird die Lichtintensität auf einer spezifischen Video-Linie von der Kamera als eine Funktion der Zeit gezeigt. Die ausgewählte Linie befindet sich neben der beliebigen Sehne der Pupille, wie in Fig. 4 gezeigt. Es ist zu erkennen, daß die intensität der Daten direkt in Beziehung steht mit der Helligkeit des Bildes. Falls dieses Signal für die Lokalisierung der Pupille verwendet werden würde, könnte eine spezifische intensität 304 ausgewählt werden.
In der Praxis sind jedoch die Daten nicht so ideal wie in Fig. 11A gezeigt, die typischerweise eine Variation in der Helligkeit der Iris von der linken zu der rechten Seite zeigen sowie eine Variation in der Rate der Helligkeitsänderung in der Pupillen/Iris-Grenze auf der linken und rechten Seite. Dies würde nicht einheitlich für alle Augen und für alle Beleuchtungsbedingungen sein. Deshalb wird dieses Format nicht bevorzugt.
In Fig. 11B ist die erste Ableitung des in Fig. 11 A gezeigten Signals aufgezeichnet. Dies erzeugt Spitzenwerte 305, 306, die sich in entgegengesetzte Richtungen bezogen auf die horizontale Basislinie 300 erstrecken.
In Fig. 11C ist die zweite Ableitung dargestellt. Dieses Signal wird als Verfahren zur Bestimmung des Grenzübergangs von der Iris zur Pupille (einerseits) und von der Pupille bis zur Iris (andererseits) bevorzugt, weil die Punkte 307 und 308, bei denen das Signal die Basislinie 300 schneidet, von der Signalstärke und der Iris-Helligkeit unabhängig sind, weil diese Punkte eher auf der Rate der Helligkeitsänderung als auf der absoluten Helligkeit basieren. Ferner wird das Signal bei Augen unterschiedlicher Farbe hinsichtlich des Schnittpunktes mit der horizontalen Achse bei 307 und 308 gleich sein. Die Länge und Position der Enden der Sehne 68 wird bestimmt durch die Punkte 307 und 308 auf der ausgewählten spezifischen horizontalen Video-Linie.
Mit Bezug auf Fig. 4 liegt der nächste Schritt des Verfahrens in der Halbierung der Sehne 68 und, startend an diesem Halbierungspunkt, eine vertikale Linie nach unten abzutasten um den Übergang von der dunklen Pupille zu der hellen Irisfläche am unteren Ende der Pupille 60 zu finden. Dies erzeugt den vertikalen Anstand (y). Der horizontale Abstand (x) ist die Länge der Sehne von dem Halbierungspunkt bis zu einem Ende der Sehne 68.
Die Berechnung basiert auf dem Satz des Pythagoras. Wie es allgemein bekannt ist entspricht die Summe der Quadrate der zwei Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks dem Quadrat der Hypotenuse. Das Dreieck ist in Fig. 4 gezeigt, es ist zur Hälfte durch die Sehne 68 gebildet, durch die Differenz zwischen der vertikalen Komponente und dem unbekannten Radius (y-r) und dem unbekannten Radius (r) als Hypotenuse. Dies kann nur richtig sein, wenn die Pupille als Voraussetzung für diese Messung ein wahrer Kreis ist. Die mathematische Methode läßt sich gleichfalls gut auf eine beliebige Sehne 68 anwenden die unter dem Mittelpunkt der Pupille 60 plaziert wird.
Die Formulierung dieser Methode lauet wie folgt:
Durch den Satz von Pythagoras:
a² + b² = c²
(y-r)² +x²= r²
y² + r² &supmin;2yr + x²= r²
2yr = x² + y²
r = (x² + y²)/(2y)
Mittelpunkt = Xo, Yo-(y-r)
wobei r = unbekannter Radius
x = Hälfte der Sehnenlänge
y = Entfernung von der Sehne zu dem unteren Ende der Pupille
und Xo,Yo = Lage des Halbierungspunktes der beliebigen Sehne
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, die Bestimmung der starren Blickrichtung unabhängig von dem Pupillendurchmesser zu offenbaren. Weil der Pupillendurchmesser sich während des Tests ändert, muß jede Methode zum Auffinden der starren Blickrichtung von dem Pupillendurchmesser unabhängig sein. Es wird übrigens auch gefordert, daß der Pupillendurchmesser durch das System bestimmt und dieser dem Hauptcomputer mitgeteilt wird zur Aufzeichnung der physiologischen Funktion der Lichtreaktion der Pupille. Die Bestimmung des Pupillenmittelpunktes kann zusätzlich zu dieser Methode durch viele andere Methoden erfolgen, wie die Halbierung der X- und Y-Hauptdurchmesser, die Lokalisierung von vielen Punkten auf der Pupillengrenze und Berechnung des Mittelpunktes oder die Positionierung einer runden Video-Maske, um die Pupille abzudecken.
Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung betrifft die Offenbarung einer bevorzugten Methode für die Lokalisierung des Mittelpunktes der Pupille, die in der offenbarten Software mit dieser Erfindung durchgeführt wird. Es ist verständlich, daß das obere Augenlid des Patienten nach unten während des Tests fallen kann, um teilweise die Pupille zu verdecken. Dieser Umstand kann eine zeitweise Behinderung des Tests oder alternativ einen permanenten Umstand des Patienten während des Tests bedeuten. Dies ist für die Bestimmung des Pupillendurchmessers so lange erlaubt, bis die zentrale Reflexion nicht verdeckt ist. Wenn ein Verdecken der zentralen Reflexion auftritt, muß das System einen Fehler bewirken, indem angezeigt wird, daß die starre Blickrichtung nicht bestimmt werden kann, bis eine zentrale Reflexion wieder gefunden ist. Dieses Verdecken der zentralen Reflexion tritt gewöhnlicherweise dann auf, wenn der Patient ein Augenlid schließt.
Das bevorzugte Verfahren zur Bestimmung der Pupillenmitte ist wie folgt:
1. Beleuchtung des Auges mit vorzugsweise vier LEDs 54 - 57, um eine gleichförmige Beleuchtung der Iris zu bewirken.
2. Analyse der Video-Daten vom unteren Ende aufwärts gesehen, indem die Linie(n) und die horizontalen Zellen (Pixel) zu finden sind, umfassend den Linsenhaltermarker 58 und basierend auf der Helligkeit. Die erste helle Fläche ist der Markierungspunkt, weil er sich unter der Prüflinse und deshalb unter den Reflexionen der Beleuchtungsquellen 54-57 befindet.
3. Positionierung des Linsenfensters 115, um die Video-Daten außerhalb des Prülinsenkreises auszuschließen unter Verwendung der in Schritt 2 aufgefundenen Position des Markierungspunkts.
4. Auffinden der spezifischen Video-Linie, die die längste dunkle Fläche innerhalb des Fensters aufweist, und Bestimmung der Position des Halbierungpunktes dieser Linie.
5. Falls eine Bestimmung der starren Blickrichtung nicht vorgesehen ist, wird dieser Halbierungspunkt, falls notwendig, verwendet, um die Linse zu repositionieren. Dies wird erreicht durch Vergleich der Lage dieses Halbierungspunktes und der Lage des Prüflinsenmarkers. Falls der Versatz eine maximal erlaubte Grenze überschreitet, wird die Linse zur Zentrierung auf diesen Halbierungspunkt bewegt, um den Fehler zu korrigieren.
6. Falls eine Bestimmung der starren Blickrichtung vorgesehen ist, muß ein genauerer Mittelpunkt der Pupille gefunden werden. Diese Methode beginnt mit der längsten Video- Linie, die in Schritt 3 ausgewählt worden ist.
7. Bestimmung der Anzahl der Pixel auf dieser Sehne bis zum Pupillen-Iris-Übergang in beiden horizontalen Richtungen. Es ist daran zu erinnern, daß in der bevorzugten Ausführungsform der Übergang zwischen der bevorzugten dunklen Pupille und der relativ hellen Iris einfach aufzufinden ist.
8. Halbierung der Anzahl der horizontalen Pixel, um die horizontale Lage des Mittelpunkts der Sehne zu finden. Dieser wird als der horizontale Mittelpunkt der Pupille angenommen.
9. Analyse der Daten auf einer vertikalen Linie durch den Halbierungspunkt in einer nach unten zeigenden Richtung, um das untere Ende der Pupille zu finden.
10. Berechnung des Mittelpunkts der Pupille und des Durchmessers.
11. An schalten der LED für die Bestimmung des starren Blicks am Ende des Video- Rahmens A und Beibehalten der Beleuchtung während des Video-Rahmens B, des nächsten Rahmens. Subtrahieren der Daten von Rahmen A von den Daten von Rahmen B, um den einzigen neuen Punkt in dem kleinen Zentralfenster 125 in Fig. 7b, die zentrale Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung, zu finden.
12. Vergleich des Verschiebungsvektors von dem Mittelpunkt der Pupille und der Position der Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung mit dem, der von der Anfangsbestimmung gespeichert worden ist. Erzeugung eines Fehlers, falls die starre Richtung außerhalb eines vorgegebenen Limits liegt.
Wie oben bemerkt, kann die Bestimmung des Pupillendurchmessers im Linsenzentrierungsteil des Systemprogramms ausgeführt werden, und die Position der Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung kann während der Position zur Bestimmung der starren Blickrichtung festgestellt werden. Dies erlaubt der Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung auf die Pupille oder neben die Pupille ohne Unterbrechung der Bestimmung des Pupillenmittelpunktes zu fallen. Die Bestimmung des starren Blickes muß schnell durchgeführt werden, vorzugsweise während zweier Kamerarahmen (0,067 Sekunden), so daß die Daten direkt vor und während der 0,2 Sekundendes Aufzeigens des Punktes gültig sind. Falls eine Bestimmung der starren Blickrichtung vorgesehen ist, wird das System alternativ anzuwenden sein zwischen der Messung des Pupillendurchmessers und des -mittelpunktes sowie der Messung der Position der Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung. Der Teil zur Zentierung der Linse des Systemprogramms kann beendet werden, um die Ablenkung des Patienten zu verhindern, wann immer ein Punkt auf dem Schirm gezeigt wird.
In Fig. 5A ist eine Schematik der Bewegung des Auges E bezogen auf den Prüflinsenhalter 40 gezeigt. Diese schematische Dartellung zeigt die Ansicht des Auges E mittels der Video- Kamera V, wie es durch die Prüflinsenhalterung 40 gesehen wird, und die Position der Prüflinsenmarker-LED 58, der auf die Video-Kamera V zeigend dargestellt ist.
Das Auge E wird gezeigt, wie es direkt auf den Mittelpunkt des halbkugelförmigen Projektionsschirms S starrt, allerdings ist es in einem Stadium gezeigt, in dem eine unabsichtliche Bewegung des Kopfes des Patienten die Bewegung des Auges E bewirkt hat. Deshalb ist das Auge E in Fig. 5A sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung bewußt unzentriert gezeigt. Dies zeigt, daß der Kopf des Patienten sich von einer vorher zentrierten Position wegbewegt hat, und es besteht das Risiko für den Patienten P daß der Prüflinsenhalter einen Punkt verdeckt, der durch den Feldtester gezeigt werden soll.
Wenn sich das Auge E von der zentrierten Position wegbewegt, bewegen sich die Reflexionen auf der Hornhaut C ebenfalls. Dies bringt die Reflexionen 64-67 (helle Punkte im Video-Bild) ebenfalls dazu, sich aus dem Mittelpunkt zu bewegen. Der Computer muß diese Reflexionen ignorieren und die dunkle Pupillenfläche 60 in den Video-Daten finden um den Durchmesser und den Mittelpunkt der Pupille zu bestimmen. Deshalb werden die vier LED- Beleuchtungsquellen 54-57 (siehe Fig. 38) so angeordnet, daß ihre Reflexionen wenig wahrscheinlich mit dem Hauptdurchmesser der Pupille interferieren und als Überlagerung der Iris 62 des Auges E erscheinen.
In Fig. 5B ist zu erkennen, daß die Video-Daten durch das Fenster 115 innerhalb der Prüflinsen 51, 52 begrenzt werden, um zu verhindern, daß die dunklen Daten, die durch die Linsenhalterung 40 erzeugt werden, in die Video-Daten mit aufgenommen werden und irrtümlich für die Pupille 60 gehalten werden. Die Pupille 60 ist der einzige größere dunkle Teil des Bildes. Wenn diese Fläche in den Video-Daten gefunden wird, wird die Video-Linie die das längste dunkle Gebiet aufweist, ermittelt, die Länge des dunklen Gebiets halbiert und der Durchmesser und der Mittelpunkt der Pupille berechnet.
Bei gegebener Lage des Mittelpunktes der Pupille 60 und Lage der Markierungs-LED 58 des Prüflinsenhalters kann der Computer den Teil der Hardware und Software, der den Motor steuert, anzuweisen, die Bewegung der Linse zu steuern, um diese auf der Pupille zu zentrieren. Der Versatz des Prüflinsenmarkers zu dem Mittelpunkt der Linse ist ein geeichter Wert für einen spezifischen Feldtester. Bezugnehmend auf Fig. 7A liegt eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung darin, die aktuelle starre Blickrichtung des Auges im Feldtest zu bestimmen. Diese Richtung wird am besten durch die Verwendung der relativen Position der Pupillen-Öffnung 60 und einer Hornhaut-Reflexion 140 gemessen, die durch eine infrarote Öuelle 130 (oder 130'; siehe 1A) auf der Fläche des halbkugelförmigen Projektionsschirms 5 in der Nähe des Mittelpunkts erzeugt wird. Falls das Auge E die starre Richtung leicht ändert, wird sich beispielsweise die Hornhaut-Reflexion 140 der Quelle 130 mit einer zu der Pupille 60 unterschiedlichen Geschwindigkeit bewegen. Dies hängt von der Tatsache ab, daß die Hornhaut ein Teil einer Kugel ist, die im Durchmesser kleiner als das Auge und auf dem Auge aufgebracht ist. Das Auge rotiert um seinen Mittelpunkt, wenn der starre Blick sich verändert, welcher nicht der Mittelpunkt der kugelförmigen Hornhaut ist. Folglich kann durch die Bestimmung der Differenz zwischen der Position der Hornhaut-Reflexion 140 und dem Mittelpunkt der Pupille 60 die starre Blickrichtung leicht hergeleitet werden.
Es wird jedoch erkennbar, daß nicht alle Homhäute absolut sphärisch sind. Folglich ist es bei Beginn des Feldtests erforderlich, daß eine Anfangsaufnahme genommen wird und diese während des Tests als ein Referenzwert verwendet wird. Unter kontrollierten Umständen, bei denen es bekannt ist, daß der Patient ausreichend fixiert ist, wird die Beziehung zwischen dem Mittelpunkt der Pupille und der Hornhaut-Reflexion 140 als ein Referenzwert gespeichert. Diese Beziehung kann während des Tests verwendet werden, um die aktuelle starre Blickrichtung zu bestimmen. Es wird verständlich, daß, falls sich das Auge bewegt, weil sich der Kopf des Patienten von dem Mittelpunkt der Kugel weg bewegt, und der Patient noch ausreichend fixiert ist, die gemessene Fixierung sich ändern kann.
Ein Vorteil der offenbarten Methode zur Bestimmung der Fixierung des Auges liegt darin, daß, weil die absolute Augenposition im Hinblick auf die Kugel durch den Linsenpositionierungsablaufplan bekannt ist, dieser Teil der gemessenen Fixierungsänderung allein infolge des Wechsels des Auges in seiner Position berechnet und von der Messung abgezogen werden kann. Diese Unabhängigkeit erlaubt dem Auge, sich von dem Mittelpunkt des sphärischen Projektionsschirms S fort zu bewegen, weil die Linse folgen wird, um sich auf der Pupille zu zentrieren.
Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, daß die Messung des starren Blicks unabhängig von dem Abstand zwischen dem Auge und dem Prüflinsenhalter ist. Eine Mittenreflexion, die als die Reflexion des starren Blicks bekannt ist, wird mittels einer LED 130 erzeugt, die auf der Fläche des Schirmes 5 in der Nähe des Mittelpunktes angeordnet ist und in Richtung des Patienten P zeigt. Diese LED-Quelle 130 erzeugt eine Hornhaut- Reflexion in der Nähe des Mittelpunktes der Pupillen-Öffnung, wenn der Patient auf den Mittelpunkt des Schirmes 5 fixiert ist. Die Position der Reflexion 140 des starren Blicks ist unabhängig von der Nähe des Auges zu der Prüflinse, weil die Quelle relativ weit entfernt von dem Auge ist.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, abwechselnde Ablaufpläne für die Plazierung der Lichtquelle für die Bestimmung der starren Blickrichtung zu offenbaren. Es sollte erwähnt werden, daß die Reflexion von der Hornhaut sehr effizient ist. Kurz auf Fig. 1A verweisend, trägt das Anschalten der Quelle 130 oder 130' für die starre Blickrichtung, 30 cm von dem Auge entfernt, sehr wenig zu der Beleuchtung der Iris bei, verglichen mit den vier Beleuchtung-LEDs in der Linsenhalterung, während sie einen hellen Lichtpunkt auf der Hornhaut erzeugt. Dies erlaubt es, die Video-Daten bei eingeschalteter Quelle 130 oder 130' von den Daten bei ausgeschalteter Quelle abzuziehen. Die sich ergebenden Daten sind die einzige wesentliche Änderung, die Hornhaut-Reflexion. Der Positionssteuerungscomputer kann die Helligkeit der Quelle 130 oder 130' regeln, um die Hornhaut-Reflexion bei der maximalen Helligkeit vor der Wechselwirkung mit der Helligkeit des Bildes zu schützen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die LED, die auf der Projektionsschirmfläche angeordnet ist, verwendet, um die zentrale Hornhaut-Reflexion zu erzeugen. In dieser Ausführungsform wird die Lichtquelle 130' für die Reflexion in der Nähe des exakten Mittelpunktes des Schirmes in einer Linie mit dem optischen Mittelpunkt der Kamera angeordnet. Dies beleuchtet die Pupille mit von der Netzhaut reflektiertem Licht. Gemäß einer zweiten und bevorzugten Ausführungsform sind die auf der Schirmfläche angeordnete LEDs zu der Position 130 versetzt, so daß sie keine Netzhaut-Reflexion erzeugt. Der Versatz reicht aus, um durch Zurückgeben des Lichts eine dunkle Pupille beizubehalten, das von der Netzhaut besser zur Quelle reflektiert wird als zur Kamera.
Ein Vorteil beider Ablaufpläne liegt darin, daß sie eine zentrale Hornhaut-Reflexion erzeugen, eines mit einem hellen Hintergrund und eines mit einem dunklen Hintergrund. Ein Nachteil der zentralen Hornhaut-Reflexion von der mittigen Lichtquelle 130' liegt darin, daß die Helligkeit der Netzhaut eine Funktion des Quadrates des Pupillendurchmessers ist weil die Iris als eine Begrenzung des das Auge treffenden Lichtes wirkt. Ein anderer Nachteil ist der, daß die Quelle 130' etwas von dem Licht blockiert, das zu der Video- Kamera zurückfällt, und daß die Reflexion der Quelle weniger Kontrast auf der beleuchteten Pupille aufweist. Ferner werden durch die Subtraktion der Daten bei angeschalteter Quelle 130' von den Daten bei ausgeschalteter Quelle 130' zwei Änderungen ermittelt, die beleuchtete Pupille sowie die zuaddierte zentrale Hornhaut-Reflexion.
Weil die Lichtquelle 130 versetzt zu der optischen Achse der Video-Kamera V angeordnet ist, erscheint die Pupille dunkel. Diese dunkle Pupillen-Beleuchtung der Lichtquelle 130 zeigt den Vorteil auf, daß die resultierende dunkle Pupille gleichmäßig dunkel bleibt unabhängig von dem Pupillendurchmesser. Diese Methode der Verwendung einer dunklen Pupille liefert einen hohen Kontrast zwischen der Pupille und der Hornhaut-Reflexion. Folglich ist die Hornhaut-Reflexion in der Pupille leichter zu lokalisieren.
Es wird verständlich, daß die dunkle Pupillen-Beleuchtung der Lichtquelle 130 zu bevorzugen ist, wenn der Mittelpunkt der Pupille bestimmt wird, falls die LED-Quelle für die Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung eingeschaltet ist, weil diese Methode ein Video-Bild einer dunklen Pupille beibehält. Jedoch kann, falls der Pupillenmittelpunkt während des Linsenzentrierungs-Ablaufplans bei ausgeschalteter LED bestimmt wird, jeder Beleuchtungstyp verwendet werden, weil beide Methoden eine zentrale Hornhaut-Reflexion erzeugen, die für die Bestimmung der starren Blickrichtung gebraucht wird. Es wird mit Bezug auf den Ablaufplan für die Wechselwirkung zwischen Linsenzentrierung und Bestimmung der starren Blickrichtung verständlich, daß ein abwechselnder Ablaufplan zu bevorzugen ist. Insbesondere während der Linsenzentrierung ist die Lichtquelle 130 oder 130' gelöscht. Während des Verfolgens des starren Blicks leuchtet die Lichtquelle 130 oder 130'. Diese Beleuchtungsmethode wird als "alternierender Beleuchtungsablaufplan" bezeichnet.
Ein Vorteil des alternierenden Beleuchtungsablaufplans zur separierenden Prüflinsenzentrierung bei der Bestimmung der starren Blickrichtung ist, daß es die Wechselwirkung zwischen der Mittelreflexion der starren Blickrichtung und der Bestimmung der Pupillenmitte beseitigt. Es ist verständlich, daß zufällig ausgewählte Homhäute nicht perfekt sphärisch sind. Eine gewisse Anzahl von Patienten haben Homhaufformen, die die Mittenreflexion der starren Blickrichtung am Rand der Pupille plazieren. Dies ist auch der Fall, wenn der Patient nur wenig fixiert ist. Die helle Hornhautreflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung in den Video-Daten kann sich mit der Bestimmung des linken oder des rechten Pupillenrandes überlagem, wenn der alternierende Beleuchtungsablaufplan nicht verwendet wird.
Ein Nachteil des alternierenden Beleuchtungsablaufplans ist, daß es die Akkumulation von Daten für die Bestimmung der Pupillenmitte bewirkt, die um einen Rahmen (0,03 Sekunden) gegenüber der Akkumulation der Daten für die Bestimmung der der Mittenreflexion verzögert ist. Diese Verzögerung ermöglicht einen Fehler bei der Bestimmung der starren Blickrichtung, wenn der Patient sich abrupt bewegt.
In Fig. 6 wird ein Schema eines Computersystem und die Steuerung der Beleuchtung des starren Blicks herausgestellt. Es ist verständlich, daß die Schematik, die hier dargestellt ist, in eine Software implementiert ist. Demgemäß ist hieran ein Mikrofiche-Anhang angehängt, der ein anwendbares Listing enthält, das für eine Implementierung dieser Erfindung geeignet ist.
Das Computersystem besteht aus sechs Hauptkomponenten:
1. Die Video-Kamera V ist ein herkömmliches Bildwandlergerät, daß in der Lage ist, ein infrarot beleuchtetes Bild in einen seriellen Strom analoger Daten zu wandeln. Das Bild wird von oben bis unten in einen konventionellen Satz horizontaler Linien, der als Scan oder Feld bezeichnet wird, gescannt. Die Kamera kann von einem Interlace-Typ sein, der zwei Scans erzeugt, wobei jeder um einen Abstand von einer halben vertikalen Linien versetzt ist, um ein vollständiges Bild zu erzeugen, das zwei sequentielle Scans aufweist.
2. Der Video-RAM A ist ein elektronischer Speicherblock, der elektronische Ressourcen zur Wandlung der analogen Video-Daten von der Kamera in eine digitale Form und zur Speicherung der digitalen Daten in einem elektronischen Speicher des RAM (Direktzugriffsspeicher, Random Access Memory) unter der Steuerung des Positionssteuerungscomputers enthält. Die Daten von der Video-Kamera werden durch ein konventionelles Synchronisationsgerät in Linien, Scans und Rahmen synchronisiert. Dies ist eine Standardherstellungseinheit, die unter der Marke Matrox durch die Matrox Company aus Dorval, Quebec, Kanada, verkauft wird. Das verwendete Modell war das Modell MIP- 512.
3. Der Generator für ungerade/gerade Rahmen G ist ein Hardware-Block, der die Vervollständigung eines Video-Rahmens von der Video-Kamerasynchronisation bestimmt. Dies kann bewirken, daß der Reflexionsgenerator zur Bestimmung der starren Blickrichtung (LED) andere Rahmen der Video-Daten beleuchtet, wenn der Modus zur Bestimmung der starren Blickrichtung durch den Positionssteuerngscomputer ausgewählt wird. Dieses Hardwareelement ist ein einfaches binäres Element, das die Rahmenzeiteinheit durch zwei dividiert, um die Beleuchtung der Verfolgung der starren Blickrichtung auf abwechselnden Rahmen vorzusehen.
4. Der Positionssteuerungscomputer 100 steuert die Linsenzentrierung und führt die Bestimmung der starren Blickrichtung aus. Der Positionssteuerungscomputer antwortet auf Befehle von einem anderen Computer für den eigentlichen Betrieb des Feldtesters, der als Hauptcomputer bezeichnet wird. Der Hauptcomputer sendet Befehle aus, um den Schließer zu öffnen, wodurch der Punkt aufgezeigt wird. Dies ist das Signal zur Bestimmung der starren Blickrichtung, weil der Punkt aufgezeigt werden soll. Der Positionssteuerungscomputer sendet die Daten der starren Blickrichtung an den Hauptcomputer zur Analyse zurück. Der Positionssteuerungscomputer 100 wird unter der Marke SBE durch SBE lncorporated aus Concord, Kalifornien, verkauft.
5. Der LED-Treiber zur Bestimmung der starren Blickrichtung 102 enthält einen LED-Treiber für die Quelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung. Dieser besteht aus einem einfachen Transistorschalter zum An- und Ausschalten der Lichtquelle 130 und 130'.
6. Der Motorsteuereinheit 104 enthält die Hardware, die zum Betrieb des Motors, der die Linse bewegt, notwendig ist. Diese besteht aus handelsüblichen Schrittmotorsteuerungen.
Der Positionssteuerungscomputer plant eine Bewegung, wenn er bemerkt, daß die Prüflinse nicht ausreichend auf die Pupille zentriert ist, und überträgt die Bewegung, die zur erneuten Zentrierung der Linse erforderlich ist, auf die Steuereinheiten zur Ausführung.
Die Video-Kamera V ist vom Typ einer handelsüblichen Scankamera, die das Bild des Auges E in eine Datensequenz umwandelt, die horizontal in Linien gescannt werden, wobei von oben nach unten gescannt wird. Diese Scandaten werden in eine digitale Form umgewandelt und in einem elektronischen Speicher im Video-RAM A gespeichert. Die Video-Daten enthalten ein Bild des Auges und des Prüflinsenhalters. Darin sollte es ein dunkles Pupillenbild und einen hellen Lichtfleck geben, der auf dem Prüflinsenhalter erzeugt wird, um den Prüflinsenhalter zu lokalisieren und das Video-Fenster zu positionieren, das die Video-Daten auf die Fläche beschränkt, die durch den Prüflinsenrahmen umgrenzt wird. Wenn das dunkle Pupillenbild nicht erscheint, wird angenommen, daß das Augenlid geschlossen ist und Bewegungen der Prüflinse nicht ausgeführt werden sollen. Wenn das Video-Bild dunkel ist, wird angenommen, daß der Patient nicht anwesend ist und Bewegungen der Prüflinse nicht ausgeführt werden sollen.
Die Koordinaten der Bildmerkmale, wie beispielsweise der Markierungspunkt des Prüflinsenhalters und die Pupillen/Iris-Grenzen, werden auf herkömmliche Weise durch ein Softwaresystem bestimmt, das auf deren Linien- und Punktadressen basiert.
In Fig. 7A ist das Auge E mit veränderter starrer Blickrichtung mit der Pupille 60, die in dem Prüflinsenrahmen 40 zentriert ist, schematisch dargestellt. Diese schematische Darstellung zeigt den Blick der Video-Kamera V auf das Auge E, das durch die Prüflinse 40 gesehen wird, und die Position der Markierungs-LEDs der Prüflinse 58, die auf die Video-Kamera V zeigend dargestellt sind. Das Auge E wird nicht starr auf die Mitte des halbkugelförmigen Projektionsschirms 5 blickend dargestellt, sondern mit der Pupille 60 in der Mitte der Linsen 51, 52. Dies ist die vorausgesetzte Position der Pupille 60, da die Zentrierung der Prüflinse vor Beginn der Verfolgung der statren Blickrichtung erfolgt.
Die Reflexionen der Beleuchtungsquellen 64-67 sind nicht mittig zur Linse oder zur Pupille, da das Auge E nicht in der Linse zentriert ist. Nur die Pupille 60 ist in den Linsen 51, 52 zentriert.
Das Video-Fenster 125, das zur Bestimmung der starren Blickrichtung verwendet wird, ist viel kleiner, etwa ein Sechszehntel der Fläche des Fensters 115 zur Zentrierung der Linse (vergleiche Fig. 5B). Dies beschränkt die interessierende Fläche hinreichend, um die möglichen Reflexionen von den Prüflinsenoberflächen 141 und 142 auszuschließen. Diese unerwünschten Reflexionen werden hauptsächlich durch sehr starke Linsen erzeugt, bei denen das Kippen der Linsen nicht voll effektiv ist. Andererseits bewirkt Ankippen jedoch außermittige Reflexionen, die mit dem Ort der Mittenreflexion verwechselt werden können. Die Prüflinsen werden bezüglich der Kameraachse gekippt, vorzugsweise nach unten, um die Reflexionen der Quellen zur Bestimmung der starren Blickrichtung 130 und 130' auf die Ober- und Unterseite der Linse zu verschieben, weg von der Mitte des Fensters. (Die Reflexionen 141,142 sind als als beispielsweise Reflexionen zu betrachten.)
Es ist verständlich, daß die Bestimmung der starren Blickrichtung mit höherer Präzision durchgeführt werden muß als die Positionierung des Prüflinsenhalters 40. Die Bestimmung der starren Blickrichtung muß Veränderungen der Video-Daten erkennen, die die Auflösung der Video-Kamera V fordern. Dies ist notwendig, um kleine Änderungen in der starren Blickrichtung zu erkennen. Die Positionierung der Prüflinse hat eine geringere Auflösungsfunktion zur Positionierung der Linse in der Nähe der Mitte der Pupille des Patienten; daher ist eine hohe Präzision nicht erforderlich.
Die Quelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung 130 und 130' wird angeschaltet und die Video-Daten werden in einem Teil des RAM gespeichert, was ermöglicht, daß die Daten der Mitte des vorhergehenden Rahmens erhalten werden. Dies erlaubt, daß die Zentrierungsdaten erhalten werden, so daß eine genauere Bestimmung der Pupillenmitte durchgeführt werden kann, da eine grobe Bestimmung während der Linsenbewegung durchgeführt wird.
Die starre Blickrichtung kann aus der Pupillenmitte und dem Ort der Reflexion zur Verfolgung der starren Blickrichtung berechnet werden. In der Praxis wird eine anfängliche Kalibrierung der Stelle dieser Punkte durchgeführt, wenn der Patient zu Beginn des Feldtests ausreichend fixiert ist. Dieser Kalibrierungswert wird nachfolgend als Referenzwert für die Bestimmung der starren Blickrichtung verwendet.
In Fig. 8 ist ein Diagramm des Plans der sich überlagernden RAM-Adressen für die Linsenbewegung und die Verfolgung der starren Blickrichtung dargestellt. Das größere Video-Bild der Linsenbewegung ist als 115 dargestellt. Das kleinere Video-Bild der Bewegung der starren Blickrichtung wird als 125 dargestellt.
Der RAM (Direktzugriffsspeicher, Random Access Memory) enthält ausreichend Speicher, um ein Sechzehntel der Video-Daten, die von der Video-Kamera V ausgegeben werden, zu speichern. Da das Blickfeld der Kamera einen großen Bereich abdecken muß, um zu ermöglichen, daß das Auge nicht mittig in der Prüflinse angeordnet ist, überschreitet dieses gesamte Video-Blickfeld der Kamera das Feld, das zur Linsenpositionierung erforderlich ist um ein Vielfaches. Die Größe der Abbildung des Auges auf dem Feld der Video-Kamera ist ein Kompromiß zwischen dem Blickfeld und der Auflösung. Das Linsenbewegungsfenster 115 wird in der Mitte des Blickfeldes der Kamera gezeigt, wird aber zu anderen Positionen, die auf dem Ort des Markierungspunkts des Prüflinsenhalters basieren, wandern. Es wird immer in der Linse zentriert sein.
Dieses Fenster 115 wird durch den Positionssteuerungscomputer bewegt, um innerhalb des Bereichs der Prüflinse eingepaßt zu werden, der auf dem Ort des letzten hellen Video- Signals basiert, dem Markierungspunkt 58 des Prüflinsenhalters 40. Die Größe und Zentrierung des Fensters sind von Bedeutung, da dies eine Methode darstellt, die dunklen Flächen, die durch den Prüflinsenhalter 40 hervorgerufen werden, die ihrerseits mit der Pupille verwechselt werden können, und die Reflexionen von dem Prüflinsenhalter auszuschließen, die mit den zentralen Hornhautreflexionen verwechselt werden können.
Das Fenster zur Bestimmung der starren Blickrichtung 125 enthält nur einen kleinen Teil des größeren Fensters zur Linsenzentrierung 115. Im speziellen wird dieses Fenster zur Bestimmung der starren Blickrichtung durch die Ermittlung der Ecken 210-213 von den Ecken des Fensters zur Linsenzentrierung 115 erzeugt. Diese Ermittlung an den Ecken überlagert sich nicht wesentlich mit der Linsenzentrierungsfunktion und ermöglicht, daß die Ecken nutzbringend verwendet werden, um das kleine Zentralfenster zu speichern. Die Video-Daten, die in den vier Ecken gespeichert werden, werden automatisch durch die Hardware miteinander verbunden, um ein Datenfeld in dem kleinen Zentralfenster zu bilden. Dieses kleine Fenster ist groß genug, um das Bild der Pupille mit der Hornhautreflexion 140 zu speichern, da die Pupille durch das Linsenzentrierungssystem vor der Bestimmung der starren Blickrichtung zentriert wurde.
Werden diese offenbarten Video-Bilder fortgesetzt, wird es verständlich, daß die Linsenzentrierung und die Bestimmung der starren Blickrichtung fünf eng miteinander verbundene Funktionen umfassen. Diese Funktionen sind:
1. Bewegen (Verfolgen) der Prüflinse, um diese auf der Pupille des Patienten zu zentrieren;
2. Bestimmen, ob das Augenlid des Patienten geschlossen ist (kein dunkler Bereich im Fenster zur Linsenzentrierung), oder ob der Patient abwesend ist (kein heller Bereich im Fenster zur Linsenzentrierung);
3. Messen der aktuellen starren Blickrichtung des Patienten;
4. Messen des aktuellen Pupillendurchmessers; und
5. (optionales) Überprüfen der Nähe des Auges zur Prüflinse.
Unter gleichzeitiger Betrachtung der Fig. 8 und 9 kann die Logik, die sowohl bei der Linsenzentrierung als auch bei der Bestimmung der starren Blickrichtung verwendet wird, verstanden werden. Eine Erklärung wird angeboten werden, indem herausgestellt wird, daß das kleine zentrale Speicherfenster 125 zur Bestimmung der starren Blickrichtung verwendet wird. Danach wird Bezug genommen auf die schematische Darstellung in Fig. 9, um den gesamten Ablauf der offenbarten Software fortzusetzen.
Es sollte verstanden werden, daß es notwendig ist, die Ablaufpläne des Gerätes zu miteinander in Beziehung zu stellen, so daß verschiedene Bewegungsfunktionen erscheinen können ohne gegenseitige Beeinflussung. Demgemäß werden die Pupillenmitte und ihr Durchmesser während der Linsenzentrierung oder während der Verfolgung der starren Blickrichtung bestimmt, bevor die Quelle zur Verfolgung der starren Blickrichtung 130 und 130' angeschaltet wird. Die zentrale Hornhautreflexion wird während der Bestimmung der starren Blicknchtung erzeugt, wobei sie kurz vor und während des Aufzeigens des Punktes erscheint. Diese Aufteilung der Aktivitäten bewahrt die Reflexionen von der Oberfläche der Prüflinse, die durch die Quelle zur Verfolgung der starren Blickrichtung 130 und 130' erzeugt werden, vor der Überlagerung mit der Bestimmung mit der Position der dunklen Pupille.
Ein Vorteil des Ablaufplans zur Bestimmung der starren Blickrichtung ist, daß das System eine sekundäre Ausgabe des aktuellen Pupillendurchmessers hat. Dies kann als Ersatz für die Antworttaste, die der Patient drücken muß, verwendet werden, da eine geringe Änderung des Pupillendurchmessers eintritt, wenn ein Punkt erscheint und erkannt wird.
Obwohl dieses Mittel ausführlich an anderer Stelle vorgeschlagen wurde, ist es ein nützliches Ergebnis dieser Offenbarung, daß die Änderung des Pupillendurchmessers 60 gemessen werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Linsenzentrierung und des Ablaufplans zur starren Blickrichtung ist, daß das System auch Daten erzeugt, die die Stabilität der Kopfposition des Patienten und die starre Blickrichtung als eine Funktion der Zeit beinhalten. Dies kann als ein Indikator der Gültigkeit des Testes verwendet werden, da die Linsen nur wenig Ausrichtung erfordern sollten, wenn der Patient bequem sitzt, und es sollte nur eine geringe Änderung der starren Blickrichtung auftreten, wenn der Patient bereit ist.
Die Bestimmung der starren Blickrichtung kann einfach zusammengefaßt werden.
Bezüglich Fig. 9, wenn dem Schließer befohlen wird, bei 200 zu öffnen, beginnt der Feldtester die Vorbereitung zum Aufzeigen eines Punktes 16 auf der Oberfläche des Schirmes 5. Der Positionssteuerungscomputer verzögert das Öffnen des Schließers und plant den Ablauf der Bestimmung der starren Blickrichtung.
Bevor die Bestimmung der starren Blickrichtung gestartet wird, wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu sehen, daß die Linse sich nicht bewegt und ein vollständiger Rahmen aufgenommen wurde, nachdem die letzte Bewegung gestoppt wurde. Wenn das nicht der Fall ist, wird mit der Bestimmung der starren Blickrichtung solange gewartet, bis diese Bedingungen, daß die Linse sich nichtbewegt und ein vollständiger Rahmen aufgenommen wurde, eingetreten sind.
Die Reflexionsquelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung 130 und 130' wird angeschaltet und die Adressierüng des RAM wird in der Hardware geändert, um den Ablaufplan bei 125 in Fig. 8 fortzusetzen. Der Zweck dieser Änderung des Ablaufplanes ist, den letzten Rahmen, der durch die Prozedur zur Linsenzentrierung (eine dunkle Pupille ohne zentrale Hornhautreflexion) verwendet wurde, zu speichern und über die Daten in den Ecken 210-213 zu schreiben, um des Video-Fenster zur Verfolgung der starren Blickrichtung 125 (dunkle Pupille mit einer zentralen Hornhautreflexion) zu speichern.
Die Ecken 210-213 werden verwendet, da die Pupille zentriert ist, wenn die Prozedur zur Bestimmung der starren Blickrichtung aufgerufen wird. Die Hardware läßt die Ecken des RAM angrenzend und in der Mitte der Linse erscheinen.
Die Hornhautreflexion 140 kann, ausgeführt durch die Software, durch Subtraktion der Daten in der Mitte des größeren Linsenzentrierungsfensters von den Daten des kleineren Fensters zur Bestimmung der starren Blickrichtung gefunden werden. Der Hauptunterschied zwischen diesen zwei Bildern ist die Addition der zentralen Hornhautreflexion 140. Die Subtraktion erlaubt, daß die Reflexion zur Bestimmung der starren Blickrichtung 140 im Pupillenbereich 60 oder in dem Irisbereich 62 ohne Verwechslung erscheint. Dies tritt bei einem Patienten mit kleiner Pupille, nicht-sphärischen Hornhaut und/oder mit einem starken Fehler des starren Blickwinkels in Erscheinung.
Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein sequentielles Verfahren zur Bestimmung der Zentrierungsposition der Prüflinse und zur Bestimmung der starren Blickrichtung zu offenbaren. Der Feldanalysierer, der hier verbessert wurde, umfaßt das sequentielle Aufzeigen von Punkten auf dem Schirm. Es wird etwa jeweils einer dieser Punkte je Sekunde für eine Dauer von etwa 0,2 Sekunden gezeigt. Die starre Blickrichtung ist direkt vor dem Aufzeigen des Punktes und während der Dauer des Aufzeigens des Punktes von Interesse. Zu anderen Zeitpunkten ist die starre Blickrichtung von geringem Interesse, da der Punkt nicht aufgezeigt wird.
Da der Linsenhalter 40 langsam bewegt wird, um den Patienten P nicht abzulenken, wird die Linsenzentrierung zu dem erforderlichen Zeitpunkt in ihrem Ablauf geplant, um den Projektor 14 auf den nächsten Lichtpunkt 16 zu positionieren. Die Bestimmung der starren Blickrichtung wird für die Zeit vor und während des Aufzeigens des Lichtpunktes vorgesehen. Dies ermöglicht, daß die Infrarot-Quelle auf dem Projektionsschirm, die zur Erzeugung der Mittenreflexion 140 verwendet wird, während der Linsenbewegung und während der Bestimmung der starren Blickrichtung ausgeschaltet bleibt.
Ein Vorteil des Verlöschens der Quelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung 130 und 130', die zur Bestimmung der starren Blickrichtung angewendet wird, während der Linsenzentrierung ist vorhanden. Dieses Verlöschen der Quelle 130 und 130' hat den Effekt, daß die Erzeugung der infraroten Reflexionen von den Prüflinsen 51 und 52 vermieden wird. Diese infraroten Reflexionen von den Prüflinsen 51 und 52 können ansonsten helle Bereiche im Bild bilden, die sich mit der Bestimmung des Ortes der Pupille 60 überlagern können.
Bezugnehmend auf Fig. 78 ist es eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Überlagerung von anderen Reflexionen, die durch die Quelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung 10 und 130 erzeugt werden, zu vermeiden. Wie oben erwähnt, kann die LED-Quelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung 130 auf dem Schirm 5 andere Reflexionsdaten bewirken, die im Blickfeld der Kamera von den Oberflächen der Prüflinsen 51 und 52 erscheinen. Um diese unerwünschten Reflexionen zu vermeiden, muß die Voraussetzung getroffen werden, daß die Prüflinse hinreichend zentriert wird und daß ein kleines Video- Fenster diese unerwünschten Reflexionen ausschließen wird. Außerdem werden die Prüflinsen 51, 52 um einen Winkel T (siehe Fig. 1A) gekippt, d. h. um einen Wert, der sicherstellt, daß die Prüflinsenreflexionen von der Quelle zur Bestimmung der starren Blickrichtung 130 und 130' für schwache Linsen von der Kamera weg gerichtet werden und für relativ starke Linsen mittig angezeigt werden.
Insbesondere bezugnehmend auf Fig. 7A und unter der Annahme dieser Position der Reflexionsverschiebung in den Prüflinsen wird ein zentrales Video-Fenster 125 bezüglich der Mitte der Prüflinsen 51 und 52 erzeugt. Daten außerhalb des Fensters werden nicht betrachtet. Das Fenster 125 ist auf die Mitte der Linse zentriert, eine Position, die durch einen festen Versatz von dem Markierungspunkt auf dem Prüflinsenhalter oder durch die absolute Position des Prüflinsenhalters bestimmt wird, wenn der Markierungspunkt des Linsenhalter nicht verwendet wird. Das Fenster mustert die Reflexionen vom Prüflinsenhalter und von den Prüflinsenoberflächen von der Betrachtung aus.
Bezugnehmend auf Fig. 9 ist daran zu erinnern, daß zwei prinzipielle Aktivitäten durch die Software ausgeführt werden. Eine Aktivität ist die Bewegung der Motoren X und Y, um den Linsenhalter 40 bezüglich des Bildes der Pupille 60 zu zentrieren. Die andere Aktivität ist die Berechnung der starren Blickrichtung des Auges und des Durchmessers der Pupille.
Am Ende jedes Video-Rahmes wird die Hardware überprüft, um zu sehen, ob der Markierungspunkt des Prüflinsenhalters sich signifikant bewegt hat. Diese Überprüfung erscheint bei der Logik 210. Wenn eine solche signifikante Bewegung aufgetreten ist, wird das Video-Fenster erneut ausgerichtet, um innerhalb der Linse eingepaßt zu werden (siehe Fig. 5B). Diese erneute Ausrichtung sollte nur durchgeführt werden, nachdem die Motoren die Linse bewegt haben, kann aber durch Wechselwirkung mit dem Patienten auftreten, der die Linse bewegt.
Der Betrag der Motorbewegung, der die Linse erneut zentrieren soll, wird berechnet (siehe 212) und der Betrag, um den die Motoren bewegt werden müssen, muß zur Ausführung geplant werden (siehe 214). Das verordnete Rezept des Patienten (siehe 211) ist ein erforderlicher Parameter für diese Berechnung und wird zu Beginn des Feldtests eingegeben, da die Stärke der Linse die offensichtliche Größe des Auges und den offensichtlichen Abstand, um diese erneut zu zentrieren, verändert. Die Motoraktivität beendet die Linsenzentrierung und die Bestimmung der starren Blickrichtung, wenn die Bewegung vollständig ist, um die Servo-Verschiebung [servo hunting] zu reduzieren (siehe Linie 216, die die Verfolgungsaktivität der starren Blickrichtung außer Kraft setzt).
Wenn der Schließer im Ablauf eingeplant ist zu öffnen, wie am Eingang 200 von dem Feldtester des Standes der Technik signalisiert wird, wartet das Video-System auf die Volledung der Motorbewegung und fordert wenigstens einen vollständigen Rahmen der Video-Daten vor dem nächsten Schritt. Dann schaltet er den Generator zur Bestimmung der starren Blickrichtung an und speichert die Daten im RAM (siehe 218). Der Winkel der starren Blickrichtung und der Pupillendurchmesser werden aufgezeichnet und zum Hauptcomputer für eine Überprüfung gesendet. Siehe Linie 222. Sind sie innerhalb der Grenzen, wird der Schließer und der Punkt wird aufgezeigt.
Die Einrichtung zur Verfolgung des starren Blicks kann aufgefordert werden, während des Aufzeigens des Punktes den starren Blick zu überprüfen. Dies erfordert einen Wechsel zwischen der Linsenverfolgung und der Verfolgung des starren Blicks, um die zwei Kamerafelder zu erhalten, die zur Messung des starren Blicks erforderlich sind.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, den Video-Ablaufplan des Feldtesters zur Überwachung der Nähe des Pätienten bezüglich des Prüflinsenhalters zu befähigen. Es wird erkannt, daß, wenn das Auge E sich vom Prüflinsenhalter wegbewegt, das Blickfeld durch den Prüflinsenhalter 40 verkleinert wird. Es wird abgeschätzt werden, daß, wenn das Auge sich zur Linse zurückbewegt, die Reflexionen, die durch die Quellen des Linsenhalters erzeugt werden, sich auf die Mitte des Auges zu bewegen und deshalb enger zusammen liegen werden. Dies liegt an dem Winkel der vier Beleuchtungsquellen zum Auge. Der Positionssteuerungscomputer lokalisiert die zwei unteren Reflexionen 65 und 66 in Fig. 3B und erzeugt einen Abstandsfehler, wenn sich die Reflexionen innerhalb einer vorbestimmten Grenze nahe zusammen bewegen. Eine einfachere funktionale Methode die nicht ganz so effektiv ist, ist die Messung der Änderung der Position der Reflexion 65 im Vergleich zu dem Markierungspunkt 58. Da die Pupille zentriert ist und der starre Blick innerhalb der Grenzen liegt, ist dieser Vergleich eine genaue Indikation des Abstandes.
Ein Vorteil sowohl des Ablaufplans der Linsenzentrierung als auch des Ablaufplans der Abstandsbestimmung ist, daß diese Ablaufpläne den Testfehler reduzieren, der durch das Verdecken des Blickfeldes des Patienten hervorgerufen wird. Die Linsenzentrierung eliminiert die Forderung nach der festen Ausrichtung des Patienten zum Instrument. Die Abstandsüberprüfung verhindert, daß der Blickwinkel des Patienten durch den Prüflinsenhalter zu dem Punkt verkleinert wird, an dem eine künstliche Abdunklung durch den undurchsichtigen Prüflinsenhalter erzeugt wird.
In den Fig. 10A-10D wird eine schematische Darstellung des Auges bei verschiedenen Abständen zur Prüflinse gezeigt. Die Fig. 10A-10D zeigen vier übertiebene Ansichten des Auges mit unterschiedlicher Nähe zur Prüflinse. Es zeigt sich eine signifikante Änderung im Abstand 350 zwischen den Reflexionen der Beleuchtungsquellen.
Die Abstandsänderung kann verwendet werden, um das Entfernen des Patienten von der Linse zu detektieren, eine Bedingung, die fast so wichtig ist wie die Dezentrierung der Linse. Wenn der Patient sich offensichtlich von der Linse entfernt, hat der Rahmen die Möglichkeit, die Ansicht von bestimmten Punkten, die auf dem halbkugelförmigen Projektionsschirm aufgezeigt werden, aufgrund des abnehmenden Blickwinkels durch die Linsen zu verdecken, der durch die Bewegung des Patienten weg von dem Prüflinsenhalter 40 bewirkt wird.
Die unteren zwei Reflexionen 65, 67 werden bevorzugt, da das Augenlid die oberen zwei Reflexionen verdecken kann, wenn es teilweise geschlossen ist. Der Unterschied im Abstand, der durch die Vergrößerung der Prüflinse hervorgerufen wird, kann durch die Kalibrierung eines speziellen Patienten zu Beginn des Tests beseitigt werden, wenn die Nähe zur Linse bekannt ist und die Linse in Stellung gebracht ist. Um die Verwechslung mit anderen Reflexionen zu vermeiden, die auftreten können, können die zwei unteren Reflexionen 65, 67 zu Beginn an der unteren Pupillen/Iris-Grenze gefunden und in beiden Richtungen ausgerechnet werden. Die Prozedur zur Detektion des Abstandes kann selten erfolgen oder als ein Teil der Linsenzentrierung oder der Bestimmung der starren Blickrichtung zugefügt werden. Der Abstand des Auges zur Prüflinse verändert die Vergrößerung des Auges aus der Sicht der Kamera und beeinflußt deshalb die Genauigkeit
der Bestimmung der starren Blickrichtung. Die Abstandsdaten können als eine Korrekturfunktion verwendet werden.

Claims

1.Feldtestvorrichtung zur Kontrolle des Feldes des Sehvermögens der Netzhaut eines Auges (E) eines Patienten (P) mittels Projektion von Lichtbildem von variabler Intensität peripher zu einer Sichtlinie, entlang der die Fixierung des Auges Patienten auftritt, wobei die Feldtestvorrichtung umfaßt:

eine Fixierungsquelle für den Blick des Auges des Patienten entlang der Sichtlinie,

einen Schirm, der um die Fixierungsquelle herum befestigt ist zur Aufnahme der Projektion des die Bilder erzeugenden Lichtes, wobei der Schirm mittig um die Sichtlinie herum angeordnet ist, um es dem Auge des Patienten zu ermöglichen, sich entlang der Sichtlinie an der Fixierungsquelle auf periphere Ansichtbilder von variierender Intensität zu fixieren, die auf den Schirm projiziert werden, um die optische Empfindlichkeit der Netzhaut des Auges zu erfassen,

Mittel zur Aufzeichnung der Indikation des Patienten hinsichtlich des Erkennens der Lichtbilder als Antwort auf die Eingabe des Patienten,

Mittel (14) zur Projizierung von Bildem von variierender Intensität auf bekannte verschieden variable Bereiche auf den Schirm in Relation zur Sichtlinie zur Messung des Gesichtfeldes der Netzhaut des Auges des Patienten,

Mittel (40) zum Halten von zumindest einer Prüflinse (51, 52) vor das Auge des Patienten, das dem Test unterzogen wird,

Mittel (25) zum Stützen eines Teils des Kopfes des Patienten, wobei das Auge des Patienten in der Nähe des Schnittpunktes der Sichtlinie und der Mittel zum Halten zumindest einer Prüflinse ist,

Mittel (V) zur Aufnahme des Patienten mittels Video, die an dem Schirm befestigt sind, um eine Videoansicht des Auges des Patienten entlang einer Achse bereitzustellen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung zusätzlich Mittel (54, 55, 56, 57, 301, 302) umfaßt zur Beleuchtung des im Dunklen liegenden Auges des Patienten einschließend eine Lichtquelle, die das Auge von einer nicht mittigen Position im Hinblick auf die Achse der Mittel zur Video-Aufnahme des Auges beleuchtet,

eine Quelle (130,130') zur Festlegung einer starren Blickrichtung, die an dem Schirm angeordnet ist, um eine Reflektion auf der Hornhaut des Auges zu produzieren, die eine Funktion der Position der Hornhaut des Auges bezogen auf die Sichtlinie ist,

Mittel zum Verarbeiten des Video-Bildes an einer Pupille (60) des Auges zum Lokalisieren der Pupillenmitte des Auges und zur Ausgabe eines ersten Signals und zur Ausgabe eines zweiten Signals bezüglich der Position der Reflektion der Quelle zur Festlegung einer starren Blickrichtung im Auge, wobei die Mittel zum Verarbeiten des Video-Bildes umfassen,

Mittel zur Messung einer horizontalen Sehne durch die Pupille des Auges,

Mittel zur Messung des vertikalen Abstandes zwischen einem Mittelpunkt auf der horizontalen Sehne und dem Ende der Augenpupille, und

Mittel zur Bestimmung des Mittelpunktes der Augenpupille bezüglich der gemessenen Sehne und des vertikalem Abstandes zwischen dem Mittelpunkt der Sehne und dem Ende der Augenpupille, und

Mittel zum Vergleich der ersten und zweiten Signale und zur Ausgabe eines zusammengesetzten Signals bezüglich der starren Blickrichtung, wobei die Ausgabe- Änderungen eine Funktion der Augenfixierung sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (130') zur Festlegung einer starren Blickrichtung auf der gleichen optischen Achse wie die Mittel zur Video-Aufnahme (V) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die einen starren Blick bewirkende Lichtquelle (130) versetzt zu der optischen Achse der Mittel zur Video-Aufnahme liegt.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zur Festlegung einer starren Blickrichtung eine Lichtquelle in der Nähe des sichtbaren infraroten Spektrums umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (40) zum Halten zumindest einer Prüflinse (51, 52) Mittel einschließen zum Kippen dieser zumindest einen Linse um einen Winkel in Bezug zu einer Ebenenormalen zu der linearen Achse, die das Auge des Patienten kreuzt, und der Fixierungsquelle zum Verschieben der Reflektion auf den Prüflinsen bezogen auf den Mittelpunkt der Prüflinsen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß diese zusätzlich Mittel umfaßt zum Vergleich der Pupillenposition in der Video- Ansicht des Auges des Patienten mit der Position der Prüflinsen, um ein Signal proportional zu der relativen Verschiebung der Pupille des Patienten auszugeben, sowie die Haltemittel von zumindest einer Prüflinse, um ein drittes Signal bezogen auf die Änderungen in der Position der Pupille des Patienten bezüglich der Haltemittel zumindest einer Prüflinse anzugeben,

Mittel (X, Y) zum Bewegen der Haltemittel von zumindest einer Prüflinse als Antwort auf das dritte Signal, um eine konstante relative Verschiebung zwischen dem Patientenauge und den Haltemitteln von zumindest einer Prüflinse zu erhalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzlich Mittel umfaßt zum Ausschalten der Quelle zur Festlegung einer starren Blickrichtung (130,130') während der Erzeugung des dritten Signals.