DE19961323A1

DE19961323A1 - Method to control viewing field automatically; involves presenting viewer with multifocal pattern of light stimuli and using electro-encephalogram and electroretinogram or magneto-encephalogram

Info

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

Abstract

The method involves presenting a multifocal spatial pattern of at least two light stimuli to an observer. The time course of the light intensity of the stimulation corresponds to a given correlation function in its moment of force. An electro-encephalogram and a magneto-encephalogram or electroretinogram measuring system detects the potentials of the observer, which are evaluated to determine the functionality of the tested stimulated locations. An Independent claim is included for a circuit arrangement for use with the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Stimulation des visuellen Systems mit einem Generator und zur Auswertung adäquater stimulusbezogener physiologischer Größen.The invention relates to a method and an arrangement for optical Stimulation of the visual system with a generator and for evaluation adequate stimulus-related physiological parameters.

Im Stand der Technik sind Stimulationssysteme bekannt, die binär gesteuerte Lichtstimulatoren verwenden. So werden beispielsweise in der Perimetrie kurzzeitig monofokal aufleuchtende Lichtmarken definierter Intensität benutzt, um die Funktionsfähigkeit des visuellen Systems zu überprüfen. In neueren Systemen werden multifokale (simultan an mehreren Orten) optische Reize eingesetzt, deren zeitlicher Ablauf in der Regel von pseudo-zufälligen binären Sequenzen - allgemein als m-Sequenzen, MLS (Maximum Length Sequence) oder PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) bekannt - gesteuert wird.Stimulation systems which are binary-controlled are known in the prior art Use light stimulators. For example, in perimetry used briefly monofocal light marks of defined intensity, to check the functionality of the visual system. In newer ones Systems become multifocal (simultaneous in several places) optical stimuli used, the timing of which is usually of pseudo-random binary Sequences - generally as m-sequences, MLS (Maximum Length Sequence) or PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) - is controlled.

Bei den bisherigen Verfahren ist nachteilig, daß die verwendeten m-Sequenzen nur näherungsweise den signaltheoretischen Forderungen bezüglich ihrer Autokorrelationsfunktion (AKF) entsprechen und zum Teil erhebliche Irregularitäten bzw. Anomalien in Abhängigkeit von ihrer Länge aufweisen. Aus der elektrophysiologischen Sicht sind binäre Folgen in Verbindung mit auf CRT-Monitoren produzierten Mustern für die Funktionsdiagnostik nicht optimal geeignet. Der Grund liegt in der Physiologie des Sehens: Sobald im betrachteten Bild eine Information bzw. eine Informationsänderung explizit vorhanden ist, wird sie nach der Wahrnehmung vom visuellen System verarbeitet. Diese Informationsverarbeitung spiegelt sich zwar in den Reizantworten des visuellen Systems wieder, jedoch sie ist sehr differenziert und kaum reproduzierbar. Daher wäre es vorteilhaft, in der Reizantwort nur die reine Reizleitung bzw. Wahrnehmung ohne höhere Verarbeitungsstufen zu erhalten. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von binären Sequenzen besteht darin, daß wenn sie insbesondere multifokal eingesetzt werden, unterliegt der gesamte zeitliche Ablauf strengen Regeln, so daß Veränderungen oder Korrekturen im Untersuchungsverlauf nahezu ausgeschlossen sind.A disadvantage of the previous methods is that the m-sequences used only approximate the signal-theoretical demands regarding their Autocorrelation function (AKF) correspond and in some cases considerable Irregularities or anomalies depending on their length. Out From the electrophysiological point of view, binary consequences are related to CRT monitors did not produce samples for functional diagnostics ideally suited. The reason is in the physiology of vision: As soon as in considered an information or an information change explicitly is present, it is perceived by the visual system processed. This information processing is reflected in the Responses of the visual system again, but it is very differentiated and hardly reproducible. It would therefore be advantageous to use only the stimulus response pure stimulus conduction or perception without higher processing levels receive. Another disadvantage when using binary sequences is that when they are used multifocal in particular, The entire schedule is subject to strict rules, so changes or corrections in the course of the examination are almost impossible.

Ein wesentlicher Nachteil der bisherigen Verfahren besteht darin, daß die Größe der Stimulationsfläche einzelner Reizelemente vom Zentrum aus in die Peripherie den retinalen bzw. kortikalen Vergrößerungsfaktor berücksichtigend zunehmen muß. Dies führt dazu, daß vordefinierte großflächige Reizfelder entstehen und damit jegliche Flexibilität hinsichtlich der Reizpositionierung oder Reizgröße verhindert wird.A major disadvantage of the previous methods is that the size the stimulation area of individual stimulus elements from the center into the Peripheral taking into account the retinal or cortical enlargement factor must increase. This leads to predefined large-scale stimulus fields arise and thus any flexibility with regard to stimulus positioning or Stimulus size is prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit den es möglich ist, in sinnesphysiologisch adäquater Weise einen bezüglich des Zeitverlaufs und des räumlichen Musters im Sinne der Signaltheorie optimierten optischen Reiz zu generieren und anhand einer oder mehrerer physiologischer Größen die Wahrnehmungsfunktion topographisch zu überprüfen.The invention has for its object a method and an apparatus to indicate, with which it is possible, in a sensory physiologically adequate manner one with regard to the course of time and the spatial pattern in the sense of Generate signal theory optimized optical stimulus and using a or the perceptual function topographically to several physiological parameters check.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß dem Betrachter simultan aus mehreren definierten Positionen des Gesichtsfeldes (multifokal) physiologisch adäquate Lichtreize mit vorgegebenen lichttechnischen Parametern abgeleitet von einer vorgegebenen Korrelationsfunktion präsentiert werden, daß die im ERG und/oder im EEG/MEG enthaltenen Reizantworten erfaßt und ausgewertet werden, daß anhand der ausgewerteten Reizantworten die Funktion des visuellen Systems überprüft wird.According to the invention, the object is achieved in that the viewer simultaneous from several defined positions of the visual field (multifocal) physiologically adequate light stimuli with given lighting technology Presented parameters derived from a given correlation function that the stimulus responses contained in the ERG and / or in the EEG / MEG are recorded and evaluated based on the evaluated stimulus responses the function of the visual system is checked.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die subjektive Wahrnehmung der präsentierten Lichtreize objektiv über die Auswertung des EEG/MEG und/oder des ERG beurteilt werden. Die Ergebnisse der Auswertung werden dazu verwendet, die Funktionsfähigkeit des visuellen Systems topographisch darzustellen.In the method according to the invention, the subjective perception of the presented light stimuli objectively via the evaluation of the EEG / MEG and / or of the ERG. The results of the evaluation become this used, the functionality of the visual system topographically to represent.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist im Blickfeld des Betrachters eine plane oder gekrümmte Fläche positioniert, in der an vorbestimmten Stellen mit geeigneten Lichtquellen optische Reize mit definiertem zeitlichen Intensitätsverlauf produziert werden. Die Lichtintensität sowie der zeitliche Verlauf des von den Lichtquellen produzierten Lichtreizes sind in ausreichender Breite über den physiologisch interessierenden Bereich einstellbar.In the arrangement according to the invention, one is in the field of view of the viewer flat or curved surface positioned in the at predetermined locations suitable light sources optical stimuli with a defined temporal Intensity curve are produced. The light intensity as well as the temporal The course of the light stimulus produced by the light sources is sufficient Width adjustable over the physiologically interesting area.

Vom Vorteil ist hierbei, daß auf Grund des zeitlichen Verlaufs der Lichtintensität an den Reizorten ein solcher Reizmodus unabhängig von der Anzahl aktiver Lichtquellen für das visuelle System ein informationsloses bzw. -minimiertes Signal darstellt. Daher wird davon ausgegangen, daß die analysierten physiologischen Größen nur die Reizantworten bezüglich der Wahrnehmung - die gut reproduzierbar sind - und keine Anteile aus der höheren Informationsverarbeitung des visuellen Systems - welche kaum reproduzierbar sind - enthalten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß Reizantworten auf bezüglich ihrer Größe bzw. Topologie frei wählbare Reizareale bezogen, berechnet werden können. Dies wird mit Methoden der Signalverarbeitung in der Auswertung durchgeführt und man ist nicht - wie bei den bisherigen Verfahren - auf die vordefinierten Reizflächen beschränkt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber der Stimulation mit binären Sequenzen besteht darin, daß die Untersuchungsdauer völlig frei nach einfachen Qualitätskriterien auch während der Untersuchung gewählt werden kann. Dies war mit binären Sequenzen nicht möglich, da diese nach strengen mathematischen Regeln vollständig abgearbeitet werden müssen. Hinzu kommt, daß im Gegenteil zu binären Sequenzen bei dieser Stimulationsart die Reizantworten rekursiv in Echtzeit ausgewertet und dargestellt werden können, so daß der Untersucher jederzeit einen Überblick über die Stärke der Reizantworten hat und somit bei einer ausreichend hohen Qualität der Ergebnisse die weitere Stimulation abbrechen kann.The advantage here is that due to the time course of the Light intensity at the stimulus locations such a stimulus mode regardless of Number of active light sources for the visual system an informationless or -minimized signal. It is therefore assumed that the analyzed physiological variables only the stimulus responses regarding the Perception - which are easily reproducible - and no parts from the higher information processing of the visual system - which hardly are reproducible - included. Another major advantage is that stimulus responses to freely selectable with regard to their size or topology Stimulus areas related, can be calculated. This is done using methods of Signal processing carried out in the evaluation and one is not - as with the previous methods - limited to the predefined stimulus areas. On another significant advantage over stimulation with binary sequences is that the duration of the investigation is completely free according to simple Quality criteria can also be selected during the examination. This was not possible with binary sequences, because these are strict mathematical rules have to be worked through completely. Come in addition, that contrary to binary sequences with this type of stimulation Stimulus responses can be evaluated and displayed recursively in real time, so that the examiner always has an overview of the strength of the Responsive responses and thus with a sufficiently high quality of Results that further stimulation can cancel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings:

- Fig. 1 shows the overview circuit diagram of the measuring station and
- Figure 2 shows the diagram of a realization of the multifocal stimulator..

Der Patient sitzt vor einer kugelförmigen Projektionsfläche - dem Perimeter (1) -, in dem an definierten Stellen optoelektronische Lichtquellen (LED, Lichtemittierende Dioden) befestigt sind. Diese Lichtquellen werden von vier Elektronik (2) derart gesteuert, daß der zeitliche Intensitätsverlauf des abgestrahlten Lichtes entsprechend den Forderungen der Signaltheorie in seinen statistischen Momenten der vorgegebenen Korrelationsfunktion entspricht. Ein solcher optischer Reiz ruft Veränderungen - auch Reizantworten genannt - im EEG/MEG hervor. Diese Antworten werden mit geeigneter Technik (3) erfaßt, verstärkt und digitalisiert. Die digitalisierten Reizantworten werden im Rechner (2) verarbeitet und ausgewertet.The patient sits in front of a spherical projection surface - the perimeter ( 1 ) - in which optoelectronic light sources (LED, light-emitting diodes) are attached at defined points. These light sources are controlled by four electronics ( 2 ) in such a way that the temporal intensity profile of the emitted light corresponds in its statistical moments to the predetermined correlation function in accordance with the requirements of signal theory. Such an optical stimulus causes changes - also called stimulus responses - in the EEG / MEG. These answers are recorded, amplified and digitized using suitable technology ( 3 ). The digitized stimulus responses are processed and evaluated in the computer ( 2 ).

Solange die LED einzeln aufleuchten, ist auch eine subjektive Beantwortung der Frage nach dem Gesehenwerden der Lichtblitze durch den Patienten möglich, falls dieser kooperativ ist. Um die Untersuchungszeit deutlich zu verkürzen, werden die LED nicht einzeln, sondern definiert simultan angesteuert. Diese Art der Stimulation wird als multifokale Reizung bezeichnet. Hierbei ist keine subjektive Beurteilung der Reizantworten mehr möglich, die Auswertung übernimmt der Rechner (2). Da bei der Auswertung bekannt ist, mit welchem Signal die einzelnen Reizpositionen angesteuert wurden, läßt sich aus der gemeinsamen Potentialantwort die jeder Reizposition zugehörige Reizantwort berechnen.As long as the LED lights up individually, a subjective answer to the question of how the flashes of light can be seen by the patient is possible if the patient is cooperative. In order to shorten the examination time significantly, the LEDs are not controlled individually, but rather simultaneously and in a defined manner. This type of stimulation is called multifocal irritation. A subjective assessment of the stimulus responses is no longer possible, the evaluation takes over the computer ( 2 ). Since it is known in the evaluation with which signal the individual stimulus positions were activated, the stimulus response associated with each stimulus position can be calculated from the common potential response.

Im Beispiel übernimmt die Steuerung des multifokalen Perimeters ein Mikrocontroller (7). Dieser legt anhand vorgegebener bzw. vom übergeordneten Rechner (2) erhaltener Parameter den Zeitablauf der multifokalen Reizung für die Zeitsteuerung (8) fest. Im Zeitablauf werden vorher festgelegte räumliche Muster (6) der aufleuchtenden LED von der Zeitsteuerung (8) abgearbeitet. Die Lichtintensität der LED läßt sich mit Hilfe von Digital-Analog-Wandlern (5) für jede Position auch in ihrem zeitlichen Ablauf einzeln einstellen. Auf diese Weise kann die Untersuchungszeit zur Kontrolle des Gesichtsfeldes gegenüber der monofokalen Reizung um einen Faktor verkürzt werden, der in der Größenordnung der Anzahl von multifokal aufleuchtenden LED entspricht. In the example, the multifocal perimeter is controlled by a microcontroller ( 7 ). This specifies the timing of the multifocal stimulation for the timing control ( 8 ) on the basis of predetermined parameters or parameters obtained from the higher-level computer ( 2 ). In the course of time, previously defined spatial patterns ( 6 ) of the illuminated LED are processed by the time control ( 8 ). The light intensity of the LED can also be set individually for each position with regard to its chronological sequence with the aid of digital-analog converters ( 5 ). In this way, the examination time for checking the visual field can be shortened compared to the monofocal irritation by a factor which corresponds to the order of magnitude of the number of multifocal LEDs.

REFERENCE SIGN LIST

EEG Elektroenzephalogramm
MEG Magnetoenzephalogramm
ERG Elektroretinogramm
EEG electroencephalogram
MEG magnetoencephalogram
ERG electroretinogram

11

Stimulatorkugel mit Lichtquellen
Stimulator ball with light sources

22nd

Steuerrechner
Tax calculator

33rd

ERG/EEG-Meßsystem, AD-Wandler
ERG / EEG measuring system, AD converter

44th

Steuerung der Lichtintensität, Control of light intensity,

9696

DA-Wandler
DA converter

55

Steuerung des räumlichen Musters
Control of the spatial pattern

66

Mikrocontroller/Mikroprozessor
Microcontroller / microprocessor

77

Zeitsteuerung
Time control

Claims

1. A method for automatic functional control of the visual field, characterized in that

- a multifocal spatial pattern consisting of at least two light stimuli is presented to a viewer on a surface and
- The time course of the light intensity of the stimuli presented corresponds in its statistical moments to a predetermined correlation function and
- With the help of an EEG / MEG and / or an ERG measuring system, the potential responses of the viewer are recorded and
- After evaluating these potential responses, a statement is made about the functionality of the stimulus locations tested.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the spatial pattern of the light stimuli, their brightness and time course of a computer can be controlled so that the time course of the Light intensity in its statistical moments a given Correlation function corresponds and that the EEG / MEG and / or the ERG recorded with the help of a measuring system and in digital form a computer is fed.