DE102004027560A1

DE102004027560A1 - Pupillometer

Info

Publication number: DE102004027560A1
Application number: DE102004027560A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Helmle
Original assignee: AMTECH GmbH
Current assignee: AMTECH GmbH
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-22

Abstract

Das Auge wird mit Infrarotlicht beleuchtet und von dem Auge reflektiertes Infrarotlicht im wesentlichen auf der optischen Achse des Auges detektiert, um ein Bild von Iris und Pupille, insbesondere Meßpunkte am Rand der Pupillenöffnung, zu erhalten. Die Infrarotlichtbeleuchtung erfolgt unter einem definierten Mindestwinkel gegen die optische Achse des Auges. Dadurch erscheint die Pupillenöffnung dunkel und die Iris hell.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pupillometer, bei dem das Auge mit Infrarotlicht beleuchtet und von dem Auges reflektiertes Infrarotlicht im wesentlichen auf der optischen Achse des Auges detektiert wird, um ein Bild von Iris und Pupille, insbesondere Meßpunkte am Rand der Pupillenöffnung zu erhalten.

Ein solches Pupillometer ist aus Lüdtke H., Wilhelm B., Adler M., Schaeffel F., Wilhelm H.: „Mathematical procedures in data recording and processing of pupillary fatigue waves", Vision Research 38, Seiten 2889 bis 2896, 1998 bekannt. Die Infrarotlichtbeleuchtung des Auges und die Detektion des von dem Auge reflektierten Infrarotlichts erfol gen bei diesem Pupillometer gleichermaßen im wesentlichen auf der optischen Achse des Auges.

Die durch die Pupillenöffnung sichtbare Netzhaut (Retina) reflektiert Infrarotlicht besser, als die Iris. In der Beleuchtungs- und Beobachtungsgeometrie des obigen Pupillometers erscheint daher die Iris dunkel und die Pupillenöffnung hell.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Pupillometer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Iris hell und die Pupillenöffnung dunkel erscheint.

Bei dem diese Aufgabe lösenden Pupillometer erfolgt die Infrarotlichtbeleuchtung unter einem definierten Mindestwinkel gegen die optische Achse des Auges.

Bei sehr kleinen Winkelabweichungen der Beleuchtungsrichtung von der optischen Achse des Auges ändert sich an den Beobachtungsverhältnissen bei dem obigen Pupillometer nichts. Der von der Netzhaut an den Detektor zurückreflektierte Lichtanteil überwiegt. Das Bild der Pupillenöffnung bleibt hell, und das der Iris dunkel.

Bei größeren Abweichungen der Beleuchtungsrichtung von der optischen Achse des Auges werden die Beobachtungsverhältnisse von der relativ starken konkaven Krümmung der Netzhaut, der Blendenwirkung der Pupillenöffnung für das reflektierte Licht und der relativ schwachen konvexen Krümmung der Iris bestimmt. Der von der Netzhaut an den Detektor zurückreflektierte Lichtanteil ist drastisch geringer. Der von der Iris an den Detektor zurückreflektierte Lichtanteil fällt weniger ab. Sobald letzterer Lichtanteil überwiegt, erscheint die Iris am Detektor hell und die Pupillenöffnung dunkel.

Um gemäß der Erfindung am Detektor ein helles Bild der Iris und ein dunkles Bild der Pupillenöffnung zu erhalten, ist die Beleuchtungsrichtung mit einer Winkelabweichung von der optischen Achse des Auges zu wählen, die einen Mindestwinkel von 2,5° nicht unterschreiten darf. Je nach Pupillengröße ist vorzugsweise ein Mindestwinkel von 3° bis 4° einzuhalten. Die Winkelabweichung zu großen Winkeln hin ist nicht kritisch.

Es versteht sich, daß die optische Achse des Auges nicht notwendigerweise dessen geometrische Zentralachse ist. Die optische Achse kann durch Strahlteiler, Spiegel u. a. abgeknickt sein.

Pupillometrie an der dunklen Pupille ist mit einer sehr kompakten Meßapparatur möglich, die als binokulare Brille aufgebaut sein kann, wie sie in der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 103 24 841.2 offenbart ist. Eine mögliche Anwendung ist die Bestimmung des Vigilanzzustands. Es können aber auch krankhafte und/oder traumatische Funktionsstörungen des Auges, neurologische Störungen sowie der Einfluß von Medikamenten und Drogen festgestellt werden. Die Pupillometrie an der dunklen Pupille ist bei einer Brille aus beleuchtungstechnischen Gründen bevorzugt.

Zur Bestimmung des Vigilanzzustands wird bei dem eingangs erwähnten Pupillometer der Pupillendurchmesser und seine spontane zeitliche Än derung über einen Zeitraum von mehreren Minuten erfaßt. An die Meßpunkte am Rand der Pupillenöffnung wird ein Kreis angefittet und dessen Durchmesser und seine zeitliche Änderung bestimmt. Durch Fourriertransformation erhält man ein Frequenzspektrum der Durchmesseränderung. Desweiteren wird aus über ein vorgegebenes Zeitintervall kumulierten Änderungen des Pupillendurchmessers ein Pupillenunruheindex (PUI) gewonnen. Wie aus Wilhelm B., Körner A., Heldmaier K., Moll K., Wilhelm H., Lüdtke H.: „Normwerte des pupillographischen Schläfrigkeitstests für Frauen und Männer zwischen 20 und 60 Jahren", Somnologie 5, Seiten 115 bis 120, 2001 bekannt, ist der PUI ein von Alter und Geschlecht der Versuchsperson kaum abhängiges, sehr signifikantes Maß für den Vigilanzzustand. Der durch Logarithmieren des PUI erhaltende ln PUI zeigt eine für die Auswertung vorteilhafte Normalverteilung.

Bei der der Gewinnung des PUI zugrundeliegenden Absolutmessung des Pupillendurchmessers und seiner zeitlichen Änderung wird die Pupille durch die Cornea beobachtet. Die Cornea hat eine Vergrößerungswirkung mit einem a priori unbekannten Linsenfaktor. Das macht eine recht aufwendige Kalibrierung der Messung erforderlich.

Bei Pupillometrie mit einer binokularen Brille ist der Detektor dem Auge sehr dicht benachbart. Das erschwert die Bestimmung des Abbildungsmaßstabs für die Absolutmessung des Pupillendurchmessers.

Die Erfindung sieht vor, zur Bestimmung des Vigilanzzustands den Durchmesser der dunklen Pupille und seine spontane zeitliche Änderung über einen Zeitraum von mehreren Minuten zu messen und die gemessene zeitliche Änderung des Pupillendurchmessers auf den gemessenen Pupil lendurchmesser zu beziehen, um einen relativen PUI zu gewinnen, der von dem Abbildungsmaßstab des Pupillometers und der Vergrößerungswirkung der Cornea unbeeinflußt ist und eine diesbezügliche Kalibrierung überflüssig macht. Versuche belegen eine sehr hohe Signifikanz des relativen PUI für den Vigilanzzustand. Der Logarithmus des relativen PUI zeigt eine Normalverteilung.
Die Pupillometrie an der dunklen Pupille mit einer Meßapparatur in Form einer binokularen Brille ist nicht auf die Bestimmung des Vigilanzzustands beschränkt. Es können nicht nur die spontanen Schläfrigkeitswellen im Pupillendurchmesser, sondern unter anderem auch der Drehnystagmus, Blickrichtungsnystagmus und der Pupillenlichtreflex untersucht werden. Auffälligkeiten beim Drehnystagmus und Pupillenlichtreflex sind ein mögliches Indiz für Drogenkonsum, Auffälligkeiten beim Blickrichtungsnystagmus ein mögliches Indiz für Alkoholkonsum, Auffälligkeiten beim Pupillenlichtreflex ein mögliches Indiz für Medikation mit zentralnervösem Einfluß, beispielsweise Amphetamine zur einseitigen Aktivierung des Sympathicus. Die Meßapparatur in Form einer Brille ist leichterhand transportabel und für eine mobile Messung geeignet, bei der der Kopf der Versuchsperson nicht fixiert zu werden braucht. Die Brille kann gleichermaßen mit einem Fixationstarget und mit einem optischen Stimulus oder beiden versehen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fixationstarget und/oder der Stimulus, z. B. eine Blitzlampe, an einer die Brille verdunkelnden Kappe angebracht. Diese Positionierung des Fixationstargets ermöglicht eine einfache Anpassung an den Pupillenabstand.

Claims

Pupillometer, bei dem das Auge mit Infrarotlicht beleuchtet und von dem Auge reflektiertes Infrarotlicht im wesentlichen auf der optischen Achse des Auges detektiert wird, um ein Bild von Iris und Pupille, insbesondere Meßpunkte am Rand der Pupillenöffnung zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotlichtbeleuchtung unter einem definierten Mindestwinkel gegen die optische Achse des Auges erfolgt.
Pupillometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel größer als 2,5° ist.
Pupillometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel größer als 3° ist.
Pupillometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel größer als 4° ist.
Pupillometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als binokulare Brille aufgebaut ist.
Pupillometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brille ein Fixationstarget aufweist.
Pupillometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brille einen optischen Stimulus aufweist.
Pupillometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fixationstarget und/oder ein optischer Stimulus an einer die Brille verdunkelnden Kappe angebracht ist/sind.
Verwendung eines Pupillometers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Bestimmung des Vigilanzzustands, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der dunklen Pupille und seine spontane zeitliche Änderung über einen Zeitraum von mehreren Minuten gemessen und die gemessene zeitliche Änderung des Pupillendurchmessers auf den gemessenen Pupillendurchmesser bezogen wird, um einen relativen Pupillenunruheindex (PUI) zu gewinnen.