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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
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Physiologischer Kontrast bezeichnet die subjektive Empfindung beim Betrachten von Teilen des Gesichtsfeldes, die sich hinsichtlich Leuchtdichte oder Farben unterscheiden. Der Empfindlichkeitsunterschied entspricht nicht der räumlichen und zeitlichen Reizverteilung auf der Netzhaut. Entsprechend der Empfindung werden Helligkeitskontrast und Farbkontrast unterschieden. Helligkeitskontrast liegt vor, wenn die Helligkeitsempfindung infolge von Reizen unterschiedlicher Leuchtdichte variiert. Farbkontrast liegt vor, wenn die Farbempfindung infolge von Reizen unterschiedlicher Farbe variiert. Entsprechend der räumlichen und zeitlichen Zuordnung der Reize werden Simultankontrast (Reize, die zu gleicher Zeit auf benachbarte Netzhautstellen einwirken), Sukzessivkontrast (Reize, die auf eine Netzhautstelle zu aufeinanderfolgenden Zeiten einwirken) und Metakontrast (Reize, die auf benachbarte Netzhautstellen zu aufeinanderfolgenden Zeiten einwirken) unterschieden.
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Kontrastempfindlichkeit bezeichnet den Kehrwert der Kontrastschwelle. Unter Kontrastschwelle versteht man den geringsten wahrnehmbaren physiologischen Kontrast. Die Kontrastempfindlichkeit wird anhand von Gittern für verschiedene Ortsfrequenzen ermittelt. Die Darstellung der Kontrastempfindlichkeit als Funktion der Ortsfrequenz eines Sinusgitters wird als Kontrastempfindlichkeitsfunktion bezeichnet.
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Die physiologische Kontrastempfindlichkeit des Auges wird durch optische und neuronale Faktoren bestimmt. Der durch die optischen Komponenten des Auges wie Hornhaut, Linse und Glaskörper bestimmte und insbesondere von der Größe der Eingangspupille, geometrischen Abbildungsfehlern des Auges und Streueinflüssen, wie Linsentrübungen, abhängige Faktor der physiologischen Kontrastempfindlichkeit wird nachfolgend als optische Kontrastempfindlichkeit und der durch die neuronale Verarbeitung der Information, inklusive des Transfers der Information von der Netzhaut zum Gehirn beeinflusste Faktor der Kontrastempfindlichkeit wird nachfolgend als neuronale Kontrastempfindlichkeit bezeichnet.
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Es sei angemerkt, dass in der Literatur häufig der durch Streuung des Lichts auf dem Weg durch die Netzhaut zu den auf ihrer Rückseite gelegenen Rezeptoren bestimmte Anteil als eigenständiger Anteil der Kontrastempfindlichkeit genannt wird (vgl. Lexikon der Optik, zweiter Band M bis Z, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin – 1999, S. 54, 55). Diese retinale Kontrastempfindlichkeit wird jedoch vorliegend als Bestandteil der neuronalen Kontrastempfindlichkeit gewertet.
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Die Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF) gewinnt zunehmend an Bedeutung. So dient die Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion als klinische Früherkennungsmaßnahme für altersbedingte degenerative Krankheiten. Weiterhin wurde erkannt, dass die Sehleistung des Menschen unter realen Bedingungen, insbesondere unter Dämmerungsbedingungen, nicht nur durch die Sehschärfe, sondern auch und in besonderem Maß durch die physiologische Kontrastempfindlichkeit bestimmt ist.
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Methoden zur Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion sind z. B. aus der
US 5,500,699 A und der
WO 2006056252 A1 bekannt. Die
WO 2006056252 A1 beschreibt z. B. die Messung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion mit Hilfe einer psychophysischen Methode. Durch Darstellung eines Streifenmusters mit variablem Kontrast und variabler räumlicher Frequenz auf einem Monitor kann die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion sowohl monokular als auch binokular gemessen werden. Der Vorteil dieses Messverfahrens liegt in der schnellen und einfachen Ermittlung der gewünschten Messdaten.
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Obwohl sich diese Methoden zur Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion dem Grunde nach bewährt haben, erlauben diese keine Aussagen, ob etwaige Empfindlichkeitsdefizite auf optischen Abbildungsfehlern innerhalb des Auges oder auf Fehlern bei der Informationsverarbeitung zurückzuführen sind.
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In der Literatur sind daher auch mehrere Methoden zur Vermessung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF) beschrieben. Dressler und Rassow beschreiben z. B. in ihrem Aufsatz „Neural contrast sensitivity measurements with a laser interference system for clinical and screening application”, welcher in Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., November 1981, auf den Seiten 737–744 veröffentlicht wurde, die Erzeugung eines variablen streifenförmigen Interferogramms auf der Netzhautebene, um die optischen Einflüsse zu umgehen. Durch iterative Probandenbefragung wird dann die neuronale Kontrastempfindlichkeit ermittelt. Dieses Verfahren erfordert ein kompliziertes optisches System und ist sehr zeitintensiv, sodass bisher keine praxisrelevante Anwendung möglich war. Der Einfluss der optischen Fehlsichtigkeiten des Auges kann bei diesem Verfahren nur bedingt kompensiert werden. Die Abbildungsfehler des Auges fuhren zu einer Verzerrung des Streifenmusters auf der Netzhautebene und liefern dadurch unzuverlässige Ergebnisse.
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Dokument
WO 2007/102843 A1 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung einer Abbildungsqualität eines Auges, wobei eine Modulationstransferfunktion eines getesteten Auges mit einer Menge von Modulationstransferfunktionen von einer Anzahl von Augen mit normaler Sehstärke verglichen wird.
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Dokument
US 6,761,454 B2 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wellenfrontvermessung der Refraktion und Aberration eines Patientenauges.
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Dokument
US 7,293,873 B2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung einer Multifokallinse, so dass in möglichst vielen Objektentfernungen eine möglichst gute Korrektur der Sehfehler erreicht wird. Dazu werden die Punktstreufunktion, Modulationstransferfunktion und Kontrastempfindlichkeit des Auges bestimmt.
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Dokument
US 7,320,517 B2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung einer optischen Fläche, wobei eine Modulationstransferfunktion verwendet wird, welche aus einzelnen Modulationstransferfunktionen bei unterschiedlichen Frequenzen zusammengesetzt ist.
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Aus Dokument
US 2002/0140902 A1 ist es bekannt, die optische und die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion des Auges zu messen, und daraus die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion zu berechnen. Hierbei wird die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion mittels einer Messung der Kontrastempfindlichkeit bei Interferenzstreifen gemessen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF) bereitzustellen, welches bzw. welche zuverlässigere Ergebnisse liefert, als dies nach dem vorstehend angegebenen Stand der Technik der Fall ist, und wobei insbesondere der Einfluss der optischen Fehlsichtigkeiten des Auges kompensiert werden kann. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu liefern, welche eine praktische Anwendung in der täglichen ophthalmologischen Praxis haben können.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion der gattungsgemäßen Art mit Hilfe der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs sowie bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 13 durch die entsprechenden Merkmale dessen kennzeichnenden Teils gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF) eines Auges umfasst folgende Verfahrensschritte:
Zunächst werden die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion (oCSF) des Auges und die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF) des Auges bestimmt. Auf die Reihenfolge der Bestimmung dieser Funktionen kommt es dabei grundsätzlich nicht an. In einem weiteren Schritt erfolgt die Berechnung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF) des Auges durch Division aus den zuvor bestimmten optischen und physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des Auges (CSF/oCSF). Diese Methode erlaubt die Ermittlung der optischen, neuronalen und kompletten physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen und dies in einer in der Praxis leicht und zuverlässig anwendbaren Form. Durch die Kombination zweier in der Praxis leicht und zuverlässig anwendbarer Methoden ist die Bestimmung aller drei oben genannten Kontrastempfindlichkeitsfunktionen, nämlich der optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (oCSF), der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF) und der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF), möglich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfasst in entsprechender Weise eine erste Bestimmungseinrichtung, um die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion des Auges zu bestimmen, eine zweite Bestimmungseinrichtung, um die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion des Auges zu bestimmen und eine Berechnungs- oder Recheneinrichtung, um die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion des Auges durch Division aus den zuvor bestimmten optischen und physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des Auges zu berechnen (CSF/oCSF).
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Die oben angegebene Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vollumfänglich gelöst.
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Die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion (oCSF) entspricht der optischen Modulationsübertragungsfunktion (oMTF). Die Ermittlung der optischen Modulationsübertragungsfunktion (oMTF) kann z. B. in Abwesenheit von Linsentrübungen aus der gemessenen individuellen Wellenfront (W) des Auges und berechnet werden. Bei der Berechnung der optischen Modulationsübertragungsfunktion können beispielsweise Effekte wie die Direktionalität der Netzhautzellen (Stiles-Crawford Effekt) und/oder die chromatischen Aberrationen des Auges berücksichtigt werden.
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Es ist auch möglich, die optische Modulationsübertragungsfunktion (oMTF) aus einer direkten Messung der Punktstreufunktion (engl. Point Spread Function, Abkürzung (PSF)) des Auges zu berechnen, z. B. wie in P. Artal and R. Navarro, ”Monochromatic Modulation Transfer Function of the Human eye for different Pupil Diameters: An Analytical Expression,” J. Opt. Soc. Am. A 11, S. 246ff (1994) beschrieben Die optische Modulationstransferfunktion (oMTF) des Auges erhält man dann aus der gemessenen Punktstreufunktion durch direkte Fouriertransformation (die MTF ist der normierte Modulus der Fourier-Transformation der PSF). Diese Methode hat den Vorteil, dass die daraus resultierende oMTF auch Änderungen der Amplitude des Lichts durch z. B. Linsentrübungen berücksichtigt.
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In entsprechender Weise kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die erste Bestimmungseinrichtung zum Beispiel zur Ermittlung der optischen Modulationstransferfunktion (oMTF) des Auges ausgebildet sein.
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Für den Fall, dass die optische Modulationstransferfunktion (oMTF) des Auges aus einer Wellenfrontmessung (W) des Auges berechnet wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wellenfrontmesseinrichtung zur Messung einer Wellenfront (W) des Auges umfassen und die erste Bestimmungseinrichtung kann so ausgebildet und eingerichtet sein, dass sie auf Anforderung einer Person oder automatisch die optische Modulationstransferfunktion (oMTF) des Auges aus der Wellenfrontmessung des Auges berechnet.
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Eine Wellenfrontmesseinrichtung ist eine Anordnung, mit deren Hilfe eine Wellenflächenprüfung durchgeführt werden kann. Als Wellenfrontmesseinrichtung für das menschliche Auge wurde erstmals im Jahr 1994 der sogenannte Hartmann-Sensor eingesetzt, dessen Prinzip bereits im Jahr 1900 von J. Hartmann in der Zeitschrift für Instrumentenkunde 20 auf den Seiten 47ff unter dem Titel „Bemerkungen über den Bau und die Justierung von Spektrographen” beschrieben wurde. Üblicherweise verwendet man heute eine etwas abgewandelte Form dieses Sensors, welche unter der Bezeichnung „Shack-Hartmann-Sensor” bekannt ist. Dessen Funktionsweise wurde z. B. in einem Aufsatz von Shack und Platt mit dem Titel „Production and use of a lenticular Hartmann screen” beschrieben, welcher in J. Opt. Soc. Am. 61 (1971) auf den Seiten 656ff veröffentlicht wurde. Eingesetzt werden können aber auch Tscherning-Aberrometer oder Geräte zur Messung der Wellenfront (W) mittels holographischen Methoden. Die optische Modulationstransferfunktion (oMTF) des Auges erhält man aus der Wellenfrontmessung des Auges, indem man z. B. aus der gemessenen Wellenfront zunächst die Pupillenfunktion (P), daraus die Point Spread Function (PSF) und daraus wiederum die optische Modulationsübertragungsfunktion (oMTF) bestimmt. Ein entsprechendes Berechnungsverfahren ist z. B. in einem Aufsatz von Antonio Guirrao et. al mit dem Titel „A Method to Predict Errors form Wave Aberration Data”, erschienen in Optometry and Vision Science, Vol 80, Seiten 36–42 beschrieben.
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Es ist z. B. wie oben bereits angedeutet wurde, auch möglich, die Lage und/oder die Größe und/oder den Grad einer Linsentrübung zu bestimmen und zur Erzeugung des Augenmodells zu verwenden. Die Lage und/oder die Größe und/oder der Grad der Linsentrübung kann beispielsweise aus einer Intensitätsverteilung eines Shack-Hartmann-Bildes ermittelt werden, welches bei der Wellenfrontmessung entsteht. Die erste Bestimmungseinrichtung, z. B. eine Recheneinheit eines herkömmlichen Personal Computers, berechnet hieraus beispielsweise die Intensität der einzelnen Punkte und daraus wiederum die Lage und den Grad der Linsentrübung. Diese Information wird beispielsweise in dem Amplitudenanteil der Pupillenfunktion (P) berücksichtigt, und beeinflusst auf diese Weise den Betrag der optischen Modulationstransferfunktion (oMTF).
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Bei der Bestimmung der optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (oCSF) des Auges und/oder bei der Bestimmung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF) des Auges können die Sehfehler des Auges wenigstens teilweise optisch korrigiert werden. Konkret erfolgt dies dadurch, dass die Sehfehler des Auges mittels Brillenglas, Kontaktlinse, Intraokularlinse bzw. refraktiver Hornhautchirurgie sei es rein sphärisch, sphärozylindrisch oder mit unvollständiger oder vollständiger Kompensation der Sehfehler höherer Ordnung korrigiert werden.
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Die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion (oCSF) des Auges kann (z. B. von der ersten Bestimmungseinrichtung) auch aus einer Mittelung aus mehreren zuvor (z. B. mit unterschiedlichen Methoden oder mehrfach mit derselben Methode) bestimmten optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen berechnet werden. Gleiches gilt für die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF) und/oder die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF) des Auges, welche jeweils aus einer Mittelung aus mehreren zuvor (z. B. mit unterschiedlichen Methoden oder mehrfach mit derselben Methode) bestimmten physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen und/oder aus mehreren zuvor (z. B. mit unterschiedlichen Methoden oder mehrfach mit derselben Methode) berechneten neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des Auges berechnet werden können.
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Jede dieser Messungen kann sowohl monochromatisch als auch polychromatisch erfolgen, und dies monokular wie binokular, sodass jede gewünschte Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF, nCSF, nCSF) durch das oben beschriebenen Verfahren ermittelt werden kann.
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Es ist auch möglich, den zeitlichen Verlauf der neuronalen Adaption durch Anwendung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln. Dabei werden mehrere, verschiedenen Zeiten zuordenbare, physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des Auges aus mehreren in zeitlichen Abständen vorgenommenen Messungen bestimmt. Entsprechende den verschiedenen Zeiten zuordenbare neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des Auges können dann aus den mehreren verschiedenen Zeiten zuordenbaren physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des Auges und der einmalig bestimmten optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion berechnet werden.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1: Ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion aus einer Wellenfrontmessung und einer Refraktion eines Auges.
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2: Ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion aus mehreren Wellenfrontmessungen und mehreren Refraktionen eines Auges.
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3: Ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der neuronalen Adaption durch Anwendung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion aus einer Wellenfrontmessung und einer Refraktion eines Auges.
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4. Eine Vorrichtung zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion (nCSF) eines Auges
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Die 1 zeigt die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Bestimmung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF aus einer Wellenfrontmessung 101 und einer Refraktion eines Auges in Form eines Flussdiagramms 100.
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In einem Schritt
101 wird mit Hilfe der Wellenfront-Messtechnik, wie sie z. B. in der Patentschrift
US 6,382,795 beschrieben ist, die Verteilung der Brechkraft über die ganze Pupille des Auges bestimmt. Konkret werden Irregularitäten in der Brechkraftverteilung objektiv als Wellenfront W gemessen. Diese Wellenfront W kann man mathematisch z. B. mit Hilfe von Zernike-Polynomen Z darstellen:
wobei x, y die Ortskoordination,
c m / n die Zernike Koeffizienten und n, m natürliche Zahlen darstellen. Eine Definition der Zernike-Polynome entnimmt man z. B. der Norm ISO 24157:2008.
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Wurde die Fehlsichtigkeit des Auges während der Ermittlung der CSF z. B. mittels einer Brille optisch korrigiert (Schritt
108), so muss diese Korrektur von der Wellenfront in einem Schritt
102 abgezogen werden. Dies kann erfolgen indem die optische Wirkung der optischen Korrektur in Form von Zernike-Koeffizienten
c m / n,Sehhilfe dargestellt wird (Schritt
120), und diese von den für das Auge gemessenen Zernike-Koeffizienten
c m / n abgezogen werden. Somit entsteht eine residuale Wellenfront W
res, welche der Wellenfront W des Auges beim Blicken durch die optische Korrektur, insbesondere die Sehhilfe (z. B. eine Brille) entspricht:
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Wurde keine optische Korrektur während der Ermittlung der physiologischen Kontrastsensitivitätsfunktion CSF verwendet, so werden die Zernike-Koeffizienten c m / n,Sehhilfe der optischen Korrektur zu Null gesetzt und die residuale Wellenfront Wres ist identisch mit der gemessenen Wellenfront W.
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In einem Schritt
103 wird die Pupillenfunktion P aus der residualen Wellenfront W
res berechnet:
wobei A(x, y) die Amplitude der Wellenfront W in der Pupillenebene des Auges bzw. des Systems Auge plus optische Korrektur repräsentiert.
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In einem Auge ohne Transmissionsverluste ist die Amplitude A(x, y) wie folgt definiert:
wobei r
0 der Radius der Eintrittspupille des Auges bzw. des optischen Systems Auge plus optische Korrektur (z. B. Brille) ist. Für einfache Abschätzungen kann r
0 alternativ auch mit dem während der Wellenfrontmessung gemessenen Radius der Pupille gleichgesetzt werden.
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Um die Direktionalität der Netzhautzellen zu berücksichtigen, kann man die Amplitude A(x, y) anpassen, z. B. entsprechend D. A. Atchison, A. Joblin, and G. Smith, ”Influence of Stiles-Crawford Effect Apodization an Spatial Visual Performance,” J. Opt. Soc. Am. A 15, 2545–2551 (1998), Formel 8 auf Seite 2546.
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Auch Linsentrübungen des Auges kann man durch geeignete Änderungen der Amplituden-Funktion A(x, y) berücksichtigen. An den Orten, an denen Linsentrübungen sind, nimmt die Amplitudefunktion A(x, y) Werte kleiner als eins an. Linsentrübungen und durch die Direktionalität der Netzhautzellen verursachte Effekte können auch gleichzeitig berücksichtigt werden.
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In einem Schritt 104 wird die Point Spread Function PSF aus dem Betragsquadrat der Fouriertransformation der Pupillenfunktion P berechnet: PSF(θx, θy) = ||FT{P(z, y)}||2, (5) wobei FT den Operator der Fouriertransformation und θx, θy die Ortskoordinaten im transformierten Fourierraum sind; θx, θy haben Dimensionen von Winkeln, ausgedrückt z. B. in Radianen. Die PSF stellt die Intensitätsverteilung des Lichtes auf der Netzhaut dar, wenn das Auge eine Punktlichtquelle beobachtet.
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Anschließend wird in einem Schritt
105 die optische Transferfunktion OTF aus der Punktstreufunktion PSF berechnet:
wobei s
x, s
y die den Ortskoordinaten zugeordneten Ortsfrequenzen sind, ausgedrückt z. B. in Zyklen pro Grad bzw. Zyklen pro Radien gemessen.
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In einem Schritt 106 wird die optische Modulationsübertragungsfunktion oMTF berechnet, welche den Modulus der optischen Transferfunktion OTF darstellt: MTF(sx, sy) = ||OTF(sx, sy)|| (7)
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Die so ermittelte optische Modulationsübertragungsfunktion oMTF ist der optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion oCSF gleichzusetzen (Verfahrensschritt 106). Diese Funktion ist dreidimensional und beinhaltet Informationen für alle möglichen Raumfrequenzen, d. h. für Muster in allen Richtungen.
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Durch eine direkte Messung, wie z. B. in
WO 2006056252 A1 beschrieben, erhält man die physiologische Kontrastsensitivitätsfunktion CSF des korrigierten Auges (Verfahrensschritt
108):
CSF(sx, sy) (8)
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Die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF ist also im Allgemeinen eine von den Ortsfrequenzen sx, sy abhängige 3-dimensionale Funktion. Allerdings wird die CSF in der Praxis immer mit einem Muster in einer bestimmten Richtung ermittelt, und somit auch nur für diese eine bestimmte Richtung erfasst.
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Wird die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF z. B. nur mittels vertikaler Muster ermittelt, so wird die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF zu einer eindimensionalen Funktion
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Diese CSF beinhaltet die Beitrage der optischen, retinalen und neuronalen Komponenten:
wobei die Präfixe o, r und n die optischen, retinalen und neuronalen Anteile bezeichnen.
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Die retinale Konstrastempfindlichkeitsfunktion rCSF kann z. B. aus einem Modell ermittelt werden und dann als Bestandteil der neuronalen Kontrastempfindlichkeit nCSF gewertet werden. In einem einfachen Modell betrachtet man z. B. nur die Größe der Zäpfchen im fovealen Bereich, welche ca. 2 μm beträgt, als limitierenden Faktor für die Auflösung, welche die Netzhaut detektieren kann. Für ein Auge mit einer Augenlänge von 25 mm ergibt dies ein Auflösungsvermögen von ca. 110 Zyklen pro Grad. Dementsprechend kann man die retinale Kontrastempfindlichkeitsfunktion rCSF als normierten Tiefpassfilter modellieren, mit einem Wert von „1” im Frequenzbereich zwischen 0 und 110 Zyklen pro Grad, und „0” für Frequenzen über 120 Zyklen pro Grad.
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Für einfache Betrachtungen ist es sogar ausreichend, den Beitrag der retinalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion rCSF zu vernachlässigen, weil das physiologisch gemessene Auflösungsvermögen des Auges nur in sehr seltenen Fälle über Frequenzen von 60 Zyklen pro Grad (Visus 2) hinaus geht. Es gilt
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In der Formel (11) ist zu beachten, dass in Schritt 107 die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion oCSF, die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF und somit auch die physiologische Kontrastsensitivitätsfunktion CSF auf die entsprechende Dimension sx reduziert ist.
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In diesem Fall ergibt sich die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF entsprechend Schritt
109 wie folgt zu:
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Somit entsteht eine eindimensionale Funktion. Diese Funktion beschreibt die relative Gewichtung der unterschiedlichen räumlichen Frequenzen in vertikale Richtung durch die neuronale Verarbeitung.
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Aus den Formeln (10) bis (12) ergibt sich, dass man die neuronale Kontrastsensitivitätsfunktion nCSF für horizontale Muster berechnen kann, indem der Parameter sx gleich Null gesetzt wird und der Parameter sy variiert wird. Für Muster mit 45° Winkel würde man sx = sy setzen. Wenn die physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF für Muster in den unterschiedlichen Richtungen gegeben ist und somit eine dreidimensionale Funktion darstellt (Allgemeinfall), kann man die Formeln (10) bis (12) verallgemeinern, indem man die dreidimensionale neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF analog zu Formel (12) aus der Division der dreidimensionalen Funktionen für die physiologische Konstrastempflichkeitsfunktion CSF entsprechend Formel (8) und der optischen Konstrastempfindlichkeitsfunktion oCSF entsprechend Formel (7) berechnet.
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In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird der Pupillendurchmesser in Betracht gezogen. Die optische Modulationstransferfunktion oMTF des Auges ist stark von der Pupillengröße abhängig und damit auch die optische Kontrastsensivitätsfunktion oCSF und die physikalische Kontrastsensitivitätsfunktion CSF. Das Verfahren zur Ermittlung der neuronalen Kontrastsensitivitätsfunktion nCSF kann optimiert werden, indem die tatsächliche Pupillengröße während der Ermittlung der physiologischen Kontrastsensitivitätsfunktion CSF aufgenommen wird, z. B. mittels einer Pupillometermessung, und dann in Schritt 101 die Wellenfront W entsprechend skaliert wird. Alternativ kann die Pupillengröße mehrmals während der Ermittlung der physiologischen Kontrastsensitivitätsfunktion CSF aufgenommen werden, z. B. durch ein Kamerasystem, und dann z. B. der Mittelwert aller Messungen für die Skalierung der Wellenfront W verwendet werden.
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Die Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF, wie z. B. in
WO 2006056252 A1 beschrieben, ist eine psychophysische Methode, die einer gewissen Kooperation seitens des Patienten bedarf. Diese Art von Methode ist anfällig auf fehlerhafte Angaben des Probanden. Um solche Fehler zu minimieren ist es von Vorteil, wenn die Ermittlung der physiologische Kontrastsensitivitätsfunktion CSF mehrmals durchgeführt wird. Um Lerneffekte zu vermeiden, kann man jedes Mal eine andere optische Korrektur verwenden. Da die physiologischen Kontrastsensitivitätsfunktion CSF entsprechend Formel (10) stark von der optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion oCSF abhängig ist, wird für jede optische Korrektur eine grundsätzlich unterschiedliche physiologische Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF ermittelt.
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Unter der Annahme, dass sich die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF innerhalb der Ermittlungszeit der unterschiedlichen physiologischen Kontrastempfindlichkeiten nicht ändert (kurzzeitige Adaptationseffekte werden vernachlässig), kann die Zuverlässigkeit in der Ermittlung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF erhöht werden Die 2 zeigt dies anhand eines weiteren Flussdiagramms 200. Konkret führt man mindestens eine Wellenfrontmessung 201 am Auge durch. Mit den entsprechenden optischen Korrekturen 220a, 220b ermittelt man jeweils die physiologischen Kontrastempfindlichkeiten 209a und 209b.
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Jede der Korrekturen 220a und 220b wird mit der Wellenfrontmessung 201 analog zum Diagramm 100 zusammen berücksichtigt, sodass entsprechende residuale Wellenfronten 202a und 202b entstehen. Anschließend werden analog zum Diagramm 100 aus den residualen Wellenfronten Wres die zugehörigen optischen Modulationstransfunktionen oMTFs und optischen Kontrastsensitivitätsfunktionen oCSFa, oCSFb (Schritt 206) berechnet.
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Die optische Kontrastsensitivitätsfunktion oCSF ergibt sich dann gemäß Schritt
207 aus dem arithmetischen Mittel der einzelnen optischen Kontrastsensitivitätsfunktionen oCSF
a, oCSF
b zu
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Die physiologische Kontrastsensitivitätsfunktion CSF ergibt sich aus dem arithmetischen Mittel aus den entsprechenden Einzelmessungen
208a und
208b entsprechend dem Verfahren nach der
WO 2006056252 A1 zu
Anschließend kann analog zum Diagramm
100 die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF nach folgender Formel berechnet werden:
wobei CSF und oCSF sind die Funktionen darstellen, die nach den Formeln (13) und (14) berechnet wurden.
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Alternativ kann man natürlich auch aus den einzelnen (über die Refraktion) zusammengehörenden optischen Kontrastsensitivitätsfunktionen 206a und 206b und physiologischen Kontrastsensitivitätsfunktionen 208a und 208b jeweils eine neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion berechnen und diese dann zu einer endgültigen neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF mitteln (nicht explizit dargestellt).
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Anhand des in der 3 dargestellten Flussdiagramms 300 wird nachfolgend gezeigt, dass man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch den zeitlichen Verlauf der neuronalen Adaption ermitteln kann. Die Adaption kann zwischen einigen Minuten bis zu einigen Tagen dauern. Da sich die Adaption nicht auf die Geometrie des Auges und damit auf die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion oCSF auswirkt, reicht es, wenn man die physiologische Kontrastsensitivitätsfunktion (z. B. CSF 1...3) in geeigneten zeitlichen Abständen, z. B. täglich, am korrigierten Auge (Korrektur 303) misst (Verfahrensschritte 308a, 308b, 308c), und daraus jeweils die neuronale Kontrastsensitivitätsfunktion (z. B. nCSF1, nCSF2, nCSF3 als Ergebnisse der Verfahrensschritte 310a, 310b, 310c) durch Division (Verfahrensschritte 309a, 309b, 309c) mit einer z. B. einmalig aus einer Wellenfrontmessung 301 und einer Refraktion 302 ermittelten optischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion 307 ermittelt.
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Es hat sich gezeigt, dass der Seheindruck des Menschen von dessen körperlichen, emotionalen und geistigen Verfassung abhängt. Insbesondere wurde festgestellt, dass auch die optischen Eigenschaften, insbesondere die Fehlsichtigkeit des Auges, von der Verfassung des Menschen abhängt. Es ist daher günstig, die zur Bestimmung der optischen und physiologischen Kontrastsensitivitätsfunktionen oCSF, CSF erforderlichen Messwerte in zeitlicher Nähe, d. h. z. B. innerhalb von 10 min oder noch besser innerhalb von 5 min zu erfassen.
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Die optische Kontrastempfindlichkeitsfunktion oCSF sollte also am Besten für jede Messung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktionen CSF neu ermittelt werden, da die Wellenfront W (x, y) des Auges sich mit dem Biorhythmus ändert.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
400 zur Ermittlung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF. Das Bezugszeichen
401 kennzeichnet eine Vorrichtung zur Ermittlung der Wellenfront des Auges, z. B. nach der
US 6,382,795 . Alternativ könnte eine Vorrichtung zur direkten Vermessung der Punktstreufunktion PSF verwendet werden. Das Bezugszeichen
402 verweist auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF entsprechend der
WO 2006056252 A1 . Diese Vorrichtung
402 kann erfindungsgemäß um eine weitere Vorrichtung ergänzt werden, welche zur Erfassung bzw. Ermittlung des Pupillendurchmessers dient. Die Vorrichtung
400 zur Ermittlung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF umfasst ferner eine Rechnereinheit
403, welche die von der Wellenfrontmusseinrichtung
401 und der Vorrichtung
402 zur Ermittlung des physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF erfassten Messdaten erfindungsgemäß kombiniert, um die neuronale Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF zu berechnen. Die Recheneinheit
403 kann beispielsweise in der Vorrichtung
401 bzw.
402 integriert sein. Es ist auch möglich die Recheneinheit als separates Gerät z. B. in Form eines Personal Computers vorzusehen.
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In einer alternativen Ausführung sind die Vorrichtungen
401,
402 und
403 in einer einzigen Vorrichtung kombiniert. Z. B. wäre denkbar, das Display des Wellenfrontmessgeräts
401 als Anzeige für die Streifenmuster zur Ermittlung der physiologischen Kontrastempfindlichkeitsfunktion CSF gemäß
WO 2006056252 zu verwenden. Die Recheneinheit, die zur Steuerung des Wellenfrontsensors
401 dient, könnte gleichzeitig zur Berechnung der neuronalen Kontrastempfindlichkeitsfunktion nCSF (Ersatz für Recheneinheit
403) verwendet werden.
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Ein Wellenfrontsensor z. B. gemäß
US 6,382,795 beinhaltet immer ein sogenanntes Fixationstarget, d. h. eine Einheit zur Darstellung eines Bildes auf das der Patient während der Messung blicken muss. Diese Einheit könnte mit einer Anzeigeeinrichtung, z. B. mit einem LCD-Bildschirm, einem OLED-Display oder einer durchsichtigen LCD-Maske ausgestattet werden, welche alternativ das Fixationsbild und die zur Bestimmung der physiologischen Kontrastempfindlichkeit CSF erforderlichen unterschiedlichen Muster wie z. B. in der
WO 2006056252 A1 beschrieben ist, darstellen könnte. Dann könnte ein Eingabegerät wie z. B. eine Maus an das Wellenfrontmessgerät angeschlossen werden, sodass der Patient die erforderlichen Angaben z. B. entsprechend der
WO 2006056252 A1 machen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Pupillengröße kontinuierlich während der Messung erfindungsgemäß erfasst werden kann. Dies kann mit Hilfe der Kamera geschehen, welche zur Ausrichtung des Auges in einem Wellenfrontsensor dient, z. B. gemäß
DE 4222395 A1 ,
1, Bezugszeichen
26. Dies kann auch über die Sensorkamera erfolgen, indem das Auge kontinuierlich mit dem Messstrahl beleuchtet wird, sodass Wellenfrontsignale auf die Sensorkamera treffen (beispielsweise wie dies in der
DE 4222395 A1 unter Hinweis auf
1, Bezugszeichen
38 beschrieben ist).