DE102009010628A1

DE102009010628A1 - Patient's visual system i.e. eye, stimulation method, involves detecting, compensating and considering geometrical and spectral false stimulation, fundus information and motion artifacts using correction parameters in iterative process

Info

Publication number: DE102009010628A1
Application number: DE200910010628
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Ing. Link; Sascha Dipl.-Ing. Klee; Patrick Dipl.-Ing. Beßler; Jens Univ.-Prof. Dr.-Ing. Habil. Haueisen
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-21
Also published as: DE102009010628B4

Abstract

The method involves combining stimulation of a visual system (3) i.e. eye, of a patient with a retinal projection process. Geometrical and spectral false stimulation, patient-specific fundus information and motion artifacts are simultaneously detected, compensated and considered using correction parameters in an iterative process. The visual system is electrically, magnetically or electromagnetically stimulated with an ilmenau display and eye adapted silent substitution technique. Different areas of fundus (4) are illuminated with different wavelength spectrums by an illumination system (1). An independent claim is also included for a device for stimulation of a visual system of a patient according to a principle of silent substitution technique.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stimulation des visuellen Systems.The The present invention relates to a method and an apparatus to stimulate the visual system.

In der Diagnostik des visuellen Systems hat die Untersuchung funktioneller Eigenschaften und Zusammenhänge eine große Bedeutung. Dies ist insbesondere bei der Früherkennung von Erkrankungen wie z. B. dem grünen Star (Glaukom), der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) oder des Diabetes mellitus der Fall. Deutliche Krankheitsmerkmale, die sich dem Augenarzt auf einem Bild vom Augenhintergrund bieten, sind oft irreversibel und eine erfolgreiche Intervention kommt in vielen Fällen zu spät. Aus diesem Grund hat die Erforschung multipler Vorgänge krankhafter Veränderungen (Pathogenese) in einem frühen Stadium einen hohen Stellenwert.In Diagnostics of visual system has more functional investigation Properties and relationships a big Importance. This is especially in the early detection of diseases such as B. the green Star (glaucoma), age-related macular degeneration (AMD) or of diabetes mellitus the case. Significant disease features that are to the ophthalmologist on a picture of the fundus are often irreversible and successful intervention comes in many make too late. For this reason, the study of multiple processes has become more pathological changes (Pathogenesis) in an early Stadium a high priority.

Im Bereich der Elektrophysiologie haben sich diesbezüglich vielfältige Verfahren und Methoden etabliert. Da sich für diverse Krankheitsbilder (Beispiel Glaukom) spezifische Anfälligkeiten der Sehsinneszellen zeigen, wurden spezielle Stimulationsparadigmen entwickelt. Diese kombinieren verschiedene Stimulationsarten (Blitz, Muster) mit der Farbigkeit (Einfluss der Wellenlänge) der Stimuli. Die Silent Substitution Technique (SST) stellt solch ein spezielles Stimulationsparadigma dar. Durch geeignete Anwendung der SST besteht die Möglichkeit der gezielten Reizung einzelner Farbkanäle des Auges.in the The field of electrophysiology has a variety of procedures in this regard and methods established. As for various diseases (example Glaucoma) specific susceptibilities The vision cells show special stimulation paradigms developed. These combine different types of stimulation (lightning, Pattern) with the color (influence of the wavelength) of the stimuli. The silent Substitution Technique (SST) provides such a special stimulation paradigm By appropriate application of the SST is possible the targeted irritation of individual color channels of the eye.

Der Patient blickt während einer SST-Stimulation gewöhnlich auf einen Schirm (Monitor, Projektionswand, o. ä.). Die dabei hervorgerufenen Antwortsignale werden zeitgleich mittels elektrodiagnostischer Verfahren, wie EEG (Elektroenzephalogramm) oder ERG (Elektroretinogramm) erfasst.Of the Patient looks up while usually SST stimulation on a screen (monitor, projection screen, or similar). The resulting Response signals are sent at the same time by means of electro-diagnostic methods, such as EEG (electroencephalogram) or ERG (electroretinogram).

Bei der funktionellen Untersuchung des visuellen Systems mit der SST werden die Stimuli gemäß definierter Paradigmen appliziert. Während der Stimulationsphase ist es für den Untersucher nicht möglich auf individuelle Merkmale und Strukturen, sowohl gesunder als auch pathologischer Natur, zu reagieren bzw. eine individuelle fundusbezogene SST-Stimulation durchzuführen. Dies gilt umso mehr für den Fall, dass sich während einer Messung klinisch relevante Aspekte ergeben, auf die der Arzt mithilfe einer gezielten Stimulation (örtlich, zeitlich und spektral) reagieren möchte. Nur aufgrund zusätzlich gewonnener Daten, wie z. B. einem Fundusbild, kann der Durchführende relevante Informationen für die Diagnose und Therapie gewinnen und diese in den Ablauf einfließen lassen. Als Resultat ergibt sich eine hohe Patientenbelastung durch den Einsatz diverser weiterer Diagnosegeräte und -verfahren bei gleichzeitig eingeschränkter frühdiagnostischer Aussagekraft. Verstärkt wird dies dadurch, dass bei Patienten die Veränderungen oft schnell (Tage, Wochen) ablaufen und damit sehr viele parallele Untersuchungen notwendig werden.at Functional examination of visual system with SST the stimuli are defined according to Applied paradigms. While the stimulation phase is for the examiner not possible on individual characteristics and structures, both healthier as well pathological nature, to respond or an individual fundus-related SST stimulation perform. This is even more true for the case that is during a measurement results clinically relevant aspects to which the doctor react with targeted stimulation (local, temporal and spectral) would like to. Only in addition obtained data, such. B. a fundus image, the performer relevant information for gain the diagnosis and therapy and let it flow into the process. The result is a high patient burden by the Use of various other diagnostic devices and procedures with simultaneously limited early diagnostic Expressiveness. reinforced this is due to the fact that in patients the changes are often fast (days, Weeks) and therefore many parallel investigations are necessary become.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten farbkanalselektiven, funduskontrollierten Stimulation des menschlichen Auges zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe die diagnostische Aussagekraft der Untersuchung verbessert und gleichzeitig eine Reduzierung der Patientenbelastung und der damit anfallenden Untersuchungs- und Folgekosten erreicht werden kann.task The present invention is therefore a method and a Device for targeted color channel-selective, fundus-controlled To provide stimulation of the human eye with which Help improves the diagnostic value of the examination and at the same time a reduction in the patient burden and the resulting incurred investigation and follow-up costs can be achieved.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und des elften Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention succeeds the solution This object with the features of the first and eleventh claim. Advantageous embodiments of the solution according to the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert:The The invention is explained in more detail below with reference to a drawing:

1 – Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung 1 - Schematic representation of the solution according to the invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem beliebige SST-basierte Stimulationsprinzipien bzw. -verfahren mit einer retinalen Projektionstechnik kombiniert werden. Im Ergebnis entsteht ein Verfahren, mit dem man nicht nur Zapfen sondern beliebige Sehsinneszelltypen des menschlichen Auges funduskontrolliert selektiv stimulieren kann. Zur Applikation der Stimuli kommen beispielsweise frei programmierbare räumliche Lichtmodulatoren zum Einsatz. Allerdings sind zur Abbildung auf die Netzhaut auch beliebige andere Projektionstechniken und Licht modulierende Komponenten denkbar. Das Stimulationsmuster zur selektiven Reizung des visuellen Systems kann mit hinreichender örtlicher, zeitlicher und spektraler Genauigkeit unter Kompensation von Bewegungsartefakten (Augenbewegung, Lidschlag, etc.) appliziert werden. Die vorzugsweise genutzten visuell evozierten Reizantworten einer SST-Stimulation werden funduskontrolliert und damit unter Berücksichtigung anatomischer sowie pathologischer Strukturen und Merkmale erfasst und ausgewertet. Sowohl die Stimulation definierter Areale auf der Netzhaut als auch deren selektive Reizung werden durch die vorliegende Erfindung während der gesamten Untersuchungszeit kontrolliert.With the present invention, a method is proposed in the arbitrary SST-based stimulation principles or procedures combined with a retinal projection technique. In the result creates a process that allows you not only cones but any Visual sensory cell types of the human eye fundus-controlled selectively can stimulate. For example, the application of the stimuli freely programmable spatial Light modulators are used. However, for illustration are on the retina also any other projection techniques and light modulating components conceivable. The stimulation pattern for selective irritation of the visual system can be sufficiently local, temporal and spectral Accuracy with compensation of motion artifacts (eye movement, Eyelid impact, etc.) are applied. The preferably used visually evoked responses of an SST stimulation are fundus-controlled and thus taking into account anatomical and pathological structures and features and evaluated. Both the stimulation of defined areas on the Retina as well as their selective irritation are caused by the present Invention during controlled throughout the examination period.

Retinale ProjektionstechnikRetinal projection technology

Der Begriff der retinalen Projektion beschreibt prinzipiell die optische Abbildung beliebiger Bilder und Strukturen auf die Netzhaut. Im Zusammenwirken mit weiteren technischen Hilfsmitteln ist die retinale Projektion in vielen Technik geprägten Bereichen (Militär, Medien, Automobilindustrie, Medizin, etc.) etabliert [1, 2]. Im militärischen Bereich existieren seit den 1940er Jahren Systeme, die die reale Umwelt des Piloten mit eingeblendeten Informationen im Blickfeld überlagern. So genannte Head-Up-Displays (HUD) ermöglichten dem Piloten erstmals von zu beobachtenden Objekten nicht den Blick abwenden zu müssen, wie dies bei Head-Down-Displays (HDD) vorher der Fall war.The concept of retinal projection principally describes the optical imaging of arbitrary images and structures on the retina. In cooperation with other technical aids the retinal projection has been established in many fields of technology (military, media, automotive, medicine, etc.) [1, 2]. Since the 1940s, there have been systems in the military sector that overlay the pilot's real environment with information displayed in the field of vision. So-called head-up displays (HUD) enabled the pilot for the first time not to have to look away from observing objects, as was previously the case with head-down displays (HDD).

Spätere Systeme in den 1960er Jahren konnten direkt am Kopf angesetzt werden. Diese Head-Mounted-Display (HMD) Technologie wurde erstmals von Iwan Sutherland et. al. 1968 in einem Gerät verwirklicht womit eine Verknüpfung von „virtueller Welt” und Displaytechnik erfolgte [3]. In den 1990er Jahren wurden die ersten VRDs (Virtuell Retinal Displays) vorgestellt. Die raschen Entwicklungen retinaler Projektionssysteme aus dem Militärsektor fanden schließlich Einzug in nahezu alle technologisch orientierten Bereiche.Later systems in the 1960s could be set directly on the head. This head-mounted display (HMD) technology was first introduced by Ivan Sutherland et. al. 1968 in a device realizes what a link from "virtual World "and Display technology was done [3]. In the 1990s, the first VRDs (Virtual Retinal Displays) presented. The rapid developments retinal projection systems from the military sector were finally introduced in almost all technologically oriented areas.

Das Fortschreiten von Digitalisierung und Miniaturisierung machte die Displaytechnologie nicht zuletzt sehr interessant für die Medizintechnik. Insbesondere in der Augenheilkunde (Ophthalmologie) besitzt die Projektionstechnik auf Basis oder mithilfe von Mikrodisplays sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie eine große Bedeutung.The Progression of digitization and miniaturization made the Display technology not least very interesting for medical technology. In particular, in ophthalmology possesses the Projection technology based on or using microdisplays both in diagnostics as well as in therapy a great importance.

Bei der retinalen Projektion kann man zwei wesentliche Techniken voneinander unterscheiden: die in einem definierten Areal zeitgleiche (z. B. Fundusbild einer Funduskamera) und die punktweise Beleuchtung der Retina (z. B. Fundusbild eines Scanning Laser Ophthalmoskops).at The retinal projection can take two essential techniques from each other different: those that are simultaneous in a defined area (eg Fundus image of a fundus camera) and the pointwise illumination of the Retina (eg fundus image of a scanning laser ophthalmoscope).

Für die erstgenannte Technik leistete Hermann von Helmholtz Mitte des 19. Jahrhunderts einen äußerst entscheidenden Beitrag. Er stellte 1850 den ersten Augenspiegel vor mit dem es möglich war mittels einer Beleuchtung (Projektion einer Lichtquelle in das Auge) die Netzhaut des menschlichen Auges zu betrachten (Projektion der Netzhaut in eine Bildebene) [4]. Nach dem von Helmholtzschen Prinzip der indirekten Ophthalmoskopie funktionieren nahezu alle heutigen Funduskameras. Verschiedene Netzhautareale (meist kreisförmige Ausschnitte mit 20° bis typischer Weise 60° Blickfeld) können auf diese Weise in aktuellen Standardgeräten zeitgleich betrachtet bzw. aufgezeichnet werden.For the former Technology was provided by Hermann von Helmholtz in the middle of the 19th century a very crucial one Contribution. In 1850, he introduced the first ophthalmoscope with it possible was by means of illumination (projection of a light source in the Eye) to look at the retina of the human eye (projection the retina into an image plane) [4]. After Helmholtz's The principle of indirect ophthalmoscopy works almost all today fundus cameras. Various retinal areas (mostly circular cutouts with 20 ° to typically 60 ° field of view) can considered in this way in current standard devices at the same time or to be recorded.

Bei der zweiten bedeutenden Technik, dem punktuellen Erfassen, wird der Augenhintergrund optisch von einem Laserstrahl abgetastet (gescannt). Zur Darstellung des Fundus stellten Webb et al. 1980 diese neue Methode erstmals als Scanning-Laser-Ophthalmoskopie (SLO) vor [5, 6]. Das reflektierte Licht wird mit einem Fotoempfänger detektiert und digitalisiert. Darin besteht auch der wesentliche Unterschied zur klassischen Darstellung des Augenhintergrunds mit Hilfe eines Augenspiegels oder einer Funduskamera [7]. Mit der Eigenschaft eines SLO oder konfokalen SLO (kSLO) topographische Informationen des Augenhintergrunds zu erhalten [8, 9], findet diese Projektionstechnik vielerlei Anwendungen, so z. B. in der Perimetrie [10, 11], Angiografie bis hin zum Lifetime-Imaging in der Fluoreszenzmikroskopie (FLIM) [12, 13].at the second important technique, the selective grasping becomes the fundus optically scanned by a laser beam (scanned). to Presentation of the fundus Webb et al. 1980 this new method for the first time as scanning laser ophthalmoscopy (SLO) [5, 6]. The reflected light is detected with a photoreceiver and digitized. This is the essential difference to the classical presentation of the fundus with the aid of an ophthalmoscope or a fundus camera [7]. With the property of a SLO or confocal SLO (kSLO) topographic Obtaining information about the fundus [8, 9], this one finds Projection technology many applications, such. In perimetry [10, 11], angiography to lifetime imaging in fluorescence microscopy (FLIM) [12, 13].

Auf dem gleichen optischen Weg ist es möglich, aktiv Reize (Muster) spatio-temporal auf die Netzhaut zu applizieren. Angewendet werden solche Musterreize z. B. im Zusammenhang mit der Glaukomdiagnostik mittels ERG bereits seit Ende der 1980er Jahre [10, 14–16].On the same optical path it is possible to actively stimuli (patterns) Apply spatio-temporal to the retina. Be applied such pattern stimuli z. B. in connection with the diagnosis of glaucoma by ERG since the late 1980s [10, 14-16].

In eigenen Arbeiten wurde ebenfalls eine technologische Gerätebasis entwickelt, mit der es möglich ist, spatio-temporal Muster auf die Netzhaut zu projizieren [17, 18]. Mit Hilfe von Lichtmodulatoren (Spatial Light Modulators = SLM) und geeigneten Lichtquellen sind somit beliebige Farben (Wellenlängen im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums) und damit Aktivierungsreize darstellbar. Angesteuert werden die SLMs über einen Computer mit entsprechender Grafikkarte.In own work became likewise a technological device basis developed, with which it is possible is, spatio-temporal To project patterns on the retina [17, 18]. With the help of light modulators (Spatial Light Modulators = SLM) and suitable light sources are therefore arbitrary Colors (wavelengths in the visible region of the electromagnetic spectrum) and thus Activation stimuli representable. The SLMs are controlled by a Computer with appropriate graphics card.

Silent Substitution Technique (SST)Silent Substitution Technique (SST)

Bereits im 17. Jahrhundert erkannte man den Zusammenhang zwischen Farbsehstörungen und Augenerkrankungen, der erstmals zu Beginn des 20. Jahrhunderts von Köllner generalisiert wurde. Betrachtet man den Ursprung des Farbsehens auf zellulärer Ebene, unterscheiden sich die Sehsinneszelltypen des Auges (L-, M-, S-Cones; dt. -Zapfen) u. a. im Kalziummetabolismus, in der Membranpermiabilität sowie in Anzahl und Verteilung auf der Retina. Darüber hinaus existieren Unterschiede im Ablauf der Phototransduktionskaskade, die die Umwandlung der absorbierten Lichtquanten in bioelektrische Signale steuert [19]. Daraus ergeben sich spezifische Vulnerabilitäten gegenüber verschiedenen Krankheitsbildern, die mittels geeigneter Stimulationstechnik diagnostisch nutzbar gemacht werden können. In den letzten zwei Jahrzehnten lag der Fokus auf dem Einsatz von Farbperimetern zur Detektion von Sehstörungen, die beispielsweise durch das Glaukom oder optische Neuropathien verursacht werden. Eine verbreitete Methode ist hierbei die Verwendung eines farbigen Hintergrundes. Dieser soll die Empfindlichkeit zweier Zapfentypen reduzieren, wobei ein Stimulationsfeld den verbleibenden Typ erregt. Den beschriebenen Mechanismus nutzt die Blau-auf-Gelb-Perimetrie und erreicht so zumindest eine teilweise isolierte S-Zapfen-Reizung [20].Already in the 17th century, the connection between color vision disorders and eye diseases was recognized first generalized by Köllner at the beginning of the 20th century has been. Considering the origin of color vision at the cellular level, the visual sensory cell types of the eye differ (L-, M-, S-Cones; German -Zapfen) u. a. in calcium metabolism, in membrane permeability as well in number and distribution on the retina. In addition, there are differences in the course of the phototransduction cascade, which is the transformation of the absorbed light quantum into bioelectrical signals controls [19]. This results in specific vulnerabilities to various diseases, which can be used diagnostically by means of suitable stimulation technology can be made. Over the past two decades, the focus has been on the use of Color Perimeters for the detection of visual disturbances, for example caused by glaucoma or optical neuropathies. A common method here is the use of a colored Background. This should be the sensitivity of two pin types reduce, with one stimulation field exciting the remaining type. The mechanism described uses the blue-on-yellow perimetry and thus achieves at least partially isolated S-pin irritation [20].

Um jedoch einerseits beliebige Zapfen und diese andererseits vollständig selektiv zu reizen, ist die Verwendung eines methodisch aufwändigeren Stimulationsprinzips nötig. Die so genannte Silent Substitution Technique (SST) stellt ein solches Prinzip dar und erlaubt es je nach Umsetzung, beide genannten Bedingungen zu erfüllen [21]. Verallgemeinernd kann festgestellt werden, dass dies durch eine speziell angepasste Stimulationsfolge realisiert wird, die lediglich den oder die zu reizenden Sinneszelltypen stimuliert. Alle weiteren nicht zu reizenden Zelltypen, die der Stimulus jedoch ebenfalls erreicht, können diesen nicht wahrnehmen. In der Folge liefern sie keinen Beitrag am resultierenden Antwortsignal und werden als ”silent” bezeichnet.However, on the one hand any cones and On the other hand, to stimulate them completely selectively, the use of a methodically more complex stimulation principle is necessary. The so-called Silent Substitution Technique (SST) represents such a principle and, depending on its implementation, allows both conditions to be fulfilled [21]. In general, it can be stated that this is realized by a specially adapted stimulation sequence which stimulates only the sensory cell types that are to be stimulated. Any other non-irritating cell types that the stimulus also reaches can not perceive it. As a result, they do not contribute to the resulting response signal and are referred to as "silent".

Im Wesentlichen sind heute drei verschiedene SST basierte Stimulationsmethoden bekannt. In den Arbeiten von Sawusch, Swanson, Drasdo und Aldebasi wurde wie auch bei Mortlock [22] die individuelle HFP(Heterochromatic Flicker Photometry)-Methode als Basis der SST gewählt. Der Patient muss zunächst einen individuellen sowie subjektiven Farbabgleich zwischen zwei Lichtquellen realisieren. Der Abgleich erfolgt bei Frequenzen oberhalb von 30 Hz, die eigentliche Stimulation anschließend bei Reizfrequenzen unterhalb von 5 Hz. Durch das unterschiedliche zeitliche Auflösungsvermögen der Zapfentypen, in Verbindung mit einem zusätzlichen Adaptationshintergrund, kann eine selektive Farbkanalstimulation erreicht werden. Nachteilig wirkt sich der subjektive Charakter des Farbabgleichs aus, der zu einer unvollständigen Zapfensubstitution führen kann. Hinzu kommen der erhöhte Zeitbedarf für eine Messung und die nötigen Wiederholungen, um einen signifikanten Farbabgleich zu erreichen.in the Essentially, there are three different SST-based stimulation methods today known. In the works of Sawusch, Swanson, Drasdo and Aldebasi As with Mortlock [22], the individual HFP (Heterochromatic Flicker Photometry) method chosen as the basis of the SST. The patient must first an individual and subjective color balance between two Realize light sources. The adjustment takes place at frequencies above of 30 Hz, the actual stimulation subsequently at stimulation frequencies below of 5 Hz. Due to the different temporal resolution of the Pin types, in conjunction with an additional adaptation background, a selective color channel stimulation can be achieved. adversely affects the subjective nature of the color balance, the one to incomplete Pin substitution can lead. There are also the increased Time required for a measurement and the necessary Repetitions to achieve a significant color balance.

Ein beispielhafter Wirkungsmodell basierter Ansatz wird in den Arbeiten von Albrecht, Jaegle und Yu analog zur Methodik bei Hood [23] verwendet. Grundlage für die Umsetzung der SST sind spezielle Zapfenempfindlichkeitskurven (cone fundamentals), die von Stockmann und Sharpe gemessen wurden [24]. Auf Basis des Emissionsspektrums eines Stimulators kann mittels dieser Kurven die absorbierte Quantenanzahl für jeden Zapfentyp berechnet werden. Somit besteht die Möglichkeit, eine Stimulationssequenz zu erstellen, bei der die absorbierte Quantenzahl aller nicht zu reizenden Zapfentypen konstant bleibt. Letztere liefern somit keinen Beitrag am Antwortsignal (”silent”). Der Methodik fehlt jedoch die Umsetzung einer direkten Verknüpfung des Modells mit anderen Farbräumen, in denen beispielsweise der verwendete Stimulator und/oder dessen Stimulus charakterisiert sowie abgeglichen werden kann. Ähnlich ausgeprägt sind die Ansätze von MacLeod, Boynton, Derington, Krauskopf und Lennie [25, 26].One exemplary impact model-based approach is used in the work used by Albrecht, Jaegle and Yu in analogy to the methodology used in Hood [23]. basis for the Implementation of the SST are special cone sensitivity curves (cone fundamentals) measured by Stockmann and Sharpe [24]. Based on the emission spectrum of a stimulator can by means of These curves calculate the absorbed quantum number for each pin type become. Thus, there is the possibility to create a stimulation sequence where the absorbed quantum number all not too irritating pin types remains constant. The latter deliver thus no contribution to the response signal ("silent"). However, the method lacks the Implementation of a direct link the model with other color spaces, in which, for example, the stimulator used and / or its stimulus can be characterized and balanced. Similar are pronounced the approaches by MacLeod, Boynton, Derington, Krauskopf and Lennie [25, 26].

In eigenen Arbeiten wurde ein alternatives Wirkungsmodell zur Anwendung des SST-Prinzips entwickelt. Durch den dabei gewählten Ansatz nach Hunt [27] lässt sich sowohl ein Übergang in die biologische Wirkebene der Zapfen (LMS-Raum), als auch eine Verknüpfung in den standardisierten Normfarbenraum der CIE realisieren (XYZ-Raum). Die hierfür nötigen Schritte sind in [28–30] zu finden. Die von Hunt ermittelten Kurven zur biologischen Wirkung erlauben ebenfalls die exakte Berechnung der Menge an absorbierter Strahlung (Quantenabsorption) pro Flächeneinheit und Zapfentyp der Retina. Diese wird als Aktivierung bezeichnet. Der Zugang zum XYZ-Raum ermöglicht beispielsweise die direkte Bestimmung von Farbart, Farbort und des Weißwertes. Eine Kalibrierung der Stimulatorfarben sowie der Abgleich auf eine Normlichtart sind ebenfalls möglich. Zusätzlich wurde der technische RGB-Raum des Stimulators, der beispielsweise aus der Ansteuerung mittels PC und Grafikkarte resultiert, in das Modell integriert. Das hierbei zu lösende farbmetrische Problem ist in [31] beschrieben. Als Stimulator können nun beliebige Displays oder Projektoren dienen, die über eine Grafikkarte ansteuerbar sind. Weitere Verbindungen von Stimulatoren und Ansteuereinheiten sind prinzipiell möglich. Durch Programmierung der Grafikkarte, was einer Veränderung im RGB-Raum entspricht, können die lichttechnischen Parameter und damit auch der zu applizierende Stimulus beeinflusst werden. Seine Lage im Normfarbenraum und seine Wirkung in der biologischen Ebene ändern sich ebenfalls, wobei beides durch das entwickelte Modell erfasst wird. Im Ergebnis einer beispielhaften Anwendung kann mittels direkter Ansteuerung des Stimulators zu jedem gewählten Stimulus die resultierende Aktivierung der einzelnen Zapfentypen berechnet werden. Es sind sowohl eine exakte Charakterisierung von Stimulator, Stimulus und biologischer Wirkung, als auch die Entwicklung von Stimulationssequenzen, die eine gezielte Farbkanalreizung bewirken, möglich. Aufgrund der beschriebenen Anpassungen des SST-Prinzips in Hinblick auf die Eigenschaften des Stimulators und die biologische Wirkung im Auge, wird das Gesamtkonzept der Stimulation im Folgenden als IDEA-SST (Ilmenau Display and Eye Adapted-Silent Substitution Technique) bezeichnet.In own work was an alternative impact model for the application developed the SST principle. By the chosen approach according to Hunt [27] let yourself both a transition in the biological working plane of the cones (LMS space), as well as a shortcut into the standardized standard color space of the CIE (XYZ room). The necessary steps are in [28-30] to find. Hunt's biological activity curves also allow the exact calculation of the amount of absorbed Radiation (quantum absorption) per unit area and pin type of Retina. This is called activation. Access to the XYZ room allows For example, the direct determination of color, color and the White value. A Calibrate the stimulator colors and adjust to a standard light source are also possible. In addition was the technical RGB space of the stimulator, for example the control by means of PC and graphics card results in the model integrated. The here to be solved colorimetric problem is described in [31]. As a stimulator can now any displays or projectors that can be controlled via a graphics card are. Other connections of stimulators and drivers are in principle possible. By programming the graphics card, what a change in RGB space, can the photometric parameters and thus also the one to be applied Stimulus be influenced. Its location in standard color space and its Effect in the biological level also change, with both are captured by the developed model. As a result of a Exemplary application may be by direct activation of the stimulator to each chosen Stimulus the resulting activation of each cone type be calculated. It is both an exact characterization of Stimulator, stimulus and biological effects, as well as development of stimulation sequences that cause a targeted color channel irritation, possible. Due to the described adaptations of the SST principle with regard to on the properties of the stimulator and the biological effect In the eye, the overall concept of stimulation is referred to below IDEA-SST (Ilmenau Display and Eye Adapted-Silent Substitution Technique) designated.

Durch die Kombination von SST-Stimulation und retinaler Projektion treten jedoch zusätzliche Probleme auf, deren Lösung durch weitere Maßnahmen für eine korrekte Wirkweise zwingend erforderlich und somit Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.By the combination of SST stimulation and retinal projection occur however additional problems on, their solution through further measures for one correct mode of action is absolutely necessary and thus part of the method according to the invention is.

Bei der Stimulation des visuellen Systems mittels Licht/Strahlung und Projektion monochromer und/oder farbiger Strukturen auf den Augenhintergrund tritt immer ein Mangel an Abbildungsqualität auf. Grund dafür sind die optischen Aberrationen, wobei in geometrische und chromatische zu unterscheiden ist. Hinzu kommt der ebenso große Einfluss des Streulichts, das grundsätzlich an jeder Komponente, ob technischer oder biologischer Natur, und deren Grenzschichten und Medien entsteht. Beide – optische Aberration und Streulicht – sind demnach entscheidende Störgrößen, die bei der korrekten Projektion von Objekten/Strukturen auf den Augenhintergrund wirken. Zum einen sind diese Störgrößen in der optischen Übertragungskette aller technischen Teilsysteme wirksam. Zum anderen wird die Qualität am Fundus durch das Patientenauge infolge individueller Abbildungseigenschaften negativ beeinflusst. Folglich werden Stimulationsmuster (Objekte wie z. B. Kreise, Quadrate, Kreisringe) verzerrt auf den Augenhintergrund projiziert, d. h. die Geometrie der Stimulationsmuster wird beeinflusst. Dies gilt auch für die monochrome Projektion. Bei der Farbprojektion spielen zusätzlich noch wellenlängenabhängige Effekte wie die Dispersion und Beugung eine entscheidende Rolle. Hieraus ergibt sich der Einfluss auf die Farbe am Fundus. Im Ergebnis entstehen, unkorrigiert, farbige Ränder (Farbsäume) und somit Areale die unwillkürlich stimuliert werden und folglich nicht beabsichtigte Reize auslösen.When stimulating the visual system by means of light / radiation and projecting monochrome and / or colored structures onto the ocular fundus, there is always a lack of imaging quality. The reason for this are the optical aberrations, where a distinction is made between geometric and chromatic. Add to this the equally great influence of Scattered light, which basically arises on every component, whether technical or biological in nature, and their boundary layers and media. Both - optical aberration and stray light - are therefore decisive disturbances, which act on the ocular fundus in the correct projection of objects / structures. On the one hand, these disturbances are effective in the optical transmission chain of all technical subsystems. On the other hand, the quality of the fundus is adversely affected by the patient's eye due to individual imaging properties. As a result, stimulation patterns (objects such as circles, squares, circles) are projected distorted onto the fundus, affecting the geometry of the stimulation patterns. This also applies to the monochrome projection. In color projection, wavelength-dependent effects such as dispersion and diffraction also play a decisive role. This results in the influence on the color of the fundus. The result is, uncorrected, colored edges (color fringes) and thus areas that are stimulated involuntarily and thus trigger unintended stimuli.

Für eine Farbstimulation wie die SST-Stimulation, insbesondere die IDEA-SST-Stimulation, ist es jedoch von zentraler Bedeutung, aus optischer und colorimetrischer Sicht, die Stimuli örtlich farbtreu zu applizieren. Dieser Sachverhalt verdeutlicht sich, wenn neben der technischen Seite die Aspekte Anatomie und Physiologie betrachtet werden. Die Sehsinnenzellen sind über den Fundus nicht gleichverteilt, wobei dies für Zapfen und Stäbchen in unterschiedlichem Maße gilt. Je nach Exzentrizität der Stimuli, d. h. Entfernung von der Fovea centralis (Stelle des schärfsten Sehens), haben unterschiedlich große sogenannte rezeptive Felder einen Anteil am Sehvorgang bzw. sind als aktive Felder durch Zusammenschaltung von Sehsinnenzellen beteiligt. Soll keine unwillkürliche Reizung erfolgen, so ist der Einfluss einer verzerrten Geometrie und/oder falschfarbigen Stimulation am vorgesehen Stimulationsort demnach unbedingt zu beseitigen oder zu minimieren. Insbesondere hat dieser Sachverhalt einen hohen Stellenwert bei der fehlerminimierten Reizantwort, wenn ortsaufgelöst, d. h. im Bereich von Winkelminuten am Fundus, stimuliert werden soll.For a color simulation like the SST stimulation, especially the IDEA-SST stimulation, However, it is of central importance, from optical and colorimetric Point of view, the stimuli locally color true to apply. This fact becomes clear when In addition to the technical side, the aspects of anatomy and physiology to be viewed as. The visual cells are not uniformly distributed over the fundus, this being for Cones and chopsticks to varying degrees applies. Depending on eccentricity the stimuli, d. H. Distance from the fovea centralis (site of the sharpest Seeing), have different sized so-called receptive fields a portion of the visual process or are as active fields through interconnection involved in optic cells. Should not be involuntary irritation take place, then the influence of a distorted geometry and / or false color stimulation at the intended stimulation place therefore necessarily to eliminate or minimize. In particular, this fact has a high priority in the error-minimized stimulus response when spatially resolved, d. H. in the range of angular minutes at the fundus, should be stimulated.

Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt deshalb ein Verfahren zur Kompensation bzw. Minimierung von Falschstimulationen (Abweichung in Geometrie und Farbe) am Stimulationsort unter Nutzung einer Funduskontrolle. Voraussetzung zur Durchführung der Kompensation ist die Kenntnis über die quantitative Eigenschaft der Abbildung des Fundus, über das optische System Auge und über den gerätetechnischen optischen Strahlengang auf einen Detektor (z. B. CCD- oder CMOS-Sensor). Dieser optische Pfad (Fundus – CCD-Sensor) dient sowohl der permanenten Beobachtung bzw. Kontrolle von Fundusstruktur einschließlich anatomischer und pathologischer Merkmale als auch der Kontrolle von Ort, Geometrie und Farbe der applizierten SST-Stimuli am Fundus. Hierzu wird ermittelt, welche geometrischen und chromatischen Aberrationen in welcher Ausprägung (Quantität) vorliegen. Für die geometrischen Abweichungen werden vorrangig der veränderliche Abbildungsmaßstab entlang des Fundus lateral wie axial sowie die auftretende Verzeichnung jeweils spektral mit definierten Parametern erfasst und in einer Kontrollmatrix gespeichert. Für den beschriebenen Fall ergäben sich für drei (Verzeichnung, axialer und lateraler Abbildungsmaßstab) mal drei (Primärvalenzen z. B. rot, grün, blau) Parameter neun Elemente für die Kontrollmatrix. Zur Ermittlung der Daten werden standardisierte monochrome sowie farbige Muster verwendet, die je nach anschließend einzusetzendem Stimulationssystem auf dessen Primärvalenzen (Grundfarben) abgestimmt werden. Die Erfassung der notwendigen Parameterwerte erfolgt mit einem Analysesystem. Abgelegt wird die Kontrollmatrix im Entscheidungssystem. Mit dieser Vorgehensweise wird sichergestellt, dass anschließend beliebige Projektionen auf den Fundus durch weitere Strahlengänge (z. B. Strahlengang zur Beleuchtung und/oder Stimulation) in Position, Geometrie und Farbe individuell, d. h. patienten- bzw. augenbezogen, richtig bewertet werden können. Entscheidend ist dies für die individuelle Korrektur der zu applizierenden SST-Stimuli. In allen Fällen tritt durch das gerätetechnische Projektionssystem im Zusammenspiel mit dem System Auge eine Verminderung der Abbildungsqualität durch die bereits erwähnten optischen Aberrationen auf. Im folgenden Schritt wird bei gleichzeitiger Beleuchtung/Stimulation und Funduskontrolle die Situation am Fundus als integrale Größe (Summe von Stimulusprojektion auf den Fundus und optischer Abbildung des Stimulus auf einen Detektor) mithilfe des Analysesystems erfasst und ebenfalls dem Entscheidungssystem, diesmal als Systemmatrix, zugeführt. Mithilfe der Kontrollmatrix kann anschließend der gerätetechnische und individuelle (Auge) Einfluss durch die Berechnung einer Fehlermatrix ermittelt werden. Mit den nun bekannten Abweichungen wird schließlich die Projektionsmatrix zur SST-Stimulus-Applikation erstellt. Mit dieser folgt schließlich die Kompensation der Abweichungen durch die gerätetechnische Basis des Stimulators, der zusätzlichen Optiken und technischen Komponenten sowie des Auges. Dabei handelt es sich um einen iterativen Prozess bei dem solange eine Kompensationsschleife durchlaufen wird, bis ein vorher definierter Wert für die Fehlermatrix (Fehlerminimum) im Sinne eines Ist-Soll-Vergleichs erreicht wird. Die Anweisungen pro Optimierungsdurchlauf, die sich durch die Verrechnung der Matrizen ergeben, werden an die entsprechenden programmierbaren optischen wie elektrooptischen Systemkomponenten im Projektionsstrahlengang, wie verformbare Spiegel und Linsen sowie Lichtmodulatoren, für die Beleuchtung und/oder SST-Stimulation geleitet.The method according to the invention therefore describes a method for compensating or minimizing false stimulation (deviation in geometry and color) at the stimulation site using fundus control. Prerequisite for the implementation of the compensation is the knowledge about the quantitative property of the image of the fundus, about the optical system eye and the device-technical optical beam path to a detector (eg CCD or CMOS sensor). This optical path (fundus CCD sensor) is used for permanent observation or control of fundus structure including anatomical and pathological features as well as for the control of location, geometry and color of the applied SST stimuli on the fundus. For this purpose, it is determined which geometric and chromatic aberrations exist in which form (quantity). For the geometric deviations, the variable magnification along the fundus, as well as the axial as well as the occurring distortion, are recorded spectrally with defined parameters and stored in a control matrix. For the case described, for three (distortion, axial and lateral magnification) times three (primary valences eg red, green, blue) parameters would result in nine elements for the control matrix. To determine the data, standardized monochrome and colored patterns are used, which are matched to the primary valences (basic colors), depending on the stimulation system to be subsequently used. The acquisition of the necessary parameter values takes place with an analysis system. The control matrix is stored in the decision-making system. This procedure ensures that any projections on the fundus can then be evaluated individually by means of further beam paths (eg beam path for illumination and / or stimulation) in position, geometry and color, ie on the patient or eye. This is crucial for the individual correction of the SST stimuli to be applied. In all cases, the equipment projection system, in conjunction with the eye system, reduces the imaging quality due to the aforementioned optical aberrations. In the following step, with simultaneous illumination / stimulation and fundus control, the situation at the fundus is recorded as an integral variable (sum of stimulus projection on the fundus and optical imaging of the stimulus on a detector) with the aid of the analysis system and also fed to the decision system, this time as a system matrix. The control matrix can then be used to determine the device-specific and individual (eye) influence by calculating an error matrix. With the now known deviations, the projection matrix for the SST stimulus application is finally created. This is followed by the compensation of the deviations by the device-technical basis of the stimulator, the additional optics and technical components as well as the eye. This is an iterative process in which a compensation loop is run through until a previously defined value for the error matrix (error minimum) is reached in the sense of an actual-target comparison. The instructions for each optimization pass resulting from the miscalculation of the matrices are applied to the corresponding programmable optical and electro-optical system components in the projection beam path, such as deformable mirrors and lenses and light modulators, for the Led lighting and / or SST stimulation.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet das Prinzip der gezielten selektiven Zapfenstimulation mit einer direkten Projektion auf die Retina bei gleichzeitiger Kontrolle bzw. Wählbarkeit des Ortes der applizierten Stimuli unter Berücksichtigung und Kompensation von Störgrößen, die vorrangig die Position und die Farbtreue negativ beeinflussen. Es bietet eine qualitativ und quantitativ bessere Diagnostik des visuellen Systems und insbesondere einzelner Farbkanäle zur frühzeitigen und schnellen Bestimmung von Fehlfunktionen des Auges. Dies geschieht, indem individuelle anatomische Strukturen und Pathologiezeichen aber auch individuelle optisch und strahlungsphysikalisch wirksame Einflussgrößen während der Untersuchung (Störgrößen) wie z. B. Geometrie-, Dispersions-, und Streueigenschaften in den Augenmedien, an den Grenzflächen und in den jeweiligen Schichten berücksichtigt werden. Somit ist eine bessere Differenzierung bei der Diagnose möglich, die primär darauf beruht, dass es zu einer Eliminierung fehlerbehafteter Reizantworten (z. B. im EEG) aufgrund unwillkürlicher Reize kommt.The inventive method combines the principle of selective selective peg stimulation with a direct projection on the retina at the same time Control or eligibility the location of the applied stimuli under consideration and compensation of disturbances that primarily negatively affect the position and the color fidelity. It provides a qualitatively and quantitatively better diagnostic of the visual Systems and in particular individual color channels for early and rapid determination from malfunctioning of the eye. This is done by individual anatomical structures and pathology signs but also individual optically and radiation-physically effective factors during the Investigation (disturbances) like z. B. geometry, dispersion, and scattering properties in the eye media, at the interfaces and in the respective layers. Thus, one is better differentiation in the diagnosis possible, the primary to it It is based on the elimination of erroneous stimulus responses (eg in the EEG) due to involuntary Stimuli is coming.

Die dazugehörige erfindungsgemäße Vorrichtung ist schematisch in 1 dargestellt. Die retinale IDEA-SST-Stimulation beginnt mit der Analyse des Fundus (4). Es werden hierbei die charakteristischen Strukturen (z. B. Blutgefäße, Makula, Papille), eventuelle Pathologiezeichen und/oder weitere beliebige Merkmale mittels optischem Bilderfassungssystems, das Teil des allgemeinen Funduserfassungssystems (6) ist, detektiert. Hierzu wird der Fundus mithilfe eines Beleuchtungssystems (1) und eines ersten optischen Übertragungssystems (2) durch das visuelle System (Auge) (3) beleuchtet. Anschließend wird durch das Auge und ein zweites optisches Übertragungssystem (5), das vollständig oder teilweise dem ersten optischen Übertragungssystem (2) entsprechen kann, die Fundusinformation in Form eines Fundusbilds mit dem Funduserfassungssystem (6) aufgezeichnet. Die gewonnenen Fundusbilddaten werden im Anschluss einem Entscheidungssystem (7) zugeführt. Mit den vorhandenen Daten kann jetzt eine gezielte, funduskontrollierte IDEA-SST-Stimulation durchgeführt werden. Der durchführende Bediener entscheidet über die Ausführungsform der Stimulation und steht dabei in direkter Verbindung mit dem Entscheidungssystem. In der Regel wählt der Durchführende eine im Entscheidungssystem hinterlegte Variante der IDEA-SST-Stimulation aus. Das Kontrollsystem (10) hat nun die Aufgabe die gewählte IDEA-SST-Stimulation derart zu überwachen, dass diese, wie vorgesehen, fehlerfrei appliziert wird. Dabei kommen die beschriebenen Matrizen (Kontroll- und Systemmatrix) zum Einsatz. Hierzu vergleicht das Kontrollsystem (10) die Soll-Daten des Entscheidungssystems mit den Ist-Daten, die über das Analysesystem (9) einlaufen. Das Analysesystem (9) erfasst fortlaufend alle relevanten Parameterzustände der Komponenten (abgelegt in Matrizen). Nach dem Soll-Ist-Vergleich werden über das Entscheidungssystem (7) die notwendigen Korrekturen, die für eine fehlerfreie Stimulation notwendig sind, veranlasst. Dies geschieht dadurch, dass das Entscheidungssystem (7) die Korrekturwerte, die in der Projektionsmatrix enthalten sind, an den Stimulator (8) und/oder das Beleuchtungssystem (1) und/oder das Übertragungssystem (2) ausgibt.The associated device according to the invention is shown schematically in FIG 1 shown. Retinal IDEA-SST stimulation begins with the analysis of the fundus ( 4 ). In this case, the characteristic structures (eg blood vessels, macula, papilla), possible pathology signs and / or other arbitrary features by means of an optical image acquisition system, the part of the general fundus acquisition system ( 6 ) is detected. For this purpose, the fundus is used by means of a lighting system ( 1 ) and a first optical transmission system ( 2 ) through the visual system (eye) ( 3 ) illuminated. Subsequently, through the eye and a second optical transmission system ( 5 ), which is completely or partially the first optical transmission system ( 2 ), the fundus information in the form of a fundus image with the fund-using system ( 6 ) recorded. The collected fundus image data are then used in a decision-making system ( 7 ). With the available data, a targeted, fundus-controlled IDEA-SST stimulation can now be performed. The operator performing decides on the embodiment of the stimulation and is in direct connection with the decision system. As a rule, the executor selects a variant of IDEA-SST stimulation deposited in the decision-making system. The control system ( 10 ) now has the task of monitoring the selected IDEA-SST stimulation in such a way that it is applied without errors, as intended. The described matrices (control and system matrix) are used. The control system compares ( 10 ) the target data of the decision-making system with the actual data, which via the analysis system ( 9 ). The analysis system ( 9 ) continuously records all relevant parameter states of the components (stored in matrices). After the target / actual comparison, the decision system ( 7 ) causes the necessary corrections that are necessary for an error-free stimulation. This happens because the decision-making system ( 7 ) the correction values contained in the projection matrix to the stimulator ( 8th ) and / or the lighting system ( 1 ) and / or the transmission system ( 2 ).

Durch die technischen Komponenten (1), (2), (5), (6) und (8) sowie durch die biologischen Komponenten (3) (brechende Flächen und Augenmedien wie z. B. Hornhaut, Vorderkammer, Hinterkammer) und (4) (sphärische/asphärische Form und spektral ortsabhängig sehr unterschiedlichen Transmissions-, Reflexions-, Absorptions- und Streueigenschaften) kommt es bei der Projektion der IDEA-SST-Stimuli z. T. zu erheblichen geometrischen und/oder spektralen Abweichungen. Diese Abweichungen gilt es individuell, jedem untersuchten Auge entsprechend, zu ermitteln und auszugleichen. Dafür wird die Stimulationsstrecke derart charakterisiert und analysiert, dass im Ergebnis eine fehlerfreie Projektion (ortstreu und farbtreu über dem Ort) stattfindet. Die Analyse und die anschließenden Korrekturmaßnahmen laufen vorzugsweise in Echtzeit ab, wobei es beliebige Durchgänge im Anpassungsablauf geben kann.Due to the technical components ( 1 ) 2 ) 5 ) 6 ) and ( 8th ) as well as by the biological components ( 3 ) (refractive surfaces and ocular media such as cornea, anterior chamber, posterior chamber) and ( 4 ) (spherical / aspherical shape and spectrally location-dependent very different transmission, reflection, absorption and scattering properties) occurs in the projection of the IDEA-SST stimuli z. T. to significant geometric and / or spectral aberrations. These deviations have to be determined individually, according to each examined eye, and compensated. For this purpose, the stimulation path is characterized and analyzed in such a way that, as a result, an error-free projection (place-true and color-true above the location) takes place. The analysis and the subsequent corrective actions are preferably performed in real time, and there may be arbitrary passes in the adaptation procedure.

Für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nach dem Stand der Technik ophthalmologische Systeme/Geräte wie Funduskameras, Scanning Laser Ophthalmoskope, aber auch Geräte aus dem Multimediabereich als gerätetechnische Basis in beliebiger Ausführung und Kombination denkbar. Dabei können die Komponenten 1, 2, 5, 6 und 8 in 1 sowohl aus einem einzigen System bestehen als auch aus beliebig vielen Teilkomponenten oder Untersystemen zusammengesetzt sein. Für die Applikation der IDEA-SST-Stimuli auf den Augenhintergrund sind grundsätzlich alle Projektionsarten und -verfahren denkbar, die z. B. scannend, zeitgleich, in Durchlicht oder in Auflicht arbeiten, wobei auch hier Kombinationen untereinander existieren können. Insbesondere gilt dies für das Beleuchtungssystem (1) und den Stimulator (8). Dabei kann es sich um ein und dasselbe Gerät oder eine parallele Anordnung zweier oder mehrerer Systeme/Geräte handeln. Zur Generierung der Stimuli können beliebige Licht- und Strahlungsquellen, so z. B. Laser, Laserdioden, Glühlampen, Xenonlampen, LEDs, OLEDs, CRTs, Plasma oder Lumineszenzstrahler eingesetzt werden, die in beliebiger Kombination mit Licht- und Strahlungsmodulatoren (z. B. LCDs, LCoSs, F-LCoSs, DMDs, optische Chopper, akusto-optische Modulatoren, Blenden, Linsen (sphärisch, asphärisch, Flüssigkeitslinsen) und Linsenarrays zusammen wirken. Bezüglich der hohen Anforderungen an die „Reinheit” der Farbprojektion sind zusätzliche optisch, lichttechnisch und colorimetrisch wirksame Elemente in beliebiger Anzahl, Lage und Position in den Strahlengängen einsetzbar, wie z. B. Cut-on-, Cut-off-, Bandsperr-, Banddurchlass-, dichroitische und trichroitische Filter, die sowohl in Transmission und/oder Reflexion und/oder bei Einflüssen durch Absorption und/oder Emission wirken. Das Gesamtsystem aus Stimulator einschließlich seiner Ansteuerung und dem/den Übertragungssystem/en ermöglicht es schließlich, dass eine Projektion beliebiger IDEA-SST-Stimuli, auch beliebig konstruierte mono- oder multifokale Folgen (z. B. m-Folgen, Kasami-Folgen, Gold-Folgen, Platin-Folgen) auf die Retina erfolgt, wobei beliebige SST-Ansätze verwendet werden können (z. B. HFP- oder wirkungsmodellbasiert).For the realization of the method according to the invention are in the prior art ophthalmic systems / devices such as fundus cameras, scanning laser ophthalmoscopes, but also devices from the multimedia sector as a device-technical basis in any design and combination conceivable. The components can 1 . 2 . 5 . 6 and 8th in 1 consist of a single system as well as composed of any number of subcomponents or subsystems. For the application of the IDEA-SST stimuli on the ocular fundus, basically all types and methods of projection are conceivable. B. scanning, at the same time, in transmitted light or in incident light, where combinations can exist with each other here. In particular, this applies to the lighting system ( 1 ) and the stimulator ( 8th ). This can be one and the same device or a parallel arrangement of two or more systems / devices. To generate the stimuli any light and radiation sources, such. As lasers, laser diodes, incandescent lamps, xenon lamps, LEDs, OLEDs, CRTs, plasma or luminescent are used in any combination with light and radiation modulators (eg LCDs, LCoSs, F-LCoSs, DMDs, optical choppers, acousto optical modulators, diaphragms, lenses (spherical, aspherical, liquid lenses) and lens arrays work together.With regard to the high demands on the "purity" of the color projection, additional op table, photometrically and colorimetrically effective elements in any number, location and position in the beam paths used, such. Cut-on, cut-off, band-stop, band-pass, dichroic and trichroic filters, which act both in transmission and / or reflection and / or in the effects of absorption and / or emission. Finally, the overall system of stimulator, including its drive and the transmission system (s), enables a projection of any IDEA-SST stimuli, including arbitrarily constructed mono- or multifocal sequences (eg m-sequences, Kasami sequences, gold Sequences, platinum sequences) on the retina, using any SST approaches (eg, HFP or effect model based).

Die Fundusdatenerfassung hat zunächst, wie bereits beschrieben, zur Aufgabe einen Startstatus im Sinne einer strukturellen Information am Augenhintergrund anhand eines Fundusbilds zu ermitteln. Dabei können unterschiedliche Empfänger/Detektoren beliebiger technologischer Ausführung, wie z. B. CCD, CMOS, EMCCD, ICCD, Photomultiplier, einzeln oder parallel arbeitend, in beliebiger Anzahl zum Einsatz kommen. Im Untersuchungsablauf bei der Applikation der SST-Stimuli werden die genannten Empfänger zur stetigen Kontrolle sowohl der Fundusstruktur als auch der Stimuli, vorzugsweise der IDEA-SST-Stimuli, genutzt. Des Weiteren gehen in die Datenerfassung Artefakte, wie z. B. Kopfbewegungen, Augenbewegungen, Lidschlag, ein, die mit beliebigen Verfahren (z. B. optische, elektrische, mechanische, magnetische, elektromagnetische, akustische, bioelektrische oder biomagnetische) erfasst werden können. Alle notwendigen Systemkomponenten sind mit dem Analysesystem verbunden, wobei dieses aus individuell angepassten beliebig vielen Untersystemen besteht um die jeweiligen z. B. geometrischen, densitometrischen, spektralen, thermischen, elektrischen, energetischen, mechanischen, elektro-optischen und biologischen Eigenschaften zu ermitteln. Über das Korrektursystem werden die Analysedaten gesammelt und mit den Ist-Werten des Entscheidungssystems abgeglichen. Das Entscheidungssystem wiederum leitet anschließend die notwendigen Korrekturen an die Teilsysteme weiter. Dabei laufen die Korrekturmaßnahmen vorzugsweise in Echtzeit ab, wobei es beliebige Durchgänge im Anpassungsablauf geben kann. Betroffen sind hiervon vor allem die Teilsysteme Stimulator und das entsprechende Übertragungssystem, die wesentlich die geometrischen, spektralen, energetischen und colorimetrischen Anpassungen vornehmen um eine fehlerfreie Stimulation zu ermöglichen.The Fundus data collection has at first, how already described, the task a starting status in the sense of structural information on the fundus on the basis of a fundus image to investigate. It can different receivers / detectors any technological design, such as B. CCD, CMOS, EMCCD, ICCD, photomultiplier, singly or Working in parallel, can be used in any number. in the Examination procedure in the application of the SST stimuli, the aforementioned recipients to continuous control of both the fund structure and the stimuli, preferably the IDEA-SST stimuli used. Furthermore, go to the Data collection artifacts, such. B. head movements, eye movements, Lidschlag, a, which by any method (eg optical, electrical, mechanical, magnetic, electromagnetic, acoustic, bioelectric or biomagnetic) can be detected. All necessary system components are connected to the analysis system, this one being individual adapted as many subsystems exist around the respective z. As geometric, densitometric, spectral, thermal, electrical, energetic, mechanical, electro-optical and to determine biological properties. Be about the correction system the analysis data is collected and using the actual values of the decision-making system adjusted. The decision-making system then forwards the necessary corrections to the subsystems. Running the corrective measures preferably in real time, with there being arbitrary passes in the adaptation process can. This affects above all the subsystems stimulator and the corresponding transmission system, the essentially the geometric, spectral, energetic and colorimetric Make adjustments to allow for error-free stimulation.

Optional ist ein zusätzliches Modul einsetzbar, das die Stimulation auch nicht-optisch überwacht bzw. parallel zur Funduserfassung gewonnene Daten (z. B. durch ERG, EOG, EEG, MEG, MRI, fMRI, PET) über das Analysesystem oder ein externes System aufzeichnet und ggf. dem Korrektursystem und somit auch dem Entscheidungssystem zur Verfügung stellt. Zur Generierung der Stimulationsfolgen, bei der Stimulationsdurchführung und dessen Steuerung als auch bei der On- oder Offline-Auswertung der gemessenen Daten sind alle mathematischen Transformationsverfahren (z. B. FFT, Laplace, usw.) bzw. Kombinationen daraus einsetzbar. Bei der Auswertung können beliebige Auswertungsalgorithmen beispielsweise im Zeit-, Frequenz- bzw. Zeitfrequenzraum bzw. Analyseverfahren wie Komponentenzerlegung, Mittelung, ICA, PCA, PARAFAC, Matching Pursuit bzw. Quellenrekonstruktionsalgorithmen verwendet werden.optional is an additional one Module can be used, the non-optical monitoring of the stimulation or data collected in parallel with the fundraising (eg by ERG, EOG, EEG, MEG, MRI, fMRI, PET) records the analysis system or an external system and, if necessary, the correction system and thus also the decision-making system. to Generation of stimulation sequences, in stimulation performance and its control as well as in the on- or offline evaluation of measured data are all mathematical transformation methods (eg FFT, Laplace, etc.) or combinations thereof. In the evaluation can arbitrary evaluation algorithms, for example in the time, frequency or time-frequency space or analysis methods such as component decomposition, Averaging, ICA, PCA, PARAFAC, matching pursuit and source reconstruction algorithms be used.

Mit der offenbarten Erfindung ist eine geometrisch und colorimetrisch korrekte individuelle Stimulation und Untersuchung der Sehsinneszellen des Auges möglich. Eine Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bestehende Diagnosetechnik (z. B. Funduskameras, Scanning Laser Ophthalmoskope) oder in beliebige Therapiegeräte ist hierbei ebenfalls möglich.With The disclosed invention is a geometric and colorimetric correct individual stimulation and examination of the visual sense cells of the eye possible. An implementation of the method according to the invention into existing ones Diagnosis technique (eg fundus cameras, scanning laser ophthalmoscopes) or in any therapy devices is also possible here.

11: Beleuchtungssystemlighting system
22: erstes optisches Übertragungssystemfirst optical transmission system
33: visuelles System (Auge)visual System (eye)
44: Fundusfundus
55: zweites optisches Übertragungssystemsecond optical transmission system
66: FunduserfassungssystemFund User acquisition system
77: Entscheidungssystemdecision system
88th: Stimulatorstimulator
99: Analysesystemanalysis system
1010: Korrektursystemcorrection system

LiteraturlisteBibliography

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Claims

Method for stimulating the visual system of a patient according to the principle of silent substitution technique, characterized in that the stimulation of the visual system is combined with a retinal projection method, wherein geometrically and spectrally related false stimulation, patient specific fundus information and motion artifacts recorded simultaneously and in an iterative method Help of correction parameters can be compensated or taken into account.

A method according to claim 1, characterized in that the visual system magnetic, electrical or electromagnetic with a Silent Substi tution Technique, preferably with the Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technique, is spatially and color-true stimulated.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that different areas of the fundus with different wavelength spectra be illuminated / irradiated.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that takes into account existing structural fund information become.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized that the motion artifacts of the visual system with the help of optical, electrical, mechanical, magnetic, electromagnetic, acoustic, bioelectric or biomagnetic method, preferably with optical or electro-optical methods.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized that the false stimulations, the fundus information and the motion artifacts recorded sufficiently quickly and evaluated online or offline become.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized that simultaneously with the stimuli further projections, preferably Fixation and optic marks, to be mapped to the fundus.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized that method for improving the signal-to-noise ratio be used.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized that a combination with mathematical transformation methods both in the creation of the stimulation sequences, the stimulation procedure or Control as well as in the evaluation of the measured data takes place.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized that any evaluation algorithms in the time, frequency or time frequency space and analysis methods and source reconstruction algorithms become.

Device for stimulating the visual system with a method according to one of claims 1 to 10, comprising: - a stimulator ( 8th ) for reproducing the generated stimuli - a lighting system ( 1 ) for the visual system ( 3 ) - a first and second optical transmission system ( 2 ) and ( 5 ) - a fundraising system ( 6 ) for the determination of false stimulation, fundus information and movement artefacts - an analysis system ( 9 ) for the collection and transmission of the parameter values and - a decision ( 7 ) and correction system ( 10 ) to control and monitor the stimulation.

Apparatus according to claim 11, characterized in that in the lighting system ( 1 ) several illumination or irradiation devices with coherent or incoherent light or radiation sources are used, which are temporally, colorimetrically and in terms of their illumination or irradiation area spatially matched to each other.

Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that in the Fundus acquisition system ( 6 ) ophthalmic devices, preferably fundus cameras or scanning laser ophthalmoscopes.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized that for generation and transmission the stimuli different light and radiation modulators, preferably electro-optical and electro-mechanical, are used.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized that extra optical, energetic and colorimetrically effective components both in transmission and / or reflection and / or the influence of Absorption and / or emission are introduced into the beam path.

Device according to one of claims 11 to 15, characterized that they are in any diagnostic equipment, especially multimodal Diagnostic equipment, is integrable.

Device according to one of claims 11 to 16, characterized that they are used in combination with any therapy devices becomes.