DE102021105586B3

DE102021105586B3 - Method and device for the objective electrophysiological determination of the scattered light perceived by the human eye

Info

Publication number: DE102021105586B3
Application number: DE102021105586.5A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Solf; Stefan Schramm; Dietmar LINK; Sascha KLEE
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2041-03-10

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zur objektiven Bestimmung des wahrgenommenen Streulichts des menschlichen Auges anhand von elektrophysiologisch erfassten Ausgleichsvorgängen der Stimulationsleuchtdichte vorgeschlagen. Dabei werden der zu untersuchenden Person Streulicht, das von einer Streulichtquelle hervorgerufen wird, und ein dem Testfeld zuschaltbares Kompensationslicht gegenphasig präsentiert.Zur Bestimmung des wahrgenommenen Streulichts des menschlichen Auges wird der Punkt genutzt, an dem sich Streulicht und Kompensationslicht vollständig ausgleichen. Die Herausforderung bei diesem neuartigen Verfahren besteht in einer geeigneten Trennung der evozierten Potentiale für die Streulichtquelle und das Testfeld.Da zur Beurteilung der Streulichtwahrnehmung ausschließlich die evozierten Potentiale des Testfelds von Interesse sind, ergibt sich zur korrekten Analyse und Interpretation der Daten die Notwendigkeit, einen Kalibrationszyklus zu durchlaufen, der eine Berücksichtigung der durch die Nichtlinearität des visuellen Systems hervorgerufene Aktivität ermöglicht.The present invention proposes a method and an associated device for objectively determining the perceived scattered light of the human eye using electrophysiologically recorded compensation processes of the stimulation luminance. The person to be examined is presented with scattered light, which is caused by a scattered light source, and a compensation light that can be switched on in the test field in antiphase. To determine the perceived scattered light of the human eye, the point at which the scattered light and compensation light completely balance each other out is used. The challenge with this new method is a suitable separation of the evoked potentials for the scattered light source and the test field. Since only the evoked potentials of the test field are of interest for assessing the perception of scattered light, a calibration cycle is necessary for the correct analysis and interpretation of the data to go through, which allows taking into account the activity caused by the non-linearity of the visual system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur objektiven elektrophysiologischen Bestimmung des wahrgenommenen Streulichts des menschlichen Auges, wobei der Augenhintergrund mittels einer Streulichtquelle und einem Testfeld stimuliert wird und das Signal der abgeleiteten Netzhautpotentiale und / oder kortikalen Potentiale simultan erfasst wird.The present invention relates to a method and a device for the objective electrophysiological determination of the perceived scattered light of the human eye, the fundus being stimulated by means of a scattered light source and a test field and the signal of the derived retinal potentials and/or cortical potentials being recorded simultaneously.

Eine Erhöhung der natürlichen Streuung des vorwärts gerichteten, in das menschliche Auge einfallenden Lichts, tritt im Zuge der altersbedingten Trübung der Augenlinse (Katarakt) auf. Die Folge der Trübung ist eine Überlagerung der abzubildenden Bildstruktur auf der Netzhaut mit Streulicht. Dies führt zu einer Abnahme des Bildkontrasts und damit, je nach Schweregrad, zu einer erheblichen Sehbeeinträchtigung. Aufgrund der Abhängigkeit der Streulichtwahrnehmung vom Pupillendurchmesser, kann bei nächtlichen Sehbedingungen, z.B. bei Nachtfahrten mit dem Auto, bedingt durch die erhöhte Streulichtwahrnehmung, eine verstärkte Beeinträchtigung des Sehens, wie in diesem Beispiel durch entgegenkommende Fahrzeuge, auftreten. Einsatzgebiete der vorliegenden Erfindung stellen die Kataraktdiagnostik (zur Beurteilung der durch die Katarakt hervorgerufenen erhöhten natürlichen Streuung) und die augenärztlich durchgeführte Bestimmung der Streulichtwahrnehmung im Rahmen der Fahrtauglichkeitsprüfung für Berufskraftfahrer dar.An increase in the natural scattering of forward light entering the human eye occurs with age-related clouding of the lens of the eye (cataract). The consequence of the turbidity is that scattered light is superimposed on the image structure to be imaged on the retina. This leads to a decrease in image contrast and, depending on the severity, to a significant visual impairment. Due to the dependence of the perception of scattered light on the diameter of the pupil, night-time visual conditions, e.g. when driving a car at night, can lead to an increased impairment of vision, as in this example caused by oncoming vehicles, due to the increased perception of scattered light. Areas of application of the present invention are cataract diagnostics (to assess the increased natural scattering caused by the cataract) and the determination of scattered light perception carried out by an ophthalmologist as part of the fitness to drive test for professional drivers.

Der Schweregrad und damit die Ausprägung der Streulichtwahrnehmung wird bisher aufgrund der Abhängigkeit der Kontrastsensitivität von der Streulichtwahrnehmung mittels Kontrast-Testtafeln beurteilt. Bei diesen werden Sinusgitter oder auch Optotypen in räumlicher Auflösung und Kontrast variiert und anhand der Wahrnehmungsschwelle des zu Untersuchenden wird auf die Streulichtwahrnehmung geschlossen. Bei mesopischen Kontrast-Sensitivitätstests (Tests bei Dämmerungsbedingungen) werden dem zu Untersuchenden Sinusgitter oder auch Optotypen in abnehmenden Kontraststufen sowohl ohne als auch mit Einfluss einer Streulichtquelle präsentiert. Die Abnahme der Kontrastsensitivität unter Streulichteinfluss dient der Beschreibung der Streulichtwahrnehmung.The degree of severity and thus the extent of the perception of scattered light has so far been assessed using contrast test charts on the basis of the dependence of the contrast sensitivity on the perception of scattered light. With these, sinusoidal gratings or optotypes are varied in terms of spatial resolution and contrast, and based on the perception threshold of the person being examined, the perception of scattered light is inferred. In mesopic contrast sensitivity tests (tests under twilight conditions), the examinee is presented with sinusoidal gratings or optotypes in decreasing contrast levels both with and without the influence of a scattered light source. The decrease in contrast sensitivity under the influence of scattered light serves to describe the perception of scattered light.

Eine alternative Beschreibung der Streulichtwahrnehmung erfolgt anhand der durch eine Streulichtquelle hervorgerufenen äquivalenten Schleierleuchtdichte. Die äquivalente Schleierleuchtdichte wird in der von van den Berg entwickelten Direct Compensation Method (DCM), bei der Streulichtquelle und Testfeld gegenphasig flickern, mittels verstellbarem Kompensationslicht ermittelt [1]. Der zu Untersuchende passt die Helligkeit des Kompensationslichts an, um den durch die Streulichtquelle induzierten Flickereffekt im Testfeld zu kompensieren.
In der Patentschrift WO2005023103A1 wird die Compensation Comparison Method (CCM) beschrieben. Bei der CCM wird die äquivalente Schleierleuchtdichte mittels eines „Two-alternative-forced-choise-Prinzips“ bestimmt [2]. Dabei flickern die Streulichtquelle und das zweigeteilte Testfeld mit zuschaltbarem Kompensationslicht gegenphasig. Aufgabe des zu Untersuchenden ist es, für verschiedene Helligkeiten des Kompensationslichts die stärker flickernde Testfeldhälfte zu bestimmen.
Die in [3] und [4] vorgestellten Methoden basieren auf der Beurteilung rückgestreuten Lichts ausgehend von einer Punktlichtquelle auf der Retina. Das aus dem Auge austretende Licht wird mittels eines fotosensitiven Sensors aufgenommen und analysiert, womit anschließend die Streuung beurteilt werden kann.An alternative description of the perception of scattered light is based on the equivalent veiling luminance caused by a scattered light source. The equivalent veiling luminance is determined in the Direct Compensation Method (DCM) developed by van den Berg, in which the scattered light source and test field flicker in antiphase, using adjustable compensation light [1]. The person to be examined adjusts the brightness of the compensation light in order to compensate for the flicker effect in the test field induced by the scattered light source.
In the patent WO2005023103A1 the Compensation Comparison Method (CCM) is described. With the CCM, the equivalent veil luminance is determined using a “two-alternative-forced-choise-principle” [2]. The scattered light source and the two-part test field flicker in phase opposition with switchable compensation light. It is the task of the examinee to determine the half of the test field that flickers more strongly for different brightnesses of the compensation light.
The methods presented in [3] and [4] are based on the assessment of backscattered light from a point light source on the retina. The light emerging from the eye is recorded and analyzed using a photosensitive sensor, which can then be used to assess the scattering.

Die vorgestellten Methoden können hinsichtlich der Notwendigkeit zur Mitarbeit des zu Untersuchenden in aktive und passive Methoden unterteilt werden. Bei Untersuchungen mittels Kontrast-Testtafeln, mesopischen Kontrast-Sensitivitätstests, DCM sowie CCM handelt es sich um aktive Methoden. Durch die zwingende Notwendig der aktiven Mitarbeit des zu Untersuchenden resultiert eine prinzipbedingte Subjektivität. Gleichzeitig bietet sich Raum für eine Beeinflussung des Ergebnisses durch den zu Untersuchenden, welche im Rahmen der CCM durch einen Qualitätsparameter kompensiert werden soll. Die auf der Beurteilung des rückgestreuten Lichts basierenden Methoden lassen sich den passiven Methoden zuordnen und weisen eine daraus resultierende Objektivität auf. Nachteilig bei diesen Methoden ist jedoch die Entkopplung des physikalischen Streulichtanteils von der Ausprägung der Streulichtwahrnehmung, wodurch keine Beurteilung des Sinneseindrucks durch den Untersuchten stattfindet bzw. erzielt werden kann.The methods presented can be divided into active and passive methods with regard to the need for the cooperation of the person to be examined. Examinations using contrast test charts, mesopic contrast sensitivity tests, DCM and CCM are active methods. Due to the compelling necessity of the active cooperation of the person to be examined, a principle-related subjectivity results. At the same time, there is room for the examinee to influence the result, which is to be compensated for by a quality parameter within the framework of the CCM. The methods based on the assessment of the backscattered light can be assigned to the passive methods and show a resulting objectivity. A disadvantage of these methods, however, is the decoupling of the physical proportion of scattered light from the expression of the perception of scattered light, which means that the sensory impression cannot be assessed by the person being examined.

Im Bereich der elektrophysiologischen visuellen Funktionsdiagnostik liegen die Forschungs- und Anwendungsschwerpunkte auf der Bestimmung des Visus und der Kontrastwahrnehmung. Dazu werden die elektrischen Potentiale der Retina mit dem Elektroretinogramm (ERG) bzw. des visuellen Kortex, bei visueller Stimulation mit dem visuell evozierten Potential (VEP) mittels am Auge oder Kopf angebrachter Elektroden abgeleitet.
Die Ausprägung der Netzhautpotentiale geht auf retinale Ionenströme der Photorezeptoren, Bipolar- und Ganglienzellen sowie des retinalen Pigmentepithels zurück. Die kortikalen Potentiale entstehen durch konstruktive und destruktive Überlagerung postsynaptischer Potentiale der kortikalen Pyramidenzellen. Die abgeleiteten Potentiale werden mit einem Differenzverstärker mit Gleichtaktunterdrückung aufgezeichnet. Um das Nutzsignal aus der spontanen Aktivität sowie dem Hintergrundrauschen zu extrahieren, kann eine reizsynchrone Mittelung wiederholter visueller Stimulationen angewandt werden (bei transienten Potentialen). Als weitere Methode haben sich Steady-state-Potentiale aufgrund ihrer Robustheit sowie des guten Signal-Rausch-Verhältnisses etabliert. Die Besonderheit dieser Potentiale stellt eine schnelle Abfolge der visuellen Reize dar. Das biologische System kehrt nicht in sein Ruhepotential zurück und schwingt sich in einen Gleichgewichtszustand (engl. steady state) ein. Dabei lassen sich anhand der Ausprägung des Stimulationsreizes (homogenen oder strukturierten Flächen) Strukturen des visuellen Systems gezielt ansprechen.
Durch eine zeitabhängige Variation der Stimulationsparameter (sweep VEP), wie beispielsweise der räumlichen Auflösung oder des Kontrasts, lassen sich anhand einer Frequenzanalyse die zu untersuchenden Funktionswerte bestimmen. Dabei konnte eine hohe Korrelation zwischen elektrophysiologisch und psychophysisch zu bestimmenden Parametern nachgewiesen werden [5]. Eine prinzipielle Umsetzung der elektrophysiologischen Bestimmung der Streulichtwahrnehmung wurde in [6] vorgestellt. Jedoch wurde dabei die mehrstufige, parallele Verarbeitung der visuellen Informationen, die einer natürlichen individuellen Nichtlinearität unterliegt, nicht hinreichend in den Messvorgang eingebunden, wodurch eine Variabilität in dem zu analysierenden Frequenzbereich innerhalb der Stichprobe auftrat. Ursachen hierfür sind in den neuronalen Verschaltungen der verarbeitenden Kerne und Hirnregionen zu finden. Es treten Resonanz- und Entertainmenteffekte (s. hierzu [7] und [8]) sowie Frequenzverdopplungen im visuellen Kortex durch Superpositionseffekte sowie frequenzabhängige Effekte durch neuronale Oszillatoren auf ([9], [10], [11]).In the field of electrophysiological visual functional diagnostics, the research and application focus is on determining visual acuity and contrast perception. For this purpose, the electrical potentials of the retina are derived with the electroretinogram (ERG) or the visual cortex, with visual stimulation with the visually evoked potential (VEP) using electrodes attached to the eye or head.
The expression of the retinal potentials goes back to retinal ion currents of the photoreceptors, bipolar and ganglion cells as well as the retinal pigment epithelium. The cortical potentials arise through constructive and destructive superimposition of postsynaptic potentials of the cortical pyramidal cells. The derived potentials are generated with a differential amplifier with common-mode rejection drawn. In order to extract the useful signal from the spontaneous activity and the background noise, a stimulus-synchronous averaging of repeated visual stimuli can be applied (at transient potentials). Steady-state potentials have established themselves as another method due to their robustness and the good signal-to-noise ratio. The peculiarity of these potentials is a rapid sequence of visual stimuli. The biological system does not return to its resting potential and settles into a steady state. Structures of the visual system can be specifically addressed based on the characteristics of the stimulation stimulus (homogeneous or structured surfaces).
By varying the stimulation parameters (sweep VEP) as a function of time, such as the spatial resolution or the contrast, the function values to be examined can be determined using a frequency analysis. A high correlation between electrophysiological and psychophysical parameters could be demonstrated [5]. A basic implementation of the electrophysiological determination of scattered light perception was presented in [6]. However, the multi-stage, parallel processing of the visual information, which is subject to a natural individual non-linearity, was not sufficiently integrated into the measurement process, which resulted in variability in the frequency range to be analyzed within the random sample. The reasons for this can be found in the neuronal connections of the processing nuclei and brain regions. Resonance and entertainment effects occur (see [7] and [8]) as well as frequency doubling in the visual cortex due to superposition effects and frequency-dependent effects due to neuronal oscillators ([9], [10], [11]).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die im Stand der Technik beschriebenen prinzipbedingten Nachteile der Subjektivität zu überwinden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur objektiven elektrophysiologischen Bestimmung des wahrgenommenen Streulichts des menschlichen Auges bereitzustellen, bei denen die individuelle Nichtlinearität des visuellen Systems in den Messvorgang eingebunden und berücksichtigt wird.The object of the present invention is therefore to overcome the principle-related disadvantages of subjectivity described in the prior art and to provide a method and a device for the objective electrophysiological determination of the perceived scattered light of the human eye, in which the individual non-linearity of the visual system is integrated into the measurement process and is taken into account.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und neunten Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved with the features of the first and ninth patent claims. Advantageous refinements of the solution according to the invention are specified in the dependent claims.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zur objektiven Bestimmung der Streulichtwahrnehmung anhand von elektrophysiologisch erfassten Ausgleichsvorgängen der Stimulationsleuchtdichte vorgeschlagen. Dabei werden dem zu Untersuchenden Streulicht, das von einer Streulichtquelle hervorgerufen wird, und ein dem Testfeld zuschaltbaren Kompensationslicht gegenphasig präsentiert. Die im Testfeld auftretenden Ausgleichsvorgänge haben eine Variation der Modulationstiefe der visuellen Stimulation des zu Untersuchenden zur Folge. Diese äußert sich in einer Änderung der abgeleiteten elektrophysiologischen Aktivität. Zur Bestimmung der Streulichtwahrnehmung wird der Punkt genutzt, an dem sich Streulicht und Kompensationslicht vollständig ausgleichen. Die Herausforderung bei diesem neuartigen Verfahren besteht in einer geeigneten Trennung der evozierten Potentiale von Streulichtquelle und Testfeld. Zur Beurteilung der Streulichtwahrnehmung sind ausschließlich die evozierten Potentiale des Testfelds von Interesse. Somit ergibt sich zur korrekten Analyse und Interpretation der Daten die Notwendigkeit, einen Kalibrationszyklus durchzuführen, der eine Berücksichtigung der durch die Nichtlinearität des visuellen Systems hervorgerufene Aktivität ermöglicht. Weiterhin werden durch eine Variation der Ausprägung des Stimulationsreizes zwischen homogenen und strukturierten Flächen die beteiligten Strukturen des visuellen Systems an der Streulichtwahrnehmung identifiziert.The present invention proposes a method and an associated device for objectively determining the perception of scattered light using electrophysiologically recorded compensation processes of the stimulation luminance. The scattered light to be examined, which is caused by a scattered light source, and a compensation light that can be switched on to the test field are presented in phase opposition. The compensation processes that occur in the test field result in a variation in the modulation depth of the visual stimulation of the person being examined. This manifests itself in a change in the derived electrophysiological activity. To determine the perception of scattered light, the point at which the scattered light and the compensating light completely balance each other out is used. The challenge with this new method is a suitable separation of the evoked potentials of the scattered light source and the test field. Only the evoked potentials of the test field are of interest for assessing the perception of scattered light. Thus, for the correct analysis and interpretation of the data, there is a need to perform a calibration cycle that allows taking into account the activity caused by the non-linearity of the visual system. Furthermore, the structures of the visual system involved in the perception of scattered light are identified by varying the characteristics of the stimulation stimulus between homogeneous and structured surfaces.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 - schematischer Aufbau der Stimulationseinheit
2- schematische Darstellung zur Ermittlung des probandenspezifischen Arbeitspunktes auf der Kalibrationskurve
3- schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung

The invention is explained in more detail below with reference to drawings. Show it:

1 - Schematic structure of the stimulation unit
2 - Schematic representation for determining the subject-specific working point on the calibration curve
3 - Schematic representation of an embodiment of the device according to the invention

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die durch das menschliche Auge hervorgerufene Streulichtwahrnehmung des vorwärts gestreuten Lichts auf passive Weise objektiv zu messen. Der Aufbau der dazu erforderlichen Einheit zur Stimulation des Augenhintergrunds (7) ist schematisch in 1 dargestellt. Eine Streulichtquelle (1) wird mit Hilfe eines Flächenelements realisiert, das in seiner bevorzugten Ausdehnung als Kreisring (1a) mit den Radien r₁ und r₂ oder als Kreis (1b) (r₁ = 0) sowie den Lageparametern φ und Θ mit dem Koordinatenursprung Fovea (Ort des schärfsten Sehens)(=Testfeldmitte) ausgeführt ist. Die Grenzen der Ausdehnung gehen aus dem in 2 dargestellten Kalibrationszyklus hervor.With the present invention it is possible to objectively measure the flare perception of the forward scattered light caused by the human eye in a passive manner. The structure of the required unit for stimulating the fundus (7) is shown schematically in 1 shown. A scattered light source (1) is realized with the help of a surface element which, in its preferred extension, is a circular ring ( 1a) with radii r ₁ and r ₂ or as a circle ( 1b) (r ₁ = 0) and the position parameters φ and Θ with the coordinate origin fovea (place of sharpest vision) (= test field center). The limits of expansion go from the in 2 illustrated calibration cycle.

Die Form des Testfeldes (2) wird sowohl in seiner Exzentrizität als auch seiner Ausdehnung variiert. Die bevorzugten Formen stellen ein homogenes Flächenelement sowie ein strukturiertes Flächenelement, vorzugsweise als Schachbrett, Linien- oder Sinusgitter gestaltet, mit einer an die foveale Abbildung angepassten Ausdehnung dar. Im Zentrum des Testfelds wird ein Fixationstarget (3) dargestellt. Da die zu untersuchende Person auf das Target blickt (fokussiert), wird eine foveal konstante Augen- bzw. Retinaposition sichergestellt. Die Streulichtquelle (1) wird extrafoveal abgebildet und induziert, bedingt durch die Vorwärtsstreuung und deren Wahrnehmung, eine Schleierleuchtdichte im Bereich des Testfeldes (2). Zur Stimulation werden Frequenzen im Bereich von 1 bis 30 Hz angewandt.The shape of the test field (2) is varied both in terms of its eccentricity and its extent. The preferred forms represent a homogeneous surface element and a structured surface element, preferably as a chess board, line or sine grating, with an extension adapted to the foveal image. A fixation target (3) is displayed in the center of the test field. Since the person to be examined looks (focuses) on the target, a constant foveal eye or retina position is ensured. The scattered light source (1) is imaged extrafoveally and, due to the forward scattering and its perception, induces a veil of luminance in the area of the test field (2). Frequencies in the range from 1 to 30 Hz are used for stimulation.

Aufgrund der fovealen und extrafovealen Stimulation sind im abgeleiteten elektrophysiologischen Signal nichtlinear verknüpfte evozierte Signalanteile vorhanden. Um den Signalanteil der Streulichtquelle (1) zu minimieren und den des Testfeldes (2) zu maximieren, erfolgt im Rahmen des Kalibrationszyklus eine Variation der Ausdehnung und Exzentrizität der Streulichtquelle (1) entsprechend der kortikalen Repräsentation des visuellen Systems [12]. Demzufolge nehmen periphere Bereiche des Gesichtsfeldes einen kleineren Anteil der kortikalen Repräsentation als foveale Bereiche ein. Durch eine Zunahme der Ausdehnung der Streulichtquelle (1) wird eine Zunahme der foveal abgebildeten Schleierleuchtdichte und damit des Signalanteils des Testfeldes (2) erzielt. Gleichzeitig nimmt jedoch der Signalanteil der Streulichtquelle (1) zu.Due to the foveal and extrafoveal stimulation, non-linearly linked evoked signal components are present in the derived electrophysiological signal. In order to minimize the signal portion of the scattered light source (1) and maximize that of the test field (2), the extent and eccentricity of the scattered light source (1) is varied during the calibration cycle according to the cortical representation of the visual system [12]. As a result, peripheral areas of the visual field occupy a smaller proportion of the cortical representation than foveal areas. An increase in the extent of the scattered light source (1) results in an increase in the foveally imaged veil luminance and thus in the signal component of the test field (2). At the same time, however, the signal component of the scattered light source (1) increases.

Bei der Variation der Exzentrizität kann ein analoges Verhalten beobachten werden. Durch die Zunahme der Exzentrizität kann der Signalanteil der Streulichtquelle (1) minimiert werden. Gleiches gilt aber auch für die foveal abgebildete Schleierleuchtdichte und somit den Signalanteil des Testfeldes (2).An analogous behavior can be observed when varying the eccentricity. Due to the increase in eccentricity, the signal component of the scattered light source (1) can be minimized. However, the same also applies to the foveal imaged veil luminance and thus the signal portion of the test field (2).

Demnach gilt es, einen individuellen, an die zu untersuchende Person angepassten, Arbeitspunkt (5) auf der Kalibrationskurve der Ausdehnung und der Exzentrizität der Streulichtquelle (1) zu ermitteln. Dieser individuelle Arbeitspunkt (5) stellt ein Optimum zwischen dem Signalanteil der Streulichtquelle (1) und einer ausreichenden Schleierleuchtdichte dar. Die Ermittlung dieses Arbeitspunktes ist schematisch in 2 dargestellt. Die ermittelten Kalibrationsdaten beinhalten die evozierten Potentiale, die bei den verschiedenen Stimulationsbedingungen im Kalibrationszyklus aufgezeichnet werden. Die bevorzugte Ausdehnung der Streulichtquelle (1) ergibt sich aus dem probandenspezifischen Arbeitspunkt (5).Accordingly, it is necessary to determine an individual working point (5) adapted to the person to be examined on the calibration curve of the extent and the eccentricity of the scattered light source (1). This individual working point (5) represents an optimum between the signal component of the scattered light source (1) and a sufficient veiling luminance. The determination of this working point is shown schematically in 2 shown. The calibration data determined include the evoked potentials recorded under the various stimulation conditions in the calibration cycle. The preferred expansion of the scattered light source (1) results from the subject-specific working point (5).

Ein Sonderfall stellt hierbei die funduskontrollierte Darstellung der Streulichtquelle (1) im Bereich der Austrittsstelle des Sehnervs aus dem Auge (Papille) dar. An dieser Stelle befinden sich keine Photorezeptoren, wodurch die Streulichtquelle (1) kein Signal evoziert, jedoch eine Schleierleuchtdichte im Testfeld (2) induziert.A special case is the fundus-controlled display of the scattered light source (1) in the area where the optic nerve exits the eye (papilla). There are no photoreceptors at this point, which means that the scattered light source (1) does not evoke a signal, but a veil of luminance in the test field ( 2) induced.

Anhand der ermittelten Kalibrationsdaten der evozierten Potentiale in Abhängigkeit der Exzentrizität der Streulichtquelle (1) sowie der Stimulationsfrequenz kann auf die bevorzugte Ausdehnung der Streulichtquelle (1) sowie das bevorzugt zu analysierende Frequenzband der aufgezeichneten Potentiale geschlossen werden.Based on the determined calibration data of the evoked potentials as a function of the eccentricity of the scattered light source (1) and the stimulation frequency, conclusions can be drawn about the preferred extension of the scattered light source (1) and the frequency band of the recorded potentials that is preferably to be analyzed.

In 3 ist schematisch ein Messablauf unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Einheit zur Stimulation des Augenhintergrunds (7) sowie einer Signalerfassungseinheit (9) zur Ableitung der evozierten Potentiale (8) dargestellt. Um die Signalanteile letztendlich geeignet zu trennen, erfolgt eine Variation der Leuchtdichte des Kompensationslichts als Charakteristikum des Testfeldes (2). Dabei wird die Leuchtdichte des Testfeldes in Abhängigkeit der Testfeldausdehnung homogen oder verlaufskorrigiert an die durch die Stiles-Holladay-Approximation [13] gegebene Streulicht-Punktbildfunktion dargestellt [14]: $L_{s} = 10 E_{b} / θ^{2},$

mit L_s als Schleierleuchtdichte, E_b als Beleuchtungsstärke der Blendquelle und θ als Sehwinkel. Der Verlauf des Ausgleichs zwischen Schleierleuchtdichte und Leuchtdichte des Kompensationslichts wird im aufgezeichneten Signal abgebildet. Die Bestimmung der Schleierleuchtdichte als Maß der Streulichtwahrnehmung erfolgt anhand einer Extremwertbestimmung (11). Für Stimulationsfrequenzen zwischen 1 und 3 Hz werden die für ein transientes Signal charakteristischen Amplituden [15] im Zeitbereich des Signals verwendet. Stimulationsfrequenzen zwischen 3 und 30 Hz haben eine Auswertung im Frequenzbereich des Signals zur Folge, wobei die Amplituden des Leistungsdichtespektrums im individuell ermittelten bevorzugten Frequenzbereich des Signals verwendet werden. Dabei wird die Amplitude der Nutzfrequenz in Relation zu einer Schätzung des Hintergrundrauschens, basierend auf den der Nutzfrequenz angrenzenden Frequenzbändern, hinsichtlich Ihres Signal-Rauschverhältnisses bewertet. Somit können Signale, die keine evozierte Signalantwort beinhalteten, von den weiterführenden Analyseschritten ausgeschlossen werden.In 3 a measurement sequence using an exemplary embodiment of the device according to the invention with a unit for stimulating the fundus (7) and a signal acquisition unit (9) for deriving the evoked potentials (8) is shown schematically. In order to finally separate the signal components in a suitable way, the luminance of the compensation light is varied as a characteristic of the test field (2). The luminance of the test field is represented homogeneously depending on the extent of the test field or corrected to the scattered light point spread function given by the Stiles-Holladay approximation [13] [14]:

L_{s} = 10 E_{b} / θ^{2},

with L _s as the veiling luminance, E _b as the illuminance of the glare source and θ as the visual angle. The course of the compensation between veiling luminance and luminance of the compensation light is shown in the recorded signal. The determination of the veiling luminance as a measure of the perception of scattered light is based on an extreme value determination (11). For stimulation frequencies between 1 and 3 Hz, the amplitudes characteristic of a transient signal [15] in the time domain of the signal are used. Stimulation frequencies between 3 and 30 Hz result in an evaluation in the frequency range of the signal, using the amplitudes of the power density spectrum in the individually determined preferred frequency range of the signal. The amplitude of the useful frequency is evaluated in relation to an estimate of the background noise, based on the frequency bands adjacent to the useful frequency, with regard to your signal-to-noise ratio. Thus, signals that do not contain an evoked signal response can be excluded from the further analysis steps.

Durch die Variation der Testfeldgestaltung wird eine gezielte Stimulation verschiedener biologischer Strukturen ermöglicht. Dabei wird mittels strukturierter Reize eine Stimulation der Ganglienzellschicht erzielt. Bei der Verwendung homogener Testfelder kommt es vornehmlich zur Stimulation der Photorezeptoren. Durch die simultane Ableitung der Netzhautpotentiale und der kortikalen Potentiale in Kombination mit der Testfeldvariation kann eine detaillierte Analyse der Ausbildung der Streulichtwahrnehmung erfolgen. Gleichzeitig lassen sich die Vorteile der aktiven Methoden, die Beschreibung einer Wahrnehmungsgröße, mit den passiven Methoden, die objektive Bestimmung des gestreuten Lichts, verbinden. By varying the test field design, a targeted stimulation of different biological structures is made possible. Structured stimuli are used to stimulate the ganglion cell layer. When using homogeneous test fields, the photoreceptors are primarily stimulated. The simultaneous derivation of the retinal potentials and the cortical potentials in combination with the test field variation allows a detailed analysis of the formation of the perception of scattered light. At the same time, the Combine the advantages of the active methods, the description of a perceptual variable, with the passive methods, the objective determination of the scattered light.

Literaturlistebibliography

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BezugszeichenlisteReference List

11: Streulichtquellescattered light source
22: Testfeldtest field
33: Fixationstargetfixation target
44: menschliches Augehuman eye
55: Arbeitspunkt der Ausdehnung und Exzentrizität der StreulichtquelleOperating point of the extent and eccentricity of the scattered light source
66: Ausgleich von Streulicht und KompensationslichtCompensation of scattered light and compensation light
77: Einheit zur Stimulation des AugenhintergrundsFundus stimulation unit
88th: Ableitung der evozierten PotentialeDerivation of the evoked potentials
99: Signalerfassungseinheitsignal acquisition unit
1010: evoziertes Potential im Zeit- und Frequenzbereichevoked potential in the time and frequency domain
1111: Extremwert als Maß der StreulichtwahrnehmungExtreme value as a measure of scattered light perception

Claims

Method for the objective electrophysiological determination of the perceived scattered light of the human eye, in which the fundus of the eye is stimulated by means of a scattered light source (1) and a test field (2) and the signals of the derived retinal potentials and/or cortical potentials are recorded simultaneously, characterized in that according to a calibration cycle, the signal components for the scattered light and the test field of the simultaneously derived retinal potentials and/or the cortical potentials by variation of the luminance of the test field (2), whereby compensation processes between the veil luminance caused by the scattered light and the luminance of the test field (2) are recorded and the veil luminance is determined by determining extreme values in the frequency range of the signal of the simultaneously derived retinal potentials and/or the cortical potentials .

procedure after claim 1 , characterized in that in the calibration cycle the extension and the eccentricity of the scattered light source (1) and the frequency of the stimulation of the fundus of the eye are varied according to the cortical representation of the visual system and a preferred extension of the scattered light source (1) and a preferred frequency band to be analyzed are selected.

Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that, in order to minimize the potentials evoked by the scattered light source (1), the scattered light source (1) is optically imaged in the region of the optic nerve head.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the stimulation of the ocular fundus is spatially resolved and the fovea is stimulated with a homogeneous and/or structured test field (2), its extent being in the range of 1° to 5°, preferably 5°.

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the luminance of the test field (2) is course-corrected and adapted to the scattered light point spread function given by the Stiles-Holladay approximation and the extent of the test field (2) is in the range from 1° to 10°.

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the frequency of the stimulation of the ocular fundus is in the range from 1 Hz to 30 Hz, preferably 7.5 Hz for a homogeneous test field and 2 Hz for a structured test field.

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the extreme value is determined taking into account a significance check of the evoked retinal potentials and/or cortical potentials on the basis of a signal-to-noise ratio, with the information-carrying frequency component being set in relation to the neighboring frequency components of the frequency spectrum.

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the stimulation of the fundus of the eye is realized with white light or with individual spectral components of the light, monochromatically or multispectrally or wavelength-selectively.

Device for carrying out a method for the objective electrophysiological determination of the perceived scattered light of the human eye according to one of Claims 1 until 8th , at least comprising a unit for stimulating the fundus (7) and a signal acquisition unit (9), characterized in that the unit for stimulating the fundus (7) has a scattered light source (1) and a test field (2) with a centrally arranged fixation target (3 ), wherein the scattered light source (1) has a circular or annular extension with an angle φ between the foveal image and the image of the scattered light source and the test field (2) is designed as a homogeneous or structured surface element and the scattered light source (1) in its Extension and position relative to the test field (2) is variable.

device after claim 9 , characterized in that the structured test field is designed as a chessboard, line or sine grid.

device after claim 9 or 10 , characterized in that the unit for stimulating the fundus (7) is spatiotemporal variable.

Device according to one of claims 9 until 11 , characterized in that the unit for stimulating the fundus (7) is designed in such a way that a constant luminance of the scattered light source (1) of 500 cd/m ² and a resolution of the stimulation frequency of 1 Hz can be realized with it.