DE19854852C2 - Verfahren zur Selektion von Augenstellungs-Meßdaten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selektion von für die Weiterverarbeitung geeigneten Augenstellungs-Meßdaten eines Probanden aus einer zumindest einem Auge zugeordneten Meßdaten- Reihe, die von einer Augenstellungs-Meßeinrichtung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls geliefert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Selektion von Augen­ stellungs-Meßdaten, mit einer Augenstellungs-Meßeinrichtung, die innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls für zumindest ein Auge eine Meßdaten-Reihe bildende Meßdaten liefert, und ei­ ner Meßdaten-Auswerteeinrichtung.

Im Bereich der Verhaltenspsychologie, in der Wissenschaft, in Tierversuchen und in vielen anderen, technischen Feldern wird die Augenstellung gemessen. Aus den Druckschriften DE 196 24 135 A1, US 4 859 050 A oder DE 44 08 858 A1 sind bspw. verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung von Augenbewegungen bekannt. Bei vielen der bekannten Verfahren ist es notwendig, zunächst eine individuelle Kalibrierung durchzuführen, die die Mitarbeit der Probanden insoweit voraussetzt, als sie auf Auf­ forderung vorgegebene Kalibrations-Blickziele genau und genü­ gend lange ansehen müssen.

In der augenmedizinischen Diagnostik werden objektive Augen­ stellungs-Untersuchungen durchgeführt, die beispielsweise der Früherkennung eines Schielens dienen. Die Grundlage einer sol­ chen Untersuchung bilden Augenstellungs-Meßdaten, die durch un­ terschiedliche Meßverfahren, wie bspw. mit dem Purkinje- Reflexmusterverfahren, objektiv, d. h. ohne Angaben der zu un­ tersuchenden Personen/Patienten, meßbar sind. Diese aufgezeich­ neten Augenstellungs-Meßdaten müssen nun von dem Untersucher ausgewertet werden. Jedes Meßdatum umfaßt dabei für jedes Auge bspw. jeweils eine horizontale und eine vertikale Augenstel­ lungs-Winkelangabe. Diese Meßdaten muß der Untersucher in Be­ ziehung zu einem Fixationspunkt setzen, den der Patient während der Untersuchung zu betrachten hatte. Der Untersucher ist im allgemeinen nicht in der Lage, anhand der vorliegenden Meßdaten zu entscheiden, ob der Patient tatsächlich den gewünschten Fixationspunkt fixiert hat. Gerade bei Kindern, Behinderten, Tieren etc., die die Anweisungen des Untersuchers nicht verste­ hen bzw. nicht umsetzen wollen, führt die Auswertung der Meßda­ ten sehr häufig zu fehlerhaften Befunden, da der Untersucher möglicherweise von einem tatsächlich nicht fixierten Fixations­ punkt ausgeht.

Darüber hinaus sind die Augenstellungs-Meßdaten selbst fehler­ behaftet. Eine mögliche Fehlerquelle liegt in der methodischen Ungenauigkeit der Augenstellungs-Messung, wobei hier bspw. ein systematischer Fehler (offset) und ein unsystematischer Fehler (Rauschen) zu nennen sind. Eine zweite Fehlerquelle liegt in der patientenbedingten, altersabhängigen Fixationsunschärfe. Hierunter ist zu verstehen, daß die Fixationsfähigkeit alters­ abhängig innerhalb eines bestimmten Bereichs schwankt, wobei dieser Schwankungsbereich mit der visuellen Reifung kleiner wird, und aufgrund von Erkrankungen oder altersbedingt zunehmen kann.

Eine weitere Fehlerquelle entsteht durch einen individuellen, zwischen rechtem und linkem Auge unterschiedlichen offset zwi­ schen der Augenstellung und der tatsächlichen Blickrichtung, je nach Meßparameter: bei der Messung der Augenstellung mit Hilfe von Hornhautreflexen beispielsweise, gibt es einen Winkel zwi­ schen der visuellen Achse oder Blickachse und der Hornhaut­ scheitelnormalachse, den in der Augenoptik sogenannten Winkel kappa. Dieser Winkel ist interindividuell verschieden und im rechten und im linken Auge meist nicht exakt gleich.

Letztlich können Fehler auch dadurch auftreten, daß der Patient monokular und binokular nicht richtig fixiert.

Die Augenstellungs-Meßdaten sind folglich patienten- und meß­ verfahrensabhängig mehr oder weniger stark mit Fehlern bzw. Störgrößen behaftet.

Dem Untersucher kommt nun die Aufgabe zu, auf der Grundlage der Augenstellungs-Meßdaten herauszufinden, in welche Richtung der Patient geblickt hat, bzw. ob er monokular nicht richtig fi­ xiert (d. h. schielt), oder ob er binokular nicht richtig fi­ xiert, d. h. einfach in eine andere Richtung geblickt hat (Fehlfixation). Hierfür ist es notwendig, daß der Untersucher diese Augenstellungs-Meßdaten in Relation zu dem von dem Pati­ enten zu fixierenden Fixationspunkt setzt. Sofern die Unter­ schiede in den Meßwerten über die Zeit sehr viel größer als die Meßgenauigkeit und die Fixationsunschärfe sind, fällt es dem Untersucher nicht allzu schwer, eine solche Einteilung der Au­ genstellungsmeßdaten anhand von großen Schwellen vorzunehmen. Problematisch wird es jedoch dann, wenn die Meßgenauigkeit und/oder die Fixationsunschärfe oder Fehlfixationen in die Grö­ ße der nachzuweisenden Augenstellung kommen, und wenn z. B. online mit Videofrequenz eine Auswertung vorgenommen werden soll. Dies kann ein menschlicher Untersucher nicht exakt, ob­ jektiv, reproduzierbar und schnell leisten. Darüber hinaus sind die notwendigen Auswertungen der Augenstellungs-Meßdaten nur durch hochqualifizierte Personen durchführbar, so daß z. B. eine Früherkennungsuntersuchung im Rahmen nicht-fachärztlicher Vor­ sorgeuntersuchungen bei Kindern nicht möglich ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wirtschaftliche, objektive, reproduzierbare untersucherunabhän­ gige Untersuchung und Bewertung der Augenstellung ermöglichen. Insbesondere soll das Verfahren auch von Personen ohne Spezial­ ausbildung durchgeführt werden können. Ferner soll das Verfah­ ren und die Vorrichtung aus den gemessenen Augenstellungs- Meßdaten die auf eine Fehlfixation hinweisenden Meßdaten erken­ nen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Ver­ fahren zur Selektion von Augenstellungs-Meßdaten eines Proban­ den gelöst, das folgende Schritte umfaßt:

• - Abspeichern der Meßdaten;
• - Zusammenfassen von einzelnen innerhalb eines vorgebbaren Fensterbereichs liegenden Meßdaten der Meßdaten-Reihe zu Clustern;
• - Zuordnen jeweils eines Clusters zu einer Gruppe, wobei die erste Gruppe das Cluster mit dem zeitlich ersten Meßdatum aufweist und die weiteren Cluster entsprechend der zeit­ lichen Reihenfolge der Meßdaten weiteren Gruppen zugeord­ net werden; und
• - Selektion derjenigen Gruppe als zur Weiterverarbeitung ge­ eignet, die die meisten Meßdaten enthält.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die auf eine Fehlfixation hindeutenden Meßdaten als zur Weiterverarbeitung nicht geeignet markiert und damit ausgesondert werden. Mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren ist es also möglich, diejenigen Augenstellungs- Meßdaten zu bestimmen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit darauf hinweisen, daß der Proband zumindest mit einem Auge einen gege­ benen Punkt fixiert hat. Diese Daten lassen sich dann ohne wei­ teres durch entsprechende Berechnungsalgorithmen so weiterver­ arbeiten, daß ohne Zutun eines erfahrenen Untersuchers ein er­ ster Befund erstellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß der Proband keinen vorgegebenen Fixationspunkt fixieren muß. Für eine Augenstellungs-Untersuchung genügt es, die Messung über einen bestimmten Zeitraum durchzuführen, wobei durch das erfindungsgemäße Verfahren nur diejenigen Meßdaten selektiert werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine Fixation eines beliebigen Punktes im Raum hindeuten. Dies kann zur Selbstkalibrierung von Geräten für einen bestimmten Proban­ den benutzt werden, so daß auch unkooperative Probanden oder Versuchstiere ohne Zwang durch wiederholtes, ungesteuertes An­ schauen von vorgegebenen Kalibrations-Blickzielen schließlich die erforderlichen Daten für die Verknüpfung eines Meßsignals einer bestimmten Stärke und Konfiguration mit den vorgegeben Blickzielen möglich ist, da im allgemeinen früher oder später jede auffällige Struktur häufiger und genauer angeschaut wird als z. B. ein uniformer Hintergrund.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also darin, daß eine Untersuchung der Augenstellung, der Fixation, und auf mögliche Augenanomalien eines Probanden auf objektiver Basis möglich wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht die einem Auge zugeordnete Meßdaten-Reihe aus Meßdaten-Paaren, wobei jedes Meßdaten-Paar den horizontalen und den vertikalen Augenstellungs-Winkel angibt. Vorzugsweise wird für jedes Auge eine eigene Meßdaten-Reihe aufgenommen und abge­ speichert. Vorzugsweise wird die Zusammenfassung zu Clustern für die einzelnen Meßdaten der Meßdaten-Paare durchgeführt. Vorzugsweise wird die zeitliche Abfolge gemessen.

Die Verwendung von horizontalen und vertikalen Winkeln zur Be­ schreibung der Augenstellung sowie das Erfassen jeweils einer Meßdaten-Reihe für jedes Auge hat sich als besonders einfach und vorteilhaft herausgestellt. Selbstverständlich sind auch andere Koordinaten- und Bezugssysteme, wie bspw. Polarkoordina­ ten und Vektordarstellung denkbar.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird der Fensterbereich abhängig von dem Alter des Pro­ banden gewählt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Fixations­ fähigkeit altersabhängig ausfällt, wobei ältere Kinder und adulte Menschen über einen bestimmten Zeitraum hinweg ein Ob­ jekt besser fixieren können als beispielsweise Säuglinge und Kleinkinder oder augenkranke Patienten oder Tiere dazu in der Lage sind.

Der Vorteil liegt darin, daß dieser altersabhängige Unterschied in der Fixationsfähigkeit in das Verfahren einfließt, so daß letztlich die Selektion der Augenstellungs-Meßdaten sicherer erfolgen kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens werden die selektierten Meßdaten für das linke und das rechte Auge miteinander verglichen, wobei eine einen bestimmten Wert überschreitende Abweichung auf ein Schielen des Probanden hindeutet.

Dies hat den Vorteil, daß ohne den Eingriff einer auf Augen­ untersuchungen spezialisierten Person ein Erstbefund automati­ siert möglich ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß die Meßdaten-Auswerteeinrichtung ein Speichermittel umfaßt, sowie Mittel zum Zusammenfassen von Meß­ daten zu Clustern, Mittel zum Zuordnen von Clustern zu Gruppen und Mittel zur Selektion einer Gruppe von Meßdaten als zur Wei­ terverarbeitung geeignet.

Diese zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeig­ nete Vorrichtung hat ebenfalls den Vorteil, daß eine Unter­ suchung von Augenstellungs-Anomalien auf objektiver Basis auch von Nicht-Fachleuten möglich ist. Insbesondere hat die er­ findungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß auf eine Fehl­ fixation hindeutende Meßdaten erkannt werden können und sich damit bspw. aussondern lassen.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist das Mittel zum Zusammenfassen von Meßdaten so aus­ gebildet, daß es einzelne, innerhalb zumindest einem vorgeb­ baren Fensterbereich liegende Meßdaten der Meßdaten-Reihe zu­ sammenfaßt, wobei das größte Meßdatum in das erste Cluster und das kleinste Meßdatum in das letzte Cluster eingeordnet wird. Vorzugsweise teilt das Mittel zum Zuordnen die Cluster in Grup­ pen auf, wobei das Cluster mit dem zeitlich ersten Meßdatum in die erste Gruppe fällt und die weiteren Cluster entsprechend der weiteren zeitlichen Reihenfolge der Meßdaten weiteren Grup­ pen zugeordnet werden. Vorzugsweise wählt das Mittel zur Selek­ tion die Gruppe aus, die die meisten Meßdaten enthält.

Eine derart ausgebildete Vorrichtung hat sich im Hinblick auf die Qualität der Selektion von Meßdaten als besonders vorteil­ haft herausgestellt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Augenstellungs-Meßeinrichtung eine auf die Augen gerichtete In­ frarot-Lichtquelle und eine Videokamera zur Aufnahme der Augen auf.

Die Verwendung einer Infrarot-Lichtquelle hat den Vorteil, daß der Proband nicht durch ein blendendes Licht gestört bzw. irri­ tiert wird, da eine Infrarot-Lichtquelle für den Probanden kaum sichtbar ist. Mit Hilfe des sogenannten Purkinje-Reflex­ musterverfahrens können beispielsweise die von der Videokamera aufgezeichneten Bilder der Augen ausgewertet und die Augen­ stellungs-Winkel relativ zu der Augenstellung bei einem Gerade­ ausblick berechnet werden. Selbstverständlich sind auch andere Verfahren zur Ermittlung von Augenstellungs-Meßdaten anwendbar, wie bspw. Elektro-Okulographie, Search Coil Methode, Foveal Bi­ refringence (FB) Scanning, Hornhaut-Reflex-Messung, Infrarotre­ flektometrie, Verschiebung von Augenstrukturen (z. B. Limbus corneae, Pupille) mittels CCD-Zeile oder Bildverarbeitung, Du­ al-Purkinje-Image Eye Tracking, Bestimmung der Iris-Torsion, PowerRefractor nach Weiss und Schaeffel (Uni Tübingen) und OVAS-System (Ocular Vergence and Accommodation System). Das er­ findungsgemäße Verfahren ist nicht auf die durch eines dieser speziellen Verfahren ermittelten Augenstellungs-Meßdaten ange­ wiesen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1a eine Tabelle mit verschiedenen Augenstellungs-Meß­ daten;

Fig. 1b ein Diagramm zur Erläuterung der Zusammenfassung zu Clustern an Hand der in Fig. 1a angegebenen Meß­ daten;

Fig. 1c Beispiel für die Altersabhängigkeit der Fixationsge­ nauigkeit, bei Anwendung eines handgehaltenen Gerä­ tes zur Früherkennung von Augenfehlstellungen;

Fig. 2a-d vier Tabellen mit das linke und das rechte Auge be­ treffenden Meßdaten-Paaren zur Erläuterung des er­ findungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3a-d vier Tabellen mit das linke und das rechte Auge be­ treffenden Meßdaten-Paaren gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel zur Erläuterung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens;

Fig. 4a eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Selektion von Augen­ stellungs-Meßdaten; und

Fig. 4b eine schematische Blockdarstellung einer erfindungs­ gemäßen Meßdaten-Auswerteeinrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend beispielhaft zur Untersuchung von Augenstellungs-Anomalien (Schielen) be­ schrieben. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in anderen Be­ reichen zum Einsatz kommen kann. So ist es beispielsweise denk­ bar, das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen, um bei Perso­ nen, die ein Schaufenster betrachten, herauszufinden, welches Objekt oder welcher Bereich innerhalb des Schaufensters am häu­ figsten und längsten betrachtet wird. Hieraus ließen sich dann wertvolle Rückschlüsse beispielsweise darüber gewinnen, welchem Produkt die größte Aufmerksamkeit geschenkt wird oder welcher Bereich des Schaufensters für die Darbietung von Waren beson­ ders gut geeignet ist.

Eine später beschriebene Augenstellungs-Meßeinrichtung liefert über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise zehn Minuten, eine Vielzahl von Meßdaten. Die Meßdaten sind in zwei Meßdaten- Reihen geordnet, wobei jede Meßdaten-Reihe die horizontalen und vertikalen Augenstellungs-Winkel des linken bzw. des rechten Auges enthält. Die Augenstellungs-Winkel werden relativ zu einer Augenstellung gemessen, die beispielsweise einem Gerade­ aus-Blick entspricht. In Fig. 1a sind beispielsweise auf eine Raumrichtung beschränkte Meßdaten zur vertikalen Augenstellung für ein Auge angegeben. Der erste Meßwert beträgt dabei 7,9°, die zeitlich folgenden Meßwerte betragen 1,9°, 3,1°, 1,0°, 3,2°, 5,8° und 6,7°. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Meß­ daten sehr stark schwanken, so daß als erster Eindruck ent­ steht, daß der Proband nicht nur ein Objekt während des gemes­ senen Zeitraums fixiert hat.

Um die Meßdaten weiterverarbeiten zu können, müssen jene Meß­ daten ausgesondert werden, die auf eine Fehlfixation hinweisen. Hierzu werden die Meßdaten sogenannten Clustern zugeordnet. Ein Cluster bezeichnet einen Meßdaten-Bereich einer bestimmten Breite, in den möglichst viele einzelne Meßdaten fallen, die z. B. innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls auftreten. Die Breite dieses Meßdaten-Bereichs ist gegeben durch das in Fig. 1c dargestellte Diagramm, in dem eine für das jeweilige Augen­ stellungsmeßverfahren typische zulässige Fixationsschwankung in Grad über dem Alter in Monaten des Probanden angegeben ist. Dieses Diagramm trägt der Tatsache Rechnung, daß die Fixations­ fähigkeit, d. h. die Fähigkeit, die Fixation möglichst ohne Schwankung halten zu können, mit steigendem Alter besser wird. So liegen die Fixationsschwankungen bei einem Säugling für die­ ses Augenstellungs-Meßverfahren im Bereich von 2,5°, während die Fixationsschwankung bei einer erwachsenen Person auf einige Zehntel Grad zurückgeht. In Bezug auf die Auswertung der ge­ lieferten Meßdaten hat das zur Folge, daß in einem Bereich von 1,5-2,5° liegende Meßdaten bei einem Kleinkind durchaus auf die Fixation eines bestimmten Punktes hindeuten, während eine sol­ che Schwankung bei einer erwachsenen Person als Fehlfixation einzustufen wäre.

Wie beispielhaft in der Fig. 1b dargestellt ist, sind die in Fig. 1a angegebenen Meßdaten auf einem Zahlenstrahl aufge­ tragen. An Hand dieses Zahlenstrahls wird nun geprüft, welche Meßdatenbereiche mit jeweils maximaler Anzahl an Meßdaten gebildet werden können. Die Breite des Meßdaten-Bereichs wird, basierend auf dem Alter des Probanden, aus dem in Fig. 1c abge­ bildeten Diagramm bestimmt. Selbstverständlich können in diesem Meßdaten-Bereich auch andere Werte zusätzlich einfließen, wie bspw. vom verwendeten Augenstellungsmeßverfahren abhängige Wer­ te. Im übrigen ist es auch denkbar, für das linke und das rech­ te Auge oder in der vertikalen und horizontalen Blickrichtung unterschiedliche Meßdaten-Bereiche zu verwenden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Fixationsschwan­ kung bzw. -Breite, im folgenden auch als Fensterintervall be­ zeichnet, von 1° verwendet.

Zur Ermittlung der Cluster werden die Meßwerte der Größe nach in absteigender Reihenfolge sortiert. Für jedes Cluster wird die Anzahl der Elemente und als Dichtemaß z. B. deren Ab­ standsquadratsumme ermittelt. Der erste Cluster beginnt mit dem größten Wert 7,9°, und enthält in diesem Fall nur 1 Element, und daher die Abstandsquadratsumme 0, da der Abstand zum näch­ sten Meßwert mehr als 1° beträgt.

Der nächste Cluster beginnt mit dem zweitgrößten Element, ent­ hält zwei Werte (6,7° und 5,8°) und die Abstandsquadratsumme von 0,81°°. Dieses setzt sich zum letzten, d. h. vierten Cluster fort, der nur den letzten und kleinsten Wert enthält.

Nun werden die Cluster nach Anzahl der Elemente markiert (numeriert), so daß alle Elemente des Clusters irgendeine, je­ doch gleiche Clusternummer aufweisen. Diese Nummer kommt der Eindeutigkeit wegen nur einmal vor: sollten mehrere Cluster mit gleicher Anzahl von Elementen vorkommen, so daß deren Schnitt­ menge nicht 0 ist, dann wird als nachrangiges Kriterium z. B. die Größe der Abstandsquadratsumme betrachtet, um zu entschei­ den, welche Werte als zum Cluster gehörig markiert werden: die kleinste Summe erhält die höchste Bewertung, d. h. führt zur nächsten Clusterbildung usw.

Am Ende der Prozedur sind alle Werte eindeutig einem Cluster zugeordnet, so daß sich immer möglichst viele Elemente in einem Cluster befinden, und dabei die vorgegebene Fensterbreite ein­ gehalten wird. Wird eine Berücksichtigung des zeitlichen Auf­ tretens der Messungen gewünscht, so kann z. B. gefordert werden, daß nur diejenigen Werte in einem Cluster berücksichtigt wer­ den, die direkt aufeinanderfolgen, und daraus kann die Dauer der ununterbrochenen Fixation eines bestimmten Ortes abgeleitet werden. Weitere zeitliche Auswahlkriterien sind anwendbar.

Im vorliegenden Fall soll die zeitliche Dimension nicht weiter betrachtet werden: es existieren, wie in Fig. 1b dargestellt, vier Cluster, drei mit je zwei Werten, und einer mit einem. Das Cluster mit den Wertenummern 3 und 5 bekommt die Nummer 1; da es die kleinste Abstandsquadratsumme aufweist, liegen die Clu­ sterelemente besonders dicht beieinander. Die zwei anderen Clu­ ster mit gleicher Anzahl von Elementen haben die gleichen Ab­ standsquadratsummen, nämlich 0,81°°, und bekommen die Nummern 2 und 3. In diesem Fall wird dasjenige Cluster bevorzugt und mit 2 numeriert, welches den größten Wert enthält. Das vierte Clu­ ster ist das mit der kleinsten Anzahl von Elementen, hier einem Element, und bekommt die Nummer 4.

Die Cluster enthalten somit jeweils diejenigen Meßdaten, die innerhalb des zulässigen Fixationsschwankungsbereichs liegen und damit mit hoher Wahrscheinlichkeit darauf hindeuten, daß das Auge während der Aufnahme dieser Meßdaten ein Objekt fi­ xiert hat.

Im Anschluß an die Clusterbildung werden die einzelnen Cluster sogenannten Gruppen zugeordnet. Während die Reihenfolge der Cluster die Zahl der enthaltenen Meßdaten berücksichtigt, soll durch die Zuordnung zu Gruppen die zeitliche Reihenfolge der Aufnahme der Meßdaten Berücksichtigung finden.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde das Meßdatum 7,9° zuerst aufgezeichnet. Daran haben sich die Meßdaten 1,9°, 3,1°, 1,0°, 3,2°, 5,8° und 6,7° angeschlossen. Die Aufnahmenummer 1 wird der Gruppe 1 zugeordnet. Alle Elemente, die sich in dem­ selben Cluster befinden, werden ebenfalls dieser Gruppe zuge­ ordnet (hier nur das Element 1 aus Cluster 4). Damit sind die Werte in dieser Gruppe der weiteren Gruppenzuordnung entzogen. Die kleinste, noch nicht zugeordnete Aufnahmenummer bestimmt die Zugehörigkeit zur folgenden, hier 2. Gruppe, mit den Auf­ nahmenummern 2 und 4 aus Cluster 3. Gruppe 3 umfaßt die Aufnah­ menummern 3 und 5 aus Cluster 1. Die verbleibenden Aufnahmenum­ mern 6 und 7 bilden Gruppe 4 aus Cluster 2.

Bisher wurde nur ein Wertebereich eines Auges betrachtet, z. B. die horizontale Augenstellung. Auf der Grundlage dieser Grup­ penbildung wird nun die Entscheidung getroffen, welche Meßdaten für die Weiterverarbeitung markiert werden, d. h. welche Meßda­ ten mit großer Wahrscheinlichkeit darauf hindeuten, daß der Proband ein Objekt fixiert hat. Diese Auswahl soll nun an Hand der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Tabellen erläutert werden.

Fig. 2a zeigt eine Tabelle, in der 4 Meßdatenreihen (horizontale und vertikale Augenstellungen des rechten (RAH und RAV) und des linken Auges (LAH und LAV)) in Spalten angeordnet sind. Die Werte von 5 Messungen in zeitlicher Reihenfolge sind in 5 Zeilen aufgeführt.

Die gleiche Cluster- und Gruppenbildung wird für jede der vier korrespondierenden Meßdatenreihen (Spalten) durchgeführt. Dabei wird in diesem Beispiel ein Fensterintervall von 1,75° zugrun­ degelegt.

Damit liegen Zuordnungen wie in Fig. 2b tabellarisch darge­ stellt vor.

Nun folgt für jedes Auge getrennt eine Obergruppenbildung. Jede horizontale und vertikale Gruppennummernkombination bildet eine Obergruppe. Daraus ergibt sich:

Aufnahmenummer 1, rechtes Auge: Gruppe 1 & Gruppe 1 ergibt Obergruppe 1; Aufnahmenummer 2, rechtes Auge: 1 & 2 ergibt Obergruppe 2; Aufnahmenummer 3, rechtes Auge: gleiche Obergrup­ pe wie Aufnahmenummer 2, rechtes Auge; Aufnahmenummer 4, rech­ tes Auge: 2 & 3 ergibt Obergruppe 3; Aufnahmenummer 5, rechtes Auge: gleiche Obergruppe wie Aufnahmenummer 1, rechtes Auge.

Für die Meßdaten des linken Auges wird anschließend genauso verfahren.

Die Obergruppen stellen horizontale und vertikale Wertepaare dar, die in ein gemeinsames Fensterintervall fallen. In diesem Beispiel sind dies die Wertepaare, die die gleiche horizontale und vertikale Augenstellung eines Auges repräsentieren.

Die Ergebnisse dieser Obergruppenbildung sind in Fig. 2c zu­ sammengefaßt.

Nun wird die Endauswahl anhand der Obergruppenzuordnung getrof­ fen. Ausschlaggebendes Kriterium ist die größte Anzahl von Wer­ tepaaren in einer Obergruppe: in diesem Beispiel gibt es für das rechte Auge 2 größte Obergruppen mit je 2 Wertepaaren, und für das linke Auge 1 größte Obergruppe mit 3 Wertepaaren.

Dabei werden alle Wertepaare (Aufnahmenummer), die zu einer ma­ ximalen Obergruppe eines Auges gehören, unabhängig davon, ob es nur eine maximale oder mehrere gleich große Gruppen gibt, als zu einer maximalen Obergruppe gehörig markiert. Diese Markie­ rung wird durch ein 'x' in der Fig. 2c dargestellt.

Das hat zur Folge, daß das Wertepaar 4 des rechten Auges und die Wertepaare 1 und 4 des linken Auges als Fehlfixationen er­ kennbar werden, weil sie nicht in einer der größten Obergruppen enthalten sind.

Für die endgültige Auswahl der Wertepaare, hier zur Erkennung der zusammengehörigen Augenstellungen, wird berücksichtigt, wieviele Meßwertepaare jede Obergruppe umfaßt.

Die größte Obergruppe des rechten Auges wird mit der größten Obergruppe des linken Auges verglichen. Dies ist unabhängig da­ von, ob mehrere gleichgroße Obergruppen bei einem Auge vorhan­ den sind. Enthält eine der beiden Gruppen eine größere Anzahl an Elementen als die andere, so werden endgültig zur Weiterver­ wendung die Zeilen der Meßwerttabelle genommen, die dieser Obergruppe angehören.

Sollten die maximalen Obergruppen beider Augen die gleiche An­ zahl an Elementen enthalten, so werden zuerst die Zeilen ausge­ wählt, in denen sowohl das Wertepaar des rechten Auges als auch das Wertepaar des linken Auges gemeinsam als einer Obergruppe angehörig markiert sind. Gibt es dabei weniger gemeinsame Wer­ tezeilen als maximale Anzahl von Elementen in einer größten Obergruppe, so werden zusätzlich jene Zeilen ausgewählt, in de­ nen nur ein Wertepaar als einer größten Obergruppe angehörig markiert ist. Als zufälliges Kriterium wird dabei mit dem rech­ ten Auge begonnen.

In diesem Ausführungsbeispiel sollen maximal 5 Wertezeilen (Aufnahmen) ausgewählt werden. Als Ergebnis der Endauswahl wer­ den die Aufnahmenummern 2, 3 und 5 für die Weiterverwendung markiert, was in Fig. 2d in der Spalte Wahl (Wa) mit einem "x" dargestellt ist.

Man kann eine Mindestzahl von Wertezeilen festlegen, die vor­ handen sein müssen, damit die Augenstellungsbestimmung über­ haupt als verläßlich gelten kann, im vorliegenden Beispiel sind es drei Wertezeilen (Aufnahmen).

Aus den selektierten Daten der zwei Augen setzen sich die aus­ wertbaren Aufnahmen einer Untersuchung zusammen. Um auch Spezi­ alfällen gerecht zu werden, in denen z. B. eine einseitige oder alternierende Fixation, oder ein Augenzittern eines Schielpati­ enten auftritt, oder in denen andere Grenzfälle eintreten, wer­ den in der Obergruppenauswahl und in der Endauswahl Fallunter­ scheidungen vorgenommen, um bestimmte Auswertungsziele zu er­ reichen.

Die nach diesem Schema selektierten Meßdaten können nun bspw. einer Schielauswertung zugeführt werden. Eine Schielauswertung der Daten ist untersucherunabhängig bspw. mit Hilfe der soge­ nannten Strabismus-Index-Methodik durchführbar.

Eine Beschreibung dieser Methodik findet sich beispielsweise in der Veröffentlichung "Statistical validation of a strabismus index calculated from objective ocular alignment data", J. C. Barry et al., Strabismus-1996, Vol. 4, Nr. 2, S. 57-68, deren Offenbarungsgehalt im Hinblick auf die beschriebene Methodik hiermit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.

Die vorzugsweise computergestützte Auswertung der in Fig. 2 an­ gegebenen Meßdaten auf der Grundlage dieser Strabismus-Index- Methodik führt zu einem unauffälligen Befund, so daß davon aus­ gegangen werden kann, daß der untersuchte Proband nicht schielt und einen bestimmten Punkt fixiert hat.

In den Fig. 3a-d sind Tabellen dargestellt, die in ihrem Aufbau denjenigen der Fig. 2 entsprechen und die Meßdaten eines zweiten Probanden beispielhaft enthalten. Auch hier erfolgt, wie bereits beschrieben, zunächst die Zusammenfassung von Meß­ daten zu Clustern, die dann in einem nächsten Schritt ihrer­ seits Gruppen zugeordnet werden. Deutlich zu erkennen ist, daß die horizontalen Meßdaten des rechten Auges (RAH) innerhalb des Fensterintervalls von einem Grad liegen, und somit alle dem Cluster 1 zugeordnet sind. Im Gegensatz dazu schwanken die vertikalen Meßdaten des linken Auges (LAV) in großem Maße, so daß die Meßdaten insgesamt vier Clustern zugeordnet werden.

Ein Vergleich der gebildeten übergeordneten Gruppen hin­ sichtlich des linken und des rechten Auges ergibt, daß die Gruppe mit den meisten Meßdaten die Gruppe 1 für das rechte Au­ ge und die Gruppe 3 für das linke Auge ist. Der Vergleich der Gruppe 1 des rechten Auges und der Gruppe 3 des linken Auges im Hinblick auf die Anzahl der enthaltenen Meßdaten ergibt, daß die Gruppe 1 des rechten Auges die meisten Meßdaten enthält und folglich zur Weiterverarbeitung und Auswertung zu selektieren ist. Damit werden die Meßdaten mit den Nummern 3 und 4 ausge­ sondert, während die in der Fig. 3c und d mit einem "x" gekenn­ zeichneten Meßdaten mit den Nummern 1, 2 und 5 einer weiteren Datenauswertung zugeführt werden.

Unter Zuhilfenahme der Strabismus-Index-Methodik ergibt sich aus diesen selektierten Daten, daß der Proband mit großer Wahr­ scheinlichkeit schielt, so daß eine augenärztliche Untersuchung notwendig erscheint.

Der Vorteil des zuvor beschriebenen Verfahrens besteht somit u. a. darin, daß die Daten ohne Eingriff der untersuchenden Per­ son selektiert und der Auswertung zugeführt werden können. Eine entsprechende Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens wird nun mit Bezug auf die Fig. 4 erläutert.

Die Meßvorrichtung ist in Fig. 4a mit dem Bezugszeichen 10 ge­ kennzeichnet. Sie umfaßt eine Augenstellungs-Meßeinrichtung 12, die mit einer Selektions- und Auswerteeinrichtung 14 über eine Datenleitung 16 verbunden ist. Die Selektions- und Auswerteein­ richtung 14 ist ihrerseits über entsprechende Datenleitungen mit einem Monitor 18, einem Drucker 20 und einem Bedienfeld, beispielsweise einer Tastatur 22, verbunden. Die Tastatur 22 dient zur Eingabe von Daten, beispielsweise persönlichen Daten des Probanden, während der Monitor 18 und der Drucker 20 zur Darstellung der Meßdaten und des Auswerteergebnisses dienen.

Die Augenstellungs-Meßeinrichtung 12 umfaßt bspw. eine Infra­ rot-Lichtquelle 24 und eine Videokamera 26. Die IR-Lichtquelle 24 ist dazu vorgesehen, die Augen 28 eines Probanden zu bestrahlen. Die Videokamera 26 ist auf die beiden Augen 28 aus­ gerichtet, um diese aufzuzeichnen. Die Augenstellung des Pro­ banden wird an Hand der Videoaufnahmen mit bekannten Verfahren ermittelt.

Zur Selektion und Auswertung dieser Augenstellungs-Meßdaten nach dem vorbeschriebenen Verfahren weist die Selektions- und Auswerteeinrichtung 14 einen Speicher 30 auf, in dem die Meß­ daten abgelegt werden. Auf diesen Speicher 30 greift eine Vor­ richtung 32 zum Zusammenfassen von Meßdaten zu Clustern zu. Dieser Vorrichtung 32 nachgeordnet ist eine Zuordnungs­ vorrichtung 34, die die Cluster bestimmten Gruppen zuordnet. Die so ermittelten Gruppen werden von einer Selektions­ vorrichtung 36 in "fixierende" und nicht-fixierende" Gruppen klassifiziert. Die als "fixierend" klassifizierten Meßdaten werden von der Selektionsvorrichtung 36 einer Auswertevorrich­ tung 38 zugeführt, die die Meßdaten auswertet und das Auswer­ tungsergebnis zur optischen Darstellung dem Monitor 18 und/oder dem Drucker 20 übermittelt. In Fig. 4b sind die einzelnen Vor­ richtungen 30-38 jeweils über eine eigene Datenleitung mit­ einander verbunden. Selbstverständlich ist eine Verbindung der einzelnen Vorrichtung auch über eine gemeinsame Busleitung denkbar.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Selek­ tions- und Auswerteeinrichtung 14 Teil eines Computers.

Es zeigt sich, daß mit der beschriebenen Vorrichtung 10 eine automatisierte Erfassung und Auswertung von Augenstellungs-Meß­ daten eines Probanden möglich wird, so daß beispielsweise eine Schieluntersuchung auch von Nicht-Augenärzten durchführbar ist, ohne daß die Qualität des Untersuchungsergebnisses darunter leidet.

Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf die Anwendung im medizi­ nischen Bereich beschränkt. Die Vorrichtung 10 kann bspw. auch dazu verwendet werden, die von einer Person innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls besonders häufig fixierten Punkte herauszufinden. Damit ist auch eine Selbstkalibrierung von Augenstellungs-Meßverfahren möglich, die vor der Messung die Fixierung von bestimmten Punkten durch den Probanden vor­ aussetzen. Dieses läßt sich beispielsweise zur individuellen Kalibrierung in Kamerasuchern einsetzen, die die Blickrichtung des Foto- oder Videographen messen und automatisch auf die ent­ sprechende Bildpartie scharfstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung lassen sich auch dann einsetzen, wenn die Augenstel­ lungs-Meßdaten als Serie von Einzelmessungen der Augenstellung bis hin zu quasikontinuierlichen Messungen oder einer Echtzeit- Messung geliefert werden. Beispiele dafür sind die Kontrolle der richtigen Augenstellung in der Perimetrie (Gesichtsfelduntersuchung) oder bei der photorefraktiven Laser- Chirurgie der Hornhaut, z. B. zur Korrektur von Brechungsfeh­ lern.

Auch die Augenstellungs-Meßdaten, die bei der Fixation eines beweglichen Objekts geliefert werden, sind durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wei­ terverarbeitbar. In diesem Fall werden die gemessenen Augen­ stellungsdaten mit der bekannten Raum-Zeit-Trajektorie des Ob­ jekts verrechnet und die Abweichung von der Sollstellung dem erfindungsgemäßen Selektionsverfahren unterworfen. Die Blick­ tiefe oder Fixationsebene kann auch über die Konvergenz der Au­ genstellung ermittelt werden, wenn man Fixierung nicht nur in einer Ebene, sondern in mehreren Ebenen zuläßt.

Die Beschreibung betraf Ausführungsbeispiele, in denen horizon­ tale und vertikale Augenstellungskomponenten selektiert wurden. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Meßdaten angewendet werden, die die Drehung des Auges um die Stellungsachse (zyklorotatorisch) und/oder die Akkommodati­ onstiefe (Fokusebene des Auges) angeben, oder weitere Meßpara­ meter, die die Augenstellung begleiten. Es müssen dazu ledig­ lich die passenden Fensterintervalle angewendet werden.

Selbstverständlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Selektion von Augenstellungsdaten einsetzen son­ dern allgemein auch für die Selektion beliebiger Daten einer Meßdaten-Reihe.

Claims (16)

1. Verfahren zur Selektion von für die Weiterverarbeitung ge­ eigneten Augenstellungs-Meßdaten eines Probanden aus einer zumindest einem Auge zugeordneten Meßdaten-Reihe, die von einer Augenstellungs-Meßeinrichtung innerhalb eines be­ stimmten Zeitintervalls geliefert wird, mit den Schritten:

• - Abspeichern der Meßdaten;
• - Zusammenfassen von einzelnen innerhalb zumindest ei­ nes vorgebbaren Fensterbereichs liegenden Meßdaten der Meßdaten-Reihe zu Clustern;
• - Zuordnen jeweils eines Clusters zu einer Gruppe, wo­ bei die erste Gruppe das Cluster mit dem zeitlich ersten Meßdatum aufweist und die weiteren Cluster entsprechend der zeitlichen Reihenfolge der Meßdaten weiteren Gruppen zugeordnet werden; und
• - Selektion derjenigen Gruppe als zur Weiterverarbei­ tung geeignet, die die meisten Meßdaten enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Auge zugeordnete Meßdaten-Reihe aus Meßdaten-Paaren besteht, wobei jedes Meßdaten-Paar den horizontalen und den vertikalen Augenstellungs-Winkel angibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Auge eine Meßdaten-Reihe abgespeichert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Meßdaten der Meßdaten-Paare die Zusammen­ fassung zu Clustern durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Meßdaten zu Clustern und anschlie­ ßend zu Gruppen für jedes Meßdatum eines Meßdaten-Paares durchgeführt wird, so daß sich für jedes Meßdaten-Paar ein Gruppen-Paar ergibt, und daß anschließend die Meßdaten- Paare Obergruppen zugeordnet werden, wobei eine Obergruppe jeweils die Meßdaten-Paare enthält, die dem gleichen Grup­ pen-Paar zugeordnet sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterbereich abhängig von dem Alter des Probanden gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die selektierten Meßdaten für das lin­ ke und das rechte Auge miteinander verglichen werden, wo­ bei eine einen bestimmten Wert überschreitende Abweichung auf ein Schielen des Probanden hindeutet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Fensterbereichs lie­ genden Meßdaten zeitlich aufeinanderfolgende Meßdaten sind.

9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Augenstellungs-Meßeinrichtung (12), die innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls für zumindest ein Auge (28) eine Meßdaten-Reihe bildende Meß­ daten liefert, und einer Meßdaten-Auswerteeinrichtung (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten- Auswerteeinrichtung (14) ein Speichermittel (30) umfaßt, sowie Mittel zum Zusammenfassen von Meßdaten zu Clustern, Mittel (34) zum Zuordnen von Clustern zu Gruppen und Mit­ tel (36) zur Selektion einer Gruppe von Meßdaten als zur Weiterverarbeitung geeignet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (32) zum Zusammenfassen von Meßdaten einzelne innerhalb zumindest eines vorgebbaren Fensterbereichs lie­ gende Meßdaten der Meßdaten-Reihe zusammenfaßt, wobei das größte Meßdatum in das erste Cluster und das kleinste Meß­ datum in das letzte Cluster fällt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mittel (34) zum Zuordnen die Cluster in Gruppen aufteilt, wobei das Cluster mit dem zeitlich er­ sten Meßdatum in die erste Gruppe fällt und die weiteren Cluster entsprechend der weiteren zeitlichen Reihenfolge der Meßdaten weiteren Gruppen zugeordnet werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zuordnen ein Mittel zum Zuordnen von Grup­ pen zu Obergruppen aufweist, wobei Meßdaten-Paare zweier Meßreihen gebildet und diese Meßdaten-Paare einer Obergruppe zugeordnet werden, wobei eine Obergruppe je­ weils Meßdaten-Paare enthält, die den gleichen Gruppen zu­ geordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mittel (36) zur Selektion die Gruppe auswählt, die die meisten Meßdaten enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Augenstellungs-Meßeinrichtung (12) eine auf die Augen gerichtete Infrarot-Lichtquelle (24) und eine Videokamera (26) zur Aufnahme der Augen aufweist.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Selbstkalibrierung einer Augenstellungs- Meßvorrichtung.

16. Verfahren zur Selektion von für die Weiterverarbeitung ge­ eigneten Meßdaten aus einer Meßdaten-Reihe, die von einer Meßeinrichtung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls geliefert wird, mit den Schritten:

• - Abspeichern der Meßdaten;
• - Zusammenfassen von einzelnen innerhalb zumindest ei­ nes vorgebbaren Fensterbereichs liegenden Meßdaten der Meßdaten-Reihe zu Clustern;
• - Zuordnen jeweils eines Clusters zu einer Gruppe, wo­ bei die erste Gruppe das Cluster mit dem zeitlich ersten Meßdatum aufweist und die weiteren Cluster entsprechend der zeitlichen Reihenfolge der Meßdaten weiteren Gruppen zugeordnet werden; und
• - Selektion derjenigen Gruppe als zur Weiterverarbei­ tung geeignet, die die meisten Meßdaten enthält.