DE3825789C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine nystagmographische Meßein­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die die Beob­ achtung und Aufzeichnung von Augenbewegungen ermöglicht.

Die Beurteilung der Augenbewegungen einer zu untersuchenden Person, im folgenden auch "Patient" genannt, ist ein wichtiges diagnostisches Hilfsmittel bei der klinischen Unter­ suchung bestimmter organischer Störungen.

Im Stande der Tech­ nik sind verschiedene Verfahren bekannt, darunter die Elek­ tro-Nystagmographie (ENG), die Elektro-Okulographie (EOG), die Photoelektro-Nystagmographie (PENG) und die Verwendung der Frenzelbrille.

Die ENG und die EOG nutzen die inhärenten Potentialdifferenzen zwischen Cornea und Retina des Auges (das Cornea-Retina-Poten­ tial) als Hilfsmittel zur Aufzeichnung der Augenbewegungen. Diese Technik beruht auf der Tatsache, daß das Auge als Dipol wirkt, wobei die Cornea relativ zur Retina positiv geladen ist. Dabei wird angenommen, daß die Dipolachse der visuellen Achse entspricht. Elektroden werden auf die an das Auge an­ grenzende Hautoberfläche aufgesetzt und es werden die von Augenbewegungen herrührenden Potentialänderungen auf geeigne­ ten Polygraphen aufgezeichnet. Das mit Wechselstrom arbeitende System ENG nimmt hauptsächlich Augenbewegungen auf, während bei der Gleichstromarbeitsweise der EOG ebenso Augenpositionen wie Augenbewegungen aufgezeichnet werden. Probleme bestehen bei beiden Systemen. Die Hautpotentialantworten bewegen sich im gleichen Frequenzband wie die Augenbewegungen und haben in manchen Fällen größere Amplitude als das Cornea-Retina-Poten­ tial. Eine zweite Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß die Polarisation der Hautelektroden Grundlinienverschiebungen im aufgezeichneten Cornea-Retina-Potential bewirkt, was die Auf­ nahme der sich ergebenden Augenbewegungen verhindern kann. Nachteilig ist weiter, daß keine drehenden Augenbewegungen, d. h. keine Bewegungen des Auges um seine visuelle Achse fest­ gestellt werden können, da der Dipol des Auges in der Drehach­ se verläuft.

Das als PENG bezeichnete Verfahren verwendet auf einer Brille angebrachte infrarotempfindliche photoelektrische Zellen und zeigt die Differenz zwischen von der Sklera und der Iris re­ flektiertem Licht an. Die Differenz in der Reflektivität wäh­ rend der Augenbewegung wird in ein elektrisches für die Anzei­ ge verwertbares Signal umgewandelt. Ähnlich offenbart die DE-OS 32 26 096 eine Nystagmus-Brille, bei der optoelektrische Detektoren sternförmig auf den Brillengläsern im Unschärfebe­ reich des Auges angeordnet sind. Die zu untersuchende Person hat einen ungehinderten Blick durch die Untersuchungsbrille. Waagerechte und senkrechte Augenbewegungen können durch Dif­ ferenzbildung der Signale der auf den Brillengläsern angeord­ neten Sensoren erfaßt und registriert werden. Bei beiden vor­ genannten Verfahren wird das Problem der Elektropolarisation oder der Hautpotential-Artefakte eliminiert, weil keine Ver­ bindung zur Haut hergestellt wird. Lidzittern und Blinzeln jedoch verursachen immer noch Artefakte. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Untersuchungen mit offenen Augen durch­ geführt werden müssen, so daß optische Fixationen nicht aus­ geschlossen sind und unter Umständen den Nystagmus ver­ fälschen. Drehende Augenbewegungen können nicht gemessen wer­ den, weil sich die Reflektivität von Sklera und Iris dabei relativ zu den Infrarotsensoren nicht ändert.

In einem Artikel von John Merchant mit der Bezeichnung "Fixation Point Measurement by the Oculometer Techni­ que", erschienen in: Optical Engineering, Vol. 13, 1974, No. 4, S. 339-342, wird ein Okulometer beschrieben, bei dem die Augenbe­ wegungen mit einer Videoaufzeichnung festgehalten werden. Zur Beleuchtung wird nahes Infrarot verwendet. Diese Videobeobach­ tung des Auges läßt die Pupille weiß und die Iris kontrastarm erscheinen. Nachteilig ist, daß Drehbewegungen des Auges um seine optische Achse ebenfalls nicht festgestellt werden kön­ nen, weil die Iris in jeder gedrehten Position gleich er­ scheint.

Frenzelbrillen (beschrieben in: Straub, W. (Hrsg.), "Die ophthalmologischen Untersuchungsmethoden", Ferdinand Enke Verlag, Stgt., 1976, II. Band, S. 178-180) sind solche Bril­ len, die Linsen von plus 20 Dioptrien sowie eine eingebaute Lichtquelle aufweisen. Sie erlauben die direkte Beobachtung von Augenbewegungen, weil die Linsen als Vergrößerungsgläser wirken. Die mit der Verwendung von Frenzelbrillen verbundenen Schwierigkeiten bestehen darin, daß die optische Fixation nicht völlig ausgeschlossen wird und daß keine bleibende Auf­ zeichnung der Augenbewegung erzielt wird. In der DE-OS 37 22 552 ist eine Weiterbildung der Frenzelbrille beschrieben. Bei der zur Verhinderung der Fixation eine indirekte Beleuchtung vorgesehen ist; auch hier werden die Augenbewegungen jedoch nicht registriert.

Die DD-PS 60 388 beschreibt eine nystagmographische Meßeinrich­ tung, die zur Verhinderung optischer Fixation alles Umgebungs­ licht ausschließt. An einer brillengestellartigen Halterung sind hohle Augenaufsätze und ein die Augen umschließender Lichtschutz angebracht. Die Messung der Augenbewegungen er­ folgt mit einer Kombination aus Infrarotquellen und Infrarot­ detektoren. Mit dieser Einrichtung ist man bereits in der Lage, unwillkürliche Augenbewegungen unter weitgehendem Aus­ schluß von Fixationslichtquellen und unabhängig von der Kopf­ stellung zu messen. Unter Umständen besteht jedoch auch hier die Möglich­ keit einer Fixation durch das IR-Punktlicht. Mit dieser Meß­ einrichtung ist es ferner nicht möglich, komplexe, wie schräge und drehende Augenbewegungen festzustellen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine nystagmographische Meßeinrichtung zu schaffen, die unter Aus­ schluß optischer Fixation beliebige Formen willkürlicher und unwillkürlicher Augenbewegungen zu messen und aufzuzeichnen vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer gat­ tungsgemäßen Meßeinrichtung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vor.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Infrarot-Strahlen­ quelle, die das Auge des Patienten mit nichtsichtbarer Infra­ rotstrahlung beleuchtet. Die Infrarot-Strahlenquelle ist direkt an den sphärischen Augenaufsätzen, die über den Augen des Patienten angebracht sind, befestigt. Alternativ kann die ausgesandte Strahlung faser-optisch übertragen werden. Die Augenaufsätze der Brille sind völlig geschlossen, um jeden Eintritt von Umgebungslicht auszuschließen. Die innere Ober­ fläche der Augenaufsätze ist mit einer reflektierenden Be­ schichtung versehen, die die ausgesandte Infrarotenergie im wesentlichen reflektiert und dispergiert. Die vom Auge der Person reflektierte Infrarotstrahlung wird von einer angekop­ pelten Videokamera aufgezeichnet. Die reflektierte Strahlung wird direkt aufgezeichnet, oder sie kann durch ein fiberopti­ sches Lichtbündel auf eine Relaislinse einer Videokamera über­ tragen werden, die für Infrarotbeobachtung ausgelegt ist. Der Ausgang der Videokamera ist mit einem Monitor und einem Recor­ der für die nachfolgende Analyse verbunden. Da die vorliegende Erfindung auch dann voll funktionsfähig ist, wenn der Patient seinen Kopf bewegt, können auch Augenbewegungen, die Kopfbewe­ gungen folgen, richtig aufgezeichnet werden.

Die Erfindung wird im folgen­ den anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Zusammen­ hang mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Er­ findung mit einer direkt angebundenen Infra­ rot-Videokamera; und

Fig. 2 eine zum Teil geschnittene Ansicht eines kugelförmigen Augenaufsatzes der Meßeinrich­ tung nach Fig. 1, angeordnet vor dem Auge eines Patienten.

Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird am besten Bezug genommen auf die Fig. 1 und 2, in denen ein bevorzug­ tes Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Wie bereits erwähnt, besteht ein grundlegendes Erfordernis bei jedem klinischen Gerät darin, solche Augenbewegungen aufzeichnen zu können, die als Folge von Kopfbewegungen des Patienten auftreten.

Nach Fig. 1 ist eine Brillenanordnung 10 auf die Augen der Versuchsperson aufgesetzt, um zu verhindern, daß Umgebungs­ licht in die Augen des Patienten einfällt. Durch das Abschließen des Untersuchungsbereichs gegen Umgebungslicht wird eine opti­ sche Fixation eliminiert, und es wird die fortgesetzte Auf­ zeichnung wahrheitsgetreuer Augenbewegungsantworten ermög­ licht. Die Brillenanordnung 10 (Fig. 1) umfaßt ein Paar kugel­ förmiger Augenaufsätze 11 und 12, die die Augenhöhlen des Patienten vollständig umschließen und jeglichen Einfall von Umgebungslicht in das Auge des Patienten aus­ schließen. Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, hat der Augenaufsatz 12 einen Lichtschutz 13, der seitlich am Gesicht des Patienten anliegt, um Umgebungslicht abzuhalten. In genau dergleichen Weise, wie es für den Augenaufsatz 12 und den Lichtschutz 13 gilt, weist der Augenaufsatz 11 einen Lichtschutz 14 auf. Das Innere der Augenaufsätze 11 und 12 ist kugelförmig. Die Licht­ schutzteile 13 und 14 sind typischerweise aus einem biegbaren Material gefertigt, das sich den Aus- und Einbuchtungen des Gesichts des Patienten anpaßt. Ein elastisches Band 15 ist mit den Augenaufsätzen 11 und 12 verbunden, um die Brillenanord­ nung 10 in Position zu halten. Damit die vorliegende Erfindung für jeden beliebigen Patienten verwendet werden kann, sind die Augenaufsätze 11 und 12 durch eine Gelenkkupplung 16 verbun­ den, die zwischen den Augenaufsätzen 11 und 12 angebracht ist.

Da es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Aufzeichnung von Augenbewegungen ohne optische Fixation zu gestatten, wird zur Bilderzeugung Infrarotstrahlung in einem für Menschen unsichtbaren Bereich verwendet, d. h. jenseits des roten Endes des Spektrums von sichtbarem Licht. Bei der bevorzugten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Paar von Infrarot-Strahlenquellen 17 und 18 verwendet, vorzugsweise Infrarotlicht emittierende Dioden (IR-LED). Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, erstrecken sich die IR-LEDs 17 und 18 durch die Wände der Augenaufsätze 11 und 12 hindurch in sich ent­ sprechende Positionen oberhalb und unterhalb der optischen Achse 20. Die optische Achse 20 in Fig. 2 ist definiert als die Linie, die die Mittelpunkte der Pupille der Untersuchungs­ person und der direkt gekoppelten Videokamera 19 schneidet. Zwar werden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Infrarot- Strahlenquellen 17 und 18 verwendet, jedoch können diese auch durch eine Anordnung mit einer weißen Lichtquelle ersetzt werden, die mit einem Infrarotfilter gekoppelt ist, der alles im sichtbaren und ultravioletten Frequenzband liegende Licht herausfiltert und nur eine schmale Bandbreite im infraroten, nichtsichtbaren Bereich durchläßt, d. h. ungefähr 0,85 bis 1,00 µm.

Die Videokamera 19 ist eine handelsübliche, lichtstarke Kame­ ra, die auf das nichtsichtbare Infrarotbild des Auges an­ spricht. Aufgrund ihrer geringen Größe kann die Videokamera 19 direkt an den kugelförmigen Augenauf­ sätzen 11 und 12 befestigt werden, und zwar in einer Apertur 21, die auf der optischen Achse 20 liegt. Nach Durchgang durch eine Linse wird das Videosignal von der Videokamera 19 in üblicher Weise verarbeitet. Das Ausgangssignal der Videokamera 19 wird mittels eines elektrischen Kabels 29 zu einem Stan­ dard-Videomonitor 23, der für Echtzeitaufzeichnungen verwendet werden kann, und zu einem Videorecorder 24 übertragen, der alle Ausgangssignale aufzeichnet und die Möglichkeit schafft, Offline-Analysen der Augenbewegungsantworten durchzuführen. Die Daten können auch zwecks Echtzeitanalyse zu einem Computer übertragen werden.

Die kugelförmige Ausführung der Augenaufsätze 11 und 12 ermög­ licht in Verbindung mit der Relativanordnung der IR-LEDs 17 und 18 sowie der auf Videokamera 19 gemäß Fig. 2 die vollstän­ dige Erfassung und Aufzeichnung der horizontalen, vertikalen, schrägen und drehenden Augenbewegungen des Patienten. Um eine vollständige und detaillierte Erfassung und Anzeige der o. g. Augenbewegungen ohne Fixation, d. h. ohne Licht im sichtbaren Spektralbereich, zu erreichen, ist die innere Oberfläche eines jeden der kugelförmigen Augenaufsätze 11 und 12 mit einer reflektierenden Beschichtung 30 versehen, die die von den IR-LEDs 17 und 18 ausgestrahlte Energie in hohem Maße reflek­ tiert und sorgfältig dispergiert. Die in Fig. 2 gezeigte An­ ordnung ermöglicht auch die Aufzeichnung von Drehbewegungen des Auges um seine optische Achse.

Um die drehende Komponente von Augenbewegungen aufzuzeichnen, ist es notwendig, einige Orientierungspunkte auf der Iris 25 aufzunehmen. Wie bereits festgestellt, wird bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach den Fig. 1 und 2 die abbildende Videokamera 19 auf der optischen Achse 20 angeordnet. Da die Iris 25 eine größere Anzahl radial ausge­ richteter Streifen bzw. eine Maserung hat, hebt die Infrarot­ strahlung, die reflektiert und von der Videokamera 19 erfaßt wird, diese Streifenstruktur hervor und erlaubt dadurch, die Drehkomponente der Augenbewegungen des Patienten zu erkennen und anzuzeigen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht die Augenaufsätze 11 und 12 in kugelförmiger Ausführung vor. Alternative Raumformen können angewendet werden, solange sie zu im wesentlichen gleichförmi­ ger Reflexion und Dispersion der emittierten Infrarotenergie innerhalb des von den Augenaufsätzen 11 und 12 umschlossenen Volumens führen.

Während einiger Untersuchungen ist es erwünscht, in den Augen­ aufsätzen 11 und 12 Fixationsquellen zu schaffen. Hierfür ist in Weiterbildung der Erfindung während der Untersuchung eine Beleuchtung des Auges mit sichtbarem Licht aus einer oder mehreren fest angebrachten Quellen vorgesehen. In Fig. 2 sind als Beleuchtung Lichtquellen 31 und 32 für den sichtbaren Spektralbereich gezeigt. Dabei können übliche lichtemittieren­ de Dioden als Punktquellen für die visuelle Fixation einge­ setzt werden. Die gesamte Steuerung der IR-LEDs 17 und 18, der lichtemittierenden Dioden 31 und 32 sowie die Übertragung des Videosignals zum Monitor 23 und zum Videorecorder 24 erfolgen durch das elektrische Kabel 29, das mit der Brillenanordnung 10 in konventioneller Weise verbunden ist.

Claims (9)

1. Nystagmographische Meßeinrichtung zur Aufzeichnung von Augenbewegungen mit einer brillengestellartigen Halterung (10) für zwei Augenaufsätze (11, 12), mit zwei hohlen Augenauf­ sätzen (11, 12), die jeweils eine erste, zum Auge einer zu untersuchenden Person gerichtete Öffnung haben, mit einem an diesen Augenaufsätzen (11, 12) jeweils um die erste Öffnung angeordneten Lichtschutz (13, 14), der den Einfall von Umgebungslicht in die Augen der Person verhindert, mit Infrarot-Strahlenquellen (17, 18), die mit den Augenauf­ sätzen (11, 12) gekoppelt sind und Infrarotlicht auf das Auge der Person abstrahlen, und mit Infrarot-Detektoren (19) zum Messen und Registrieren der Augenbewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Augenaufsätze (11, 12) auf ihrer Innenfläche mit einer reflektierenden Beschichtung (30) versehen sind, die Infrarotlicht reflektiert und dispergiert, daß jeder Augen­ aufsatz (11, 12) eine zweite Öffnung (21) aufweist, die längs der optischen Achse des Auges (20) der ersten Öffnung diametral gegenüberliegt, und daß als Infrarot-Detektoren Videokameras (19) vorgesehen sind, die mit den beiden Augenaufsätzen (11, 12) jeweils durch die zweite Öffnung (21) verbunden sind, wobei von den Videokameras (19) aus der vom Auge reflektierten Infrarot-Strahlung Bilder von horizontalen, vertikalen, schrägen und drehenden Augenbewegun­ gen registriert werden.

2. Nystagmographische Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Augenaufsätze (11, 12) kugelförmig sind.

3. Nystagmographische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokameras (19) auf den optischen Achsen (20) der Augenaufsätze (11, 12) und die Infrarot-Strahlenquellen (17, 18) in einem Winkel hierzu angeordnet sind.

4. Nystagmographische Meßeinrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Infrarot-Strahlenquellen (17, 18) mit je einem Augenaufsatz (11, 12) gekoppelt sind.

5. Nystagmographische Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der optischen Achse (20) und der Achse der Infrarot-Strahlenquellen (17, 18) etwa 15° Bogenmaß beträgt.

6. Nystagmographisches Infrarot-Videogerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot- Strahlenquellen (17, 18) Infrarotlicht emittierende Dioden sind.

7. Nystagmographische Meßeinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot- Strahlenquellen (17, 18) Lichtquellen und damit verbundene Infrarotfilter umfassen, so daß durch die Infrarotfilter Strahlung mit Wellenlängen austritt, die die von sichtbarem Licht übersteigen.

8. Nystagmographische Meßeinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden mit den ersten und zweiten Augenaufsätzen (11, 12), eine Beleuchtungseinrichtung (31, 32) vorgesehen ist, die Licht im sichtbaren Spektral­ bereich auf das Auge der Person abstrahlt.

9. Nystagmographische Meßeinrichtung nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (31, 32) eine licht­ emittierende Diode umfaßt, die Energie im sichtbaren Spektral­ bereich abstrahlt.