DE4408858A1

DE4408858A1 - Verfahren zum Erstellen eines klinischen Elektrooculogramms

Info

Publication number: DE4408858A1
Application number: DE4408858A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Behrens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-09-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines klinischen Elektrooculogramms (EOG), bei dem Augen mit Licht (Ganzfeldstimulation) von hell zu dunkel und umgekehrt gereizt und dadurch verursachte Änderungen des corneoretinalen Potentials (CRP) indirekt gemessen werden, indem horizontale Augenbewegungen vorgegebener Amplitude mittels zweier in der Horizontalen liegender Fixationsmarken provoziert werden, wodurch die horizontale Komponente des CRPs zugänglich und mit Oberflächenelektroden im Augenbereich abgeleitet wird.

Die Tatsache, daß zwischen vorderem und hinterem Augenpol (Cornea und Netzhaut) eine Potentialdifferenz besteht (corneoretinales Potential, CRP), wird zur Registrierung von Augenbewegungen benutzt (elektrooculographische Methode, EOG). Werden Elektroden z. B. neben dem Auge an der Nase und an der Schläfe angebracht, läßt sich eine Potentialdifferenz ableiten, die die horizontale Komponente des CRPs darstellt und deren Größe proportional zum Winkel ist um den das Auge sich bewegt hat. Der funktionale Zusammenhang von horizontal abgeleiteter Spannung und Winkel der Augenbewegung wäre nur dann zeitinvariant, wenn sich das CRP nicht änderte. Da die Größe des CRPs jedoch von mehreren Faktoren abhängt, z. B. von der Leuchtdichte des Gesichtsfeldes und auf Leuchtdichteänderungen mit langdauernden Schwankungen reagiert, ist diese Methode der Registrierung von Augenbewegungen nur dann zu verwenden, wenn ständig neue Eichungen durchgeführt werden.

In der Augendiagnostik ist man daran interessiert die Funktionsfähigkeit der Netzhaut bzw. des Pigmentepithels, z. B. die Reaktionen auf Leuchtdichteänderungen zu prüfen. Eine Möglichkeit ist die direkte Messung des CRPs durch Anlegen einer Elektrode auf der Cornea und Registrierung des Potentials gegen eine Bezugselektrode (ERG, Elektroretinogramm). Neben den Schwierigkeiten, konstante Ableitbedingungen über längere Zeit aufrecht zu erhalten, ist das Verfahren für den Patienten unangenehm. Deshalb wurde eine Methode entwickelt (Arden, etwa 1963), die die Änderungen des CRPs indirekt bestimmt.

In umgekehrter Weise wie die oben beschriebene Methode der Registrierung von Augenbewegungen, bei der Änderungen des CRPs als Störungen zu betrachten sind, werden bei diesem klinischen Verfahren Augenbewegungen konstanter Amplitude provoziert und die Abhängigkeit der horizontal abgeleiteten Komponente des CRPs von der Leuchtdichte des Gesichtsfeldes bestimmt. Würde sich das CRP zeitlich nicht ändern, würde man immer eine gleich große horizontale Potentialdifferenz messen. Relative Änderungen des CRPs auf Leuchtdichtesprünge führen zu äquivalenten Änderungen in der horizontalen Komponente.

Bei einer seit Jahren bekannten klinisch angewendeten elektrooculographischen Methode (Klinisches EOG) wird die Änderung der Leuchtdichte dadurch erzielt, daß von der Ausgangsleuchtdichte durch Ausschalten des Lichtes eine Dunkeladaptation erreicht wird. Nach etwa 20 Minuten wird das Licht wieder eingeschaltet, so daß ein Leuchtdichtesprung von etwa 4 Dekaden (4 log. Einheiten) resultiert. Die Größe der horizontalen Komponente des CRPs wird bestimmt, indem der Patient mehrmals zwischen zwei an festen Positionen angebrachten Leuchtdioden (LEDs) hin- und herschaut. Die Amplitude des horizontalen EOGs ist die Differenz der Signale aus rechter und linker Fixation. In zeitlichen Abständen wird diese Prozedur wiederholt.

Die Ableitung des EOGs geschieht vorwiegend mit AC-gekoppelten Verstärkern, denn die Handhabung von DC-Ableitungen, mit der Kompensation von Offset und Drifts, ist für die Klinik zu aufwendig. Fixationen stellen aber DC-Komponenten des Signals dar, die durch das Verfahren nicht genau bestimmt werden können. Es wurde gelegentlich versucht, diesen Nachteil durch Rückrechnung des Signals unter Berücksichtigung der verwendeten Zeitkonstanten zu beheben.

Zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit von Netzhaut bzw. Pigmentepithel wird ein Koeffizient benutzt (Arden-Index), der den Quotienten aus der größten Potentialdifferenz nach dem Hellsprung (in Prozent) und der Potentialdifferenz unmittelbar vor dem Hellsprung darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, das die klinische Interpretation der Meßergebnisse wesentlich erleichtert und sicherer macht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Messung unter kontrollierten Adaptationsbedingungen vorgenommen wird, indem die Leuchtdichte der Ganzfeldstimulation nach wählbaren Zeitfunktionen rechnergesteuert geregelt wird, daß eine zusätzliche Fixationsleuchtmarke in der Mitte zwischen den beiden Fixationsleuchtmarken dazu benutzt wird, einen DC-EOG-Verstärker je Auge offset zu kompensieren, wobei die Ansteuerung der Fixationsleuchtmarken programmgesteuert ist, und daß biologische Artefakte, d. h. durch den Patienten verursachte Fehler im Fixationsablauf eliminiert werden, indem zunächst mittels eines bekannten Algorithmus alle schnellen Augenbewegungen (Saccaden) in den Meßdaten erkannt und eliminiert werden und mittels eines weiteren Algorithmus aus den verbleibenden Fixationen entschieden wird, welche davon fehlerhaft sind und dann aus den bereinigten Daten mittlere Signalamplituden mit Standardabweichungen berechnet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse gegenüber bisher üblichen Verfahren erhöht werden und Artefakte erkannt und automatisch oder interaktiv eliminiert werden, womit die gestellte Aufgabe, d. h. die klinische Interpretation der Meßergebnisse zu erleichtern und sicherer zu machen, in äußerst zufriedenstellender Weise gelöst ist.

Ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens läßt sich aus bekannten Komponenten zusammenstellen. Es bildet dann einen kompletten Meßplatz mit computergesteuerter Reizeinrichtung, Datenaufnahme auf PC und kompletter Datenauswertung.

Zur Ableitung der induzierten Augenbewegungen werden DC-Verstärker benutzt, was den Vorteil hat, daß Fixationen, die stationäre Signale darstellen, präzise gemessen werden können. Der mit der Verwendung von DC-Verstärkern verbundene Nachteil der Berücksichtigung von Offset und Drift wird dadurch eliminiert, daß vor der Auslösung von Augebewegungen (Aufleuchten von LEDs bei ± 20 Grad) eine weitere LED bei 0 Grad aufleuchtet und gleichzeitig eine Offsetkompensation ausgeführt wird. Es ist damit gewährleistet, daß die abgeleiteten Signale immer im Aussteuerungsbereich des nachfolgenden Datenaufnahmesystems liegen und Übersteuerungen vermieden werde.

Die Stimulation, d. h. die Reizung der Augen mit Licht von hell zu dunkel und umgekehrt, erfolgt kontrolliert mit Hilfe eines Ganzfeldstimulators. Hierbei handelt es sich um eine homogen ausgeleuchtete Ulbricht-Kugel, in die der Patient durch eine Öffnung hineinschaut. Die Leuchtdichte wird durch einen Prozessor gesteuert. Im Gegensatz zum bekannten Verfahren, bei dem die Leuchtdichte zu Anfang der Messung in einem Schritt auf einen kleinen Wert eingestellt wird, um eine Dunkeladaptation zu erreichen, wird jetzt die Leuchtdichte logarithmisch verringert. Diese Maßnahme geht auf bekannte Untersuchungen (Täumer, 1975) zurück, die zeigten, daß keine Reaktion des CRPs auf Leuchtdichteveränderungen erfolgt, wenn diese etwa 1 Dekade pro 10 Minuten betragen. Damit wird die anschließende, allein interessierende Reaktion auf den Hellsprung nicht durch die Vorgeschichte des Leuchtdichteverlaufes beeinflußt.

Da die Untersuchung aus Messungen während der Dunkeladaptation und nach dem Hellsprung besteht und die Dunkeladaptation aus physiologischen Gründen für 4 Dekaden ca. 40 Minuten dauert, ergibt sich eine Gesamtmeßzeit von ca. 55 Minuten. Bei entsprechender Voradaptation des Patienten kann die Dunkeladaptationsperiode auf ca. 30 Minuten verkürzen. Um den Nachteil der langen Meßdauer zu kompensieren, wird das erfindungsgemäße Verfahren vollautomatisch durchgeführt. Die Hintergrundleuchtdichte bzw. die in der Kugel angebrachten Fixierlämpchen (LEDs) und das Datenaufnahmesystem werden von einem Microcontroller gesteuert.

Zur Bequemlichkeit des Patienten und zur Vermeidung von Bewegungsartefakten wird die Messung im Liegen durchgeführt. Sie erfolgt simultan für beide Augen, und während der gesamten Dauer der Messung ist eine Kontrolle der Augenbewegung möglich. Eventuell auftretende Störungen in den Ableitbedingungen (beispielsweise nicht einwandfreier Sitz der Elektroden) werden erkannt und können beseitigt werden.

Die Auswertung der Meßergebnisse erfolgt ebenfalls automatisch. Dazu wird ein bekannter Algorithmus zur Trennung von schnellen und langsamen Augenbewegungen bzw. Fixationen verwendet ("An Algorithm Separating Saccadic from Nonsaccadic Eye Movements Automatically by Use of the Acceleration Signal", F. Behrens, L.-R. Weiss, Vision Res. Vol. 32, No. 5, pp. 889-893, 1992). Dadurch ist es möglich, alle vorkommenden Fixationen zu erkennen und zu entscheiden, ob es sich um eine korrekte Fixation oder einen Artefakt handelt. Manche Patienten sind unkonzentriert und fixieren nicht korrekt und korrigieren die Fixation. Ein Algorithmus sondert alle falschen Fixationen aus. Das Ergebnis eines jeden Meßcyclus wird durch Mittelwert und Standardabweichung dargestellt. Der gesamte Verlauf der Messung wird auf einem Bildschirm dargestellt. Eventuelle Artefakte, die der Algorithmus nicht erkennen konnte, z. B. Veränderung der Ableitbedingungen durch Tränensekretion verursachten starke Drifts, können interaktiv beseitigt werden. Zu diesem Zweck werden die Originaldaten eines Meßcyclus für das linke und rechte Auge dargestellt und die vom Algorithmus ausgewählten Fixationen farbig markiert. Falsch ausgewählte Fixationen können ihrerseit markiert werden und werden bei der nachfolgenden Berechnung nicht berücksichtigt. Alle berechneten Daten sowie die eingegebenen Patientendaten können auf einem Drucker bzw. einem Plotter in Form eines Patientenblattes ausgegeben werden. Die Ablage der Daten als Files gestattet eine erleichterte Auswertung von Patientendaten für klinische Erhebungen.

Claims

Verfahren zum Erstellen eines klinischen Elektrooculogramms (EOG), bei dem die Augen mit Licht (Ganzfeldstimulation) von hell zu dunkel und umgekehrt gereizt und dadurch verursachte Änderungen des corneoretinalen Potentials (CRP) indirekt gemessen werden, indem horizontale Augenbewegungen vorgegebener Amplitude mittels zweier in der Horizontalen leitender Fixationsmarken provoziert werden, wodurch die horizontale Komponente des CRPs zugänglich und mit Oberflächenelektroden im Augenbereich abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Messung unter kontrollierten Adaptationsbedingungen vorgenommen wird, indem die Leuchtdichte der Ganzfeldstimulation nach wählbaren Zeitfunktionen rechnergesteuert geregelt wird,
daß eine zusätzliche Fixationsleuchtmarke in der Mitte zwischen den beiden Fixationsleuchtmarken dazu benutzt wird, einen DC-EOG-Verstärker je Auge offset zu kompensieren, wobei die Ansteuerung der Fixationsleuchtmarken programmgesteuert ist, und
daß biologische Artefakte, d. h. durch den Patienten verursachte Fehler eliminiert werden, indem zunächst mittels eine bekannten Algorithmus alle schnellen Augenbewegungen (Saccaden) in den Meßdaten erkannt und eliminiert werden und mittels eines weiteren Algorithmus aus den verbleibenden Fixationen entschieden wird, welche davon fehlerhaft sind und dann aus den bereinigten Daten mittlere Signalamplituden mit Standardabweichungen berechnet werden.