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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Analyse der Bewegung des Auges oder der Augen eines Patienten,
das heißt eines menschlichen oder tierischen Wesens.
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Das technische Gebiet der Erfindung ist das der Herstellung
einer Vorrichtung zum Messen der Bewegung der Augen.
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Der Nutzen der Erfindung liegt vor allem im medizinischen
Bereich. Ihre bevorzugte Anwendung ist die Erforschung von
Schwindel und Gleichgewichtsstörungen, die eine der
hauptsächlichen Pathologien sind, denen die Ärzte gegenüberstehen (ein
Kranker auf zwanzig in der Allgemeinmedizin).
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Auf diesem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung wird das
Auge als ein Nachweis der Aktivität des Vorhofes (oder des
hinteren Labyrinths) betrachtet, der ein Gleichgewichtsorgan
ist, welches sich im inneren Ohr befindet, das für die
absolute Position ebenso wie für Bewegungen des Kopfes empfindlich
ist. Dieses Organ beeinflußt auf dem Reflexwege (somit
ungewollt) den Tonus aller Skelettmuskeln, insbesondere den der
Augenmuskeln. Wenn es stimuliert wird, entweder durch
Bewegungen des Kopfes oder in künstlicher Weise insbesondere durch
thermische Vorgänge im Innenohr, kann der Vorhof automatische
Bewegungen der Augen oder Nystagmus induzieren, die für die
beiden Augen synchron sind. Folglich ist die Beobachtung
irgendeines dieser beiden Augen (wenn die Augenmuskulatur
normal ist) eine ausgezeichnete Wiedergabe der Arbeitsweise
des Vorhofes. Jedoch muß man eine wesentliche Einschränkung
berücksichtigen, die aus der Tatsache herrührt, daß das Auge
auch auf visuelle Reize antwortet und daß das Sehsystem
vorranging und leistungsfähiger als das des Vorhofes ist: die
Beobachtung des Nystagmus beweist somit das Arbeiten des
Innenohres nur, wenn sich der Patient in totaler Dunkelheit
befindet, das heißt, wenn seine beiden Augen kein sichtbares
Licht empfangen.
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Um den Vorhof über den Augenbewegungsbeweis zu prüfen, muß man
somit mehrere Bedingungen vereinen:
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- die Augenbewegungen müssen dauernd während aller
Prüfungen der Untersuchung beobachtet und/oder analysiert
werden können.
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- Die Untersuchung muß die Normalität der willkürlichen
Augenbewegungen und Reflexe visuellen Ursprungs während
Prüfungen, die "Nachführungsprüfungen" genannt werden,
verifizieren können, die darin bestehen, feste oder
bewegliche Ziele oder visuelle Stimuh, die dem
Patienten vorgelegt werden, in die Umgebung zu projizieren.
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- Die natürlichen Vorhof-Stimuli der Bewegung, denen der
Patient ausgesetzt ist und für die man die
Augenbewegungs-Antwort studiert (im wesentlichen die Bewegungen
seines Kopfes in bezug auf die Umgebung oder seines
Kopfes in bezug auf seinen Brustkasten) müssen zur
selben Zeit wie die Bewegungen des zum Nachweis
benutzten Auges registriert und analysiert werden.
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- Die Prüfung muß Tests einschließen, die "Vorhof-Tests"
genannt werden, während denen das totale Fehlen
sichtbaren Lichtes nur bei dem Patienten notwendig ist.
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Um besser das Ziel der vorliegenden Erfindung zu verstehen,
muß man auch die Tatsache berücksichtigen, daß die Bedingung
der Abgedichtetheit gegen sichtbares Licht, wenn diese
unvermeidbar bei der Prüfung der Vorhofaktivität ist, beschränkend
in dem Fall von weiter eingeschränkten Untersuchungen werden,
kann, die durch andere Ärzte durchgeführt werden, für die die
Beobachtung und die Analyse der Augenbewegungen von leicht
abgewandeltem Interesse sind, wenn beispielsweise nur
Nachfolgeprüfungen oder auch Folge- und Blickanalysen durchgeführt
werden. In diesem Fall könnte eine Vorrichtung gemäß der
bevorzugten Anwendung ungeeignet sein, da sie bei ihrer
Realisation nicht vorsieht, daß die Lösung, die die Bedingung der
Abgedichtetheit nach sich zieht, nur als sekundäre Option,
zusätzlich und unabhängig von der Basis-Vorrichtung,
ausgeführt werden wird.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine
Vorrichtung und ein Beobachtungsverfahren zur Verfügung zu
stellen, zum Messen und für die Analyse der Bewegungen des
Auges, die es erlauben, während der gleichen bevorzugt
medizinischen Prüfung die vier folgenden Prioritäten auszuführen,
mit der Ausnahme der letzteren für bestimmte Untersuchungen,
nämlich in der Prioritätsreihenfolge, zuerst die
Notwendigkeit, die Bewegung eines Auges wenigstens während der gesamten
Untersuchung beobachten und/oder analysieren zu können,
zweitens die Notwendigkeit, das Gesichtsfeld eines Auges
wenigstens gegenüber der Umgebung freigeben zu können, drittens die
Notwendigkeit, gleichzeitig mit den Bewegungen eines Auges
wenigstens alle visuellen und über den Vorhoflaufenden
Augen-Stimuh beobachten und/oder analysieren zu können, das
heißt, die Bewegungen sichtbarer Ziele in bezug auf den Kopf,
die Bewegungen des Kopfes in bezug auf die Umgebung und die
Bewegungen des Kopfes in bezug auf den Brustkorb, viertens die
Notwendigkeit, vollständig die beiden Augen gegenüber
jeglichem sichtbaren Licht zu verdunkeln, das heißt, den Patienten
in vollständiges Schwarz während eines Teiles der Untersuchung
bringen zu können.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zur Verfügung zu stellen, die ergonomisch ist, die sich an die
Morphologie und/oder den Blick des Patienten anpassen kann
und wirtschaftlich, kompakt und leicht sein kann.
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Man kennt bereits aus der Patentanmeldung EP 125 808
(WEINBLATT) eine Vorrichtung zum Messen der Bewegung der Augen,
die ein Brillengestell aufweist und die, wie es in der Figur 2
dieses Dokumentes dargestellt ist, eine Umgebungskamera
aufweist, die an einer festen Optik auf einem Bügel der Brille
durch optische Fasern angeschlossen ist und die gleichermaßen
eine Beobachtungskamera für das Auge aufweist, die mit einer
Optik verbunden ist, die auf dem Brillengestell befestigt
ist, gleichermaßen durch Zwischenschaltung optischer Fasern;
wobei die Videosignale, die durch die beiden Kameras erzeugt
werden, kombiniert werden, um ein Bild zu liefern, das der
Überlagerung des Umgebungsbildes mit dem Bild des Auges
entspricht, wobei die Bilder durch die beiden Kameras beobachtet
werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen
und zur Analyse der Bewegung der Augen zur Verfügung zu
stellen, welche eine Beobachtungskamera für das Auge und eine
Beobachtungskamera für die Umgebung aufweist, in die der
Patient gebracht wird, die in bezug auf diejenige verbessert
ist, die in dem obengenannten Dokument beschrieben ist, wobei
sie immer mit der Hauptaufgabe kompatibel bleibt. Man kennt
gleichermaßen weitere Patente oder Veröffentlichungen über
Vorrichtungen zum Messen der Bewegung der Augen, die eine
Umgebungskamera zusammen mit einer Beobachtungskamera für das
Auge aufweisen, bei denen die Umgebungskamera so angeordnet
und ausgestattet ist, daß sie näherungsweise oder genau das
Gesichtsfeld des Beobachters sichtbar macht. Dieses letztere
Ziel wird nicht geteilt, was die vorliegende Erfindung
betrifft, für die das Sichtbarmachen der Umgebung die einzige
Funktion der Beobachtung und der Berechnung der
Relativbewegungen von Gegenständen der Umgebung in bezug auf den Kopf des
Patienten (Beobachter) hat und folglich nicht vollständig dem
Gesichtsfeld des Beobachters entsprechen könnte (da in einer
speziellen Konfiguration der Vorrichtung nichts daran hindert,
die Gegenstände der Vorrichtung auf die Ebene des Prüfstückes
zu legen oder zu projizieren und die Umgebungskamera nach oben
zu richten), was zum Vorteil hat, daß der vorliegenden
Erfindung eine Freiheit im Aufbau der Vorrichtung erlaubt ist,
gemäß Kriterien, die an die bevorzugte Untersuchung angepaßt
sind und die auf die Positionierung der Umgebungskamera in
bezug auf die Augenkamera hinauslaufen.
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Die Ziele der Erfindung werden erreicht, indem eine
Vorrichtung zur Analyse der Bewegung des Auges zur Verfügung gestellt
wird, mit einer ersten Videokamera, die ein erstes Videosignal
liefern kann, das für ein Bild des Auges repräsentativ ist,
wobei die Vorrichtung weiterhin eine zweite Videokamera
aufweist, die wenigstens ein zweites Videosignal liefern kann,
das repräsentativ für ein Bild einer Umgebung ist, wobei die
erste Kamera und die zweite Kamera auf einer Brillenfassung
angebracht sind, bei der die erste Kamera und die zweite
Kamera mechanisch starr miteinander verbunden sind und einen
Teil eines abnehmbaren Moduls bilden und bei der die erste
Kamera und die zweite Kamera Haltepunkte ihrer jeweiligen
Szenen haben, die näher beieinander liegen.
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Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Messen und zur
Analyse der Bewegung der Augen mit einer Beobachtungskamera für
das Auge und einer Beobachtungskamera für die Umgebung, in
die der Patient gebracht wird, zur Verfügung, die eine
Konfiguration der Position dieser beiden Kameras (der einen in
bezug auf die andere) ausnutzt, die gleichzeitig mechanisch am
praktischsten und derart optimal ist, daß die Berechnungen für
die relativen Bewegungen der Gegenstände der Bilder des Auges
und der Umgebung in bezug auf zwei Kameras einfacher,
schneller und genauer sind, so daß die Komponenten dieser Bewegungen
leichter untereinander zu korrelieren sind, und die zuvor
notwendigen Einstellungen und Eichungen, bevor die Messungen
durchgeführt werden, vereinfacht sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung
eine Vorrichtung zum Messen und/oder zur Analyse der Bewegung
des Auges und/oder der Bewegungen der Augen eines Patienten,
das heißt eines menschlichen oder tierischen Wesens, zur
Verfügung, die wenigstens eine erste Videokamera, die für
Infrarotlicht empfindlich ist und insbesondere für das Licht
aus dem Bereich des nahen infraroten, und bevorzugt für einen
Teil wenigstens des sichtbaren Lichtes empfindlich ist, wobei
die erste Videokamera wenigstens ein erstes Videosignal
liefern kann, das repräsentativ für ein Bild des Auges ist; die
Vorrichtung weist weiterhin eine zweite Videokamera auf, die
empfindlich für das Infrarotlicht ist und insbesondere für
das Licht im Bereich des nahen Infraroten, bevorzugt für einen
Teil wenigstens des sichtbaren Lichtes empfindlich ist, wobei
die zweite Videokamera wenigstens ein zweites Videosignal
liefern kann, das repräsentativ für ein Bild einer Umgebung
ist, sowie zumindest eines Objektes und/oder einer Szene
und/oder eines Tisches und/oder eines Bildschirmes, auf den
ein Bild projiziert werden kann, wobei die Umgebung nahe
und/oder in die Nähe des Patienten gelegt ist; wobei die erste
und die zweite Kamera auf einer Maske oder einem
Brillengestell angebracht sind, so daß sie von dem Patienten getragen
werden können, wobei die erste und zweite Kamera mechanisch im
wesentlichen starr untereinander verbunden sind; wobei die
Vorrichtung ein leicht abnehmbares oder durch Einschieben oder
Einklemmen beispielsweise auf die Maske austauschbares Modul
aufweist, wobei das Modul die erste und zweite Videokamera
umfaßt, und die erste und zweite Kamera Haltepunkte ihrer
jeweiligen Szenen haben (das heißt beispielsweise ihren
optischen Brennpunkt oder ihre Bild-Brennebene), die einander
angenähert sind und bevorzugt im wesentlichen übereinstimmen,
und Achsen ihrer jewiligen Sichtfelder haben, die Zeilen oder
Spalten ihrer beiden Bilder entsprechen, die wenigstens eine
gemeinsame Richtung haben.
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Vorteilhaft haben die erste und zweite Kamera jeweilige
optische
Achsen, die im wesentlichen parallel zueinander sind und
nahe beieinander liegen, bevorzugt im wesentlichen
übereinstimmen, wobei die erste und zweite Kamera in bezug
aufeinander in einer Konfiguration "verkehrt herum" oder "Rücken an
Rücken" angebracht sind, das heißt symmetrisch in bezug auf
eine Mittelebene, die im wesentlichen senkrecht zu der
Richtung ist, in die der Patient die Umgebung betrachtet, das
heißt, die Symmetrieebene ist im wesentlichen vertikal und
senkrecht zu der Sicht- oder Beobachtungsachse des Patienten.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung Einrichtungen zum
Digitalisieren des zweiten Videosignals auf, wobei die Vorrichtung
Einrichtungen für die Analyse und/oder die Behandlung der
numerischen Daten umfaßt, die dem zweiten digitalisierten Signal
und/oder den erhaltenen digitalisierten Umgebungsbildern
entsprechen, wobei die Analyseeinrichtungen Einrichtungen für
das Herausziehen der Kontur aufweisen, bevorzugt Einrichtungen
für die Identifikation wenigstens eines Objektes, das in dem
Umgebungsbild erscheint, aufweist, und Einrichtungen für die
Berechnung der Koordinaten des Objektes aufweist.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung Einrichtungen zum
Digitalisieren des ersten Videosignales und Einrichtungen für die
Analyse der erhaltenen digitalisierten Bilder des Auges auf,
wobei die Einrichtungen für die Analyse und/oder die
Bearbeitung der numerischen Daten, die dem digitalisierten ersten
Videosignal entsprechen, spezielle Einrichtungen für die
Erfassung der Pupille und Einrichtungen für das Herausziehen
von Konturen von Objekten aufweist, Einrichtungen für die
Identifikation dieser Objekte und Einrichtungen für die
Berechnung der Koordinaten der Mitte der Pupille und anderer
Objekte, die aus dem Bild des Auges herausgezogen worden sind.
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Vorteilhaft weist das Modul, das die erste und zweite
Videokamera umfaßt, einen ersten monochromen Matrix-CCD-Aufnehmer
und einen zweiten monochromen Matrix-CCD-Aufnehmer auf, wobei
der erste und zweite CCD-Aufnehmer bevorzugt identisch sind
und in zwei Ebenen angeordnet sind, die im wesentlichen
zueinander parallel sind, senkrecht zu den im wesentlichen
übereinstimmenden optischen Achsen der Kameras und symmetrisch in
bezug auf die Symmetrieebene, wobei die Ebenen und/oder die
CCD-Aufnehmer sehr nahe beieinander liegen, beispielsweise
sich in einem Abstand befinden, gemessen auf der gemeinsamen
optischen Achse der Kamera, der in der Größenordnung von 1
bis 50 mm liegt, bevorzugt in einem Abstand nahe oder kleiner
als 10 mm.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung Einrichtungen für die
Synchronisation der ersten und zweiten Videosignale und
Multiplex-Einrichtungen der ersten und zweiten Videosignale auf, um
ein erstes gemultiplextes Videosignal zu bilden, welches aus
zwei geraden und ungeraden Teilen besteht, von denen der eine
(gerade oder ungerade) dem gleichzeitigen Teil des ersten
Videosignales entspricht und wobei der zweite (jeweils
ungerade oder gerade) dem gleichzeitigen Teil des zweiten
Videosignales entspricht.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung Einrichtungen für die
Synchronisation der ersten und zweiten Videosignale und
Multiplex-Einrichtungen für die ersten und zweiten Videosignale
auf, um ein gemultiplextes zweites Videosignal zu bilden,
wobei das gemultiplexte zweite Videosignal aus zwei geraden
und ungeraden Teilen besteht, die jeweils eine
aufeinanderfolgende Anordnung von Zeilen aufweisen, die bevorzugt
abwechselnd identisch mit Zeilen des ersten und zweiten
Videosignales sind, die jeweils von der ersten und zweiten
Videokamera ausgegeben werden.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Maske oder ein
Brillengestell auf, das durch Einschieben oder Einklemmen mit zwei
Modulen versehen werden kann, welche aus einer Gesamtheit von
Modulen ausgewählt sind, welche die Vorrichtung ausstatten,
wobei die Gesamtheit der Module wenigstens zwei abnehmbare
Module umfaßt, wobei die Module einerseits das Hauptmodul,
bestehend aus einer Beobachtungskamera des Auges und einer
Beobachtungskamera der Umgebung, und andererseits ein Modul
für die Beobachtung und/oder die Analyse des Auges mit einer
einzigen Kamera sind, wobei die Module alle beide
Einrichtungen, so wie Dioden, zum Beleuchten des Auges mit
Infrarotlicht aufweisen.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Maske oder ein
Brillengestell auf, das mit Vorrichtungen zum Abdichten gegen das
Licht versehen ist, derart, daß das Einschieben oder
Aufklemmen der beiden Module auf die Maske es erlaubt, vor den
Augen des Patienten eine schwarze Kammer oder ein Volumen zu
bilden, das gegen äußeres sichtbares Licht dicht ist, und
vorteilhaft weist die Gesamtheit der Module der Vorrichtung
ein besonderes Modul auf, welches eine Abdeckung oder
Verdunkelung oder einen Verschluß aufweist und keine Kamera
besitzt. Im übrigen erlaubt es das Zurückziehen eines dieser
Module aus der Maske, vorteilhaft vor einem der Augen des
Patienten, eine Öffnung freizulegen, die es ihm erlaubt, die
Umgebung unter einem ausreichenden Winkel zu sehen (+/- 25º,
nämlich 50º wenigstens insgesamt).
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Vorteilhaft weist eines der Module der Vorrichtung für
bestimmte Untersuchungen, die eine hohe Erfassungsfrequenz der
Augenbewegungen erfordern, eine Kamera für die Beobachtung
und/oder die Analyse des Auges und Einrichtungen, so wie
Dioden, zum Beleuchten des Auges mit infrarotem Licht und
Einrichtungen, so wie Photoempfänger, für die Lichtintensität,
die von dem Augapfel reflektiert wird, auf.
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Vorteilhaft weist die Umgebung oder das Umfeld wenigstens
eine kontrastreiche Markierung oder einen kontrastreichen
Gegenstand, fest oder beweglich, auf, und bevorzugt weist die
Vorrichtung Projektionseinrichtungen für wenigstens einen
Lichtfleck aus sichtbarem oder infrarotem Licht auf dem Umfeld
oder der Umgebung auf, wobei der Lichtfleck einen der festen
oder beweglichen kontrastreichen Markierungen bildet, wobei
die Projektionseinrichtungen bevorzugt mechanisch am Körper
des Patienten befestigt sind, bevorzugt am Oberkörper des
Patienten.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung zweite
Beleuchtungseinrichtungen für die Umgebung und/oder zum Projizieren einer
Markierung in der Umgebung auf, wobei die Beleuchtungseinrichtungen
bevorzugt mechanisch mit dem abnehmbaren Modul verbunden sind.
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Die Meßvorrichtungen gemäß der Erfindung zeigen zahlreiche
Vorteile.
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Tatsächlich, dank der modularen Konfiguration der Vorrichtung,
die das Augen-Beobachtungsmodul und die Maske, die als
Funktion die Befestigung dieses Moduls auf dem Kopf hat,
unabhängig macht, kann die Maske frei gegen sichtbares Licht dicht
oder nicht dicht gewählt werden, den Erfordernissen der
Untersuchung entsprechend. Dank dieser möglich gewordenen Wahl kann
man für bestimmte Untersuchungen ein Brillengestell verwenden,
das auf seine einfachste Ausgestaltung reduziert ist, das
heißt, beispielsweise einzig aus einem einzigen Okular
besteht, in das ein Modul eingeschoben oder eingeklemmt werden
kann, was es erlaubt, vollständig das Sichtfeld eines Auges
wenigstens freizugeben, was somit einen größeren Vorteil für
das Studium der Blickposition liefert. Im übrigen, dank zweier
Öffnungen, die in einer dichten Maske ausgebildet sind, und
der abnehmbaren Schirme, die durch unterschiedliche Module
gebildet werden, ist die Vorrichtung ebenso für Untersuchungen
bei Vorliegen sichtbaren Lichtes bereit, für die ein
ausreichendes Sichtfeld durch eine Öffnung besteht, wie für
Untersuchungen, bei denen eine "schwarze" Kammer, abgedichtet
gegen das äußere sichtbare Licht, vor den Augen des Patienten
vorgesehen werden muß.
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Dank des Hauptmoduls der Vorrichtung mit der Eigenschaft, daß
es abnehmbar und leicht in der Hand zu halten ist, kann dieses
Modul verwendet werden, bevor es auf der Maske positioniert
wird, die von dem Patienten zu tragen ist, indem es einfach
mit den Fingerspitzen eines Bedieners oder Arztes gehalten
wird, um bei dem Analysesystem ein oder mehrere bestimmte
Objekte der Umgebung, die zu identifizieren sind, anzugeben,
indem beispielsweise das Modul derart ausgerichtet wird, indem
die Objekte nacheinander ungefähr in die Mitte des Bildes
gebracht werden, das von der Umgebungskamera geliefert wird,
wobei diese anfängliche Identifikation nützlich ist, um die
Eigenschaften dieser Objekte ins Gedächtnis zu rufen und es
schließlich zu erlauben, die relativen Bewegungen des Moduls
(und somit die Bewegungen des Kopfes des Patienten) zu
quantifizieren, ausgehend von der Identifikation im nachherein der
Position dieser selben Objekte, die in dem Bild verschoben
worden sind. Tatsächlich kann es schwierig sein, diese
Operation von dem Patienten selbst durchführen zu lassen, indem er
seinen Kopf bewegt, während das Modul sich auf seiner Maske
befindet, da der Patient nicht notwendigerweise den
Sichtschirm sieht, auf dem das Bild erscheint, welches von der
Umgebungskamera geliefert wird.
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Dank des Aufbaus, gemäß dem die beiden Kameras des Hauptmoduls
Haltepunkte ihrer jeweiligen Szenen haben, die einander
angenähert sind und bevorzugt übereinstimmen, schaltet man, indem
man ihn aufhebt oder indem man ihn vernachlässigt, einen
störenden Parameter aus, da es keinen Winkelabstand zwischen
den optischen Achsen gibt, der in die Transformation der
Winkelkoordinaten eingeht, welche von Objekten der Markierung
einer Kamera zu der einer anderen auftreten und die man
gezwungen ist abzuschätzen, um die notwendigen Winkelkorrekturen
durchzuführen, die Entfernungen der Kamera zu den benutzten
Objekten für die Berechnung ihrer Bewegungen. Dank dieses
Aufbaus wird die Kenntnis und schwierige Verwendung dieser
sehr fluktuierenden Entfernungen unnotig gemacht, was
insbesondere vorteilhaft in dem Fall der Konfiguration, die
"verkehrt herum" ist, ist.
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Dank des Aufbaus, gemäß dem die beiden Kameras Achsen ihrer
jeweiligen Sichtfelder haben, die Zeilen oder Spalten ihrer
beiden Bilder entsprechen, die wenigstens eine gemeinsame
Richtung teilen, können die reinen horizontalen Bewegungen des
Auges bei geradem Kopf (oder die horizontalen Bewegungen der
Maske in bezug auf den Kopf) den reinen horizontalen
Bewegungen von festen Objekten in der Umgebung entsprechen, und die
reinen vertikalen Bewegungen des Auges bei geradem Kopf (oder
die vertikalen Bewegungen der Maske in bezug auf den Kopf)
können den reinen vertikalen Bewegungen der festen Objekte des
Dekors entsprechen, was es erlaubt, daß die Komponenten dieser
Bewegungen, die durch elektronische Behandlung von Bildern
berechnet werden, bei einer Untersuchung gewöhnlich
unmittelbar verfügbar sind, ohne Kalibrierung, für die Analyse und die
Korrelation der Bewegungen, was die Berechnungen vereinfacht,
die auch schneller und einfacher in Echtzeit auf einem
einfachen Mikrocomputer durchzuführen sind.
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Dank des Aufbaus, gemäß dem die beiden Kameras im inneren
eines Moduls oder Gehäuses angebracht sind, das abnehmbar
ist, und bevorzugt, wenn die beiden Kameras "verkehrt herum"
angebracht sind, ist der Raumbedarf der beiden Kameras auf das
Minimum reduziert, und das Vorliegen der Umgebungkamera
vergrößert nicht das Gesichtsfeld des Patienten, das bereits von
der ersten Augenbeobachtungskamera verdeckt ist, in dem Fall
der Verwendung einer Augenbeobachtungskamera und einer
Beobachtungskamera der Umgebung und/oder identischen
entsprechenden CCD-Aufnehmern, sind die Kameras und die CCD-Aufnehmer
leichter in demselben Gehäuse unterzubringen, das die
elektronischen Einrichtungen für die Vorbehandlung der Signale
enthalten kann, die von den CCD-Aufnehmern ausgegeben werden,
und was die Verbindung zwischen dem festen, aber lösbaren
Modul an dem Brillengestell und der Vorrichtung zum Behandeln
der Signale, die in einem Mikrorcomputer enthalten sein kann,
vereinfacht.
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Dank des modularen Aufbaus, der bevorzugt "verkehrt herum"
ist, was es erlaubt, am besten die beiden Kameras im inneren
eines Gehäuses oder Hauptmoduls aneinanderzubringen, gemäß dem
das Gehäuse oder Modul, das fest, jedoch abnehmbar auf dem
Brillengestell angebracht ist, elektronische Einrichtungen für
die Steuerung und Synchronisation der Messungen der
CCD-Aufnehmer aufweist, kann man parasitäre elektromagnetische
Erscheinungen vermeiden, die mit den Meßsignalen interferrieren
könnten; schließlich kann das Gehäuse oder abnehmbare Modul
die Elektronik für die Versorgung der Beleuchtungsdioden des
Auges mit infrarotem Licht und für den Empfang von Signalen,
die von den Photoempfängern geliefert werden, enthalten, für
den Fall der Verwendung derartiger Photoempfänger, die in das
Modul integriert sind und die es erlauben, wenigstens zwei
Komponenten der Augenbewegung zu beobachten, mit einer
Bandbreite, die viel größer ist als die Video-Standardbandbreite,
die in der Größenordnung von 25 Hertz liegt.
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Dank des Aufbaus der Kameras und/oder der CCD-Aufnehmer, deren
optische Achsen übereinstimmen und die "verkehrt herum"
eingebaut sind, sind die Bilder, die von den Kameras geliefert
werden, einfacher zu korrelieren, und die Berechnung der
Bewegungen der Objekte der Umgebung, insbesondere in bezug auf
die Position der Augen, ist genauer; wegen der Stelleung der
Kameras, deren Achsen übereinstimmen, ist die Kalibrierung der
Vorrichtung vereinfacht; tatsächlich, in dem Fall eines
möglichen zeitweiligen Zurückziehens der Maske oder des
Brillengestells durch den Patienten oder einer einfachen Neueinstellung
des Gestells in bezug auf den Kopf des Patienten, ruft die
Neueinstellung eine Unbestimmtheit in der Position der Kameras
in bezug auf den Kopf hervor, die Fehler in den Bewegungen
vergrößern können, die ausgehend von den Bildern der Kameras
berechnet werden. Wegen der Fehlerkorrektur bei den
Augenbewegungen, die wenigstens teilweise durchgeführt werden kann,
indem man als Referenzmarkierung natürlich kontrastierte
Bereiche des Gesichtes benutzt, die in bezug auf den Kopf fest
sind und wegen des Aufbaus "verkehrt herum", können die Fehler
in den Bewegungen der Objekte der Umgebung auch zumindest
teilweise korrigiert werden, indem man sich derselben
Markierung bedient, was es ermöglichen kann, eine neue Kalibrierung
aufgrund dieser Neueinstellung der Maske zu vermeiden.
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Wegen des Aufbaus der Vorrichtung, die bevorzugt mit einer
dichten Maske verwendet wird, für die in der Maske zwei
Augenöffnungen vorliegene, die durch zwei unterschiedliche
abnehmbare Module verschließbar sind, kann man jedes Auge mit einem
unterschiedlichen Modul und somit gegebenenfalls mit
unterschiedlichen Analyseverfahren für unterschiedliche Aufnehmer,
mit unterschiedlichen Beleuchtungen beobachten und/oder
analysieren und somit gleichzeitig auf beiden Augen zwei
unterschiedliche Analysen oder Prüfungen durchführen, die unmöglich
gleichzeitig an demselben Auge durchgeführt werden können. Zum
Beispiel in dem Fall, daß es schwierig wird, auf eine kleine
Fläche desselben Moduls Dioden, Photoempfänger und Objektive
zu positionieren, die für eine besonders anspruchsvolle
Analyse notwendig sind (wie beim ruckartigen Bewegen des Auges,
was eine vergrößerte Bandbreite in der Größenordnung von 250
Hz erfordert), kann man ein rechtes Modul verwenden, das mit
Dioden und mit dem Objektiv ausgestattet ist, und ein linkes
Modul, das mit Dioden und Photoempfängern ausgestattet ist.
Diese Spezialisierung oder Differenzierung der Module ist im
übrigen aufgrund der Tatsache notwendig, daß es unnötig und
somit kostspielig ist, zwei Umgebungskameras zu verwenden,
somit ist es vorteilhaft, die beiden Augen gleichzeitig im
Schwarzen zu beobachten und/oder zu analysieren, mit einem
Modul, das mit einer einzigen Kamera vom Okular-Typ
ausgestattet ist, welches das Hauptmodul begleitet, das mit zwei
Modulen versehen ist. Es ist gleichermaßen vorteilhaft, daß
man ein auf seine einfachste Funktion als Schirm oder
"Verschluß" reduziertes Modul verwenden kann, um
Einzelaugenprüfungen durchzuführen, die im allgemeinen ausreichend sind und
somit die Vorrichtung entlasten.
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Wegen des Aufbaus der Vorrichtung, welche die Einrichtungen
aufweist, die auf ein einziges Auge oder auf die beiden Augen
für die Analyse der synchronen Augenbewegungen durch die
Kamera gerichtet sind, mit gleichzeitig Analyseeinrichtungen
für die Augapfelbewegungen durch Aufnehmer für die
Lichtintensität, die von dem Augapfel reflektiert wird, so wie
Photoempfängern, sieht man zwei komplementäre Bandbreiten der
Analyse dieser Bewegungen vor, jeweils mit niedriger Frequenz
und mit hoher Frequenz, die vorteilhaft durch eine
Verarbeitungsoperation des Signals kombiniert werden können, das
aus einer Addition für jede horizontale oder vertikale Achse
entstehen kann, einerseits aus Augenbewegungen, die durch
Photoempfänger registriert werden und aus einem Hochpaßfilter
(> 25 Hz) austreten und andererseits aus Augenbewegungen, die
durch Bildbearbeitung berechnet werden und aus einem
Tiefpaßfilter (< 25 Hz) austreten, derart, daß eine hochfrequente
Augen-Antwort gebildet wird, die ohne Kalibrierung (oder mit
automatischer Kalibrierung) auf die exakten Augenbewegungen
geglättet werden kann, was es sehr vorteilhaft vermeidet, daß
man Anregungs- und Bilderfassungsfrequenzen benutzen muß, die
oberhalb von 25 Hz liegen.
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Im übrigen können die Photoempfänger auch vorteilhaft auf die
andere Fläche eines Moduls gebracht werden, um die
Lichtintensität einzufangen, die von der Umgebung ausgesendet wird, und
gemäß demselben Prinzip die Meßfrequenz der Relativbewegungen
des Kopfes in bezug auf Ziele oder Lichtmarkierungen zu
erhöhen.
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Wegen der Analyse- und/oder Bearbeitungseinrichtungen für
numerische Daten des erhaltenen digitalisierten
Umgebungsbildes
und insbesondere wegen der Einrichtung zum Herausziehen
von Konturen, mit denen die Vorrichtung versehen ist, können
die Konturen von festen Objekten, die natürlicherweise
vorliegen oder künstlich angebracht sind (für die genauen
Erfordernisse der Untersuchung) in der Umgebung berechnet,
behandelt und einzeln wiedererkannt werden, derart, daß jedes
Objekt in seiner Bewegung verfolgt werden kann, um daraus
wenigstens die erscheinenden horizontalen, vertikalen und
Dreh-Koordinaten der Bewegung des Kopfes in bezug auf die
Umgebung abzuleiten.
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Wegen derselben Analyse- und/oder Behandlungseinrichtung für
daten und für das Herausziehen der Kontur des erhaltenen
Bildes eines Auges, können die Konturen der Pupille und die
Reflexe der Dioden auf der Hornhaut ebenso wie andere Objekte
des Augenbildes identifiziert werden, und insbesondere ist die
Berechnung der Koordinaten der Mitte der Pupille möglich.
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Im übrigen, in der Ausführungsform, bei der die
Beleuchtungseinrichtungen, die mit dem Oberkörper des Patienten verbunden
sind, vorgesehen sind, die in die Umgebung eine Markierung
projizieren, kann die Position der entsprechenden Markierung
durch dieselben Analyseeinrichtungen für das Bild, das von der
Umgebungskamera geliefert wird, bestimmt werden und es wird
somit ermöglicht, in Folge die Koordinaten der beweglichen
Markierung zu bestimmen, welche die Bewegungen des
Oberkörpers oder des Körpers des Patienten in bezug auf die Umgebung
projizieren.
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Dank der Erfindung ist es somit möglicht, gleichzeitig mit den
Augenbewegungen nicht nur die Labyrinth-Stimuli und zervikalen
Propriozeptionen zu analysieren, die der Ursprung dieser
Augenbewegungen sind und die die Messung von relativen
Bewegungen zwischen dem Kopf und der Umgebung und/oder zwischen
dem Kopf und dem Oberkörper des Patienten erfordern, sondern
auch die visuellen Stimuli, die durch dieselben Ergebnisse der
Analyse von Bildern der Umgebung erhalten werden können,
welche die Koordinaten von Objekten liefern, die durch
visuelle bewegliche Ziele gebildet werden, die dem Blick des
Patienten vorgelegt werden, die unterschiedlich von eventuellen
infraroten beweglichen Zielen sind, die der Umgebungskamera
und nicht dem Patienten vorgelegt werden.
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Dank der Erfindung kann man auch durch eine einzige Analyse
des Umgebungsbildes die Verwendung von sehr zahlreichen
Aufnehmern oder Stimulationsvorrichtungen vermeiden, die ohne
die Erfindung unverzichtbar sind, wie beispielsweise die
Verwendung eines elektronischen Sessels, der zur Erfassung der
Bewegung dieses Sessels dient, auf der der Patient sitzt, des
Einholens der Bewegungen seines Kopfes (Beschleunigungsmesser
und/oder Magnetomesser) oder der Erfassung der Bewegung von
Motoren, die Projektionsspiegel für Lichtstrahlen in Drehung
versetzen.
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Wegen des Multiplexens von Bildern des Auges und der Umgebung,
bei der diese Bilder sich abwechselnd aufeinander folgende
Gesamtheiten von Linien eines selben Bildes teilen
(beispielsweise das Auge oben im Bild und die Umgebung unten), kann der
Arzt auf dem Magnetskop eien qualitative Spur visueller
Stimuli oder Bewegungen des Kopfes des Patienten gleichzeitig
mit diesen Augenbewegungen registrieren, was ihm eine
Demonstration oder schnelle qualitative Diagnose in
unterschiedlicher Zeit erlaubt.
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Wegen des Multiplexens der Bilder des Auges und der Umgebung,
für die diese Bilder sich abwechselnd die beiden Züge eines
selben Bildes teilen, kann die Vorrichtung für die Behandlung
von Bildern auf einem einzigen Videosignal arbeiten, was die
Elektronik zum Erfassen der Bilder vereinfacht, die
Elektronikkosten der Vorrichtung verringert und es erlaubt, das
vollständige Bild des Auges und des Kopfes gleichzeitig mit
dem Gesamtbild der Umgebung in ein Magnetoskop sowie in einen
Mikrocomputer einzugeben.
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Wegen der Infrarot-Beleuchtungseinrichtungen für die Umgebung,
die mechanisch mit dem abnehmbaren Modul verbunden sind, kann
man als feste Objekte in einem dunklen Teil für die Berechnung
der Bewegungen Kopf/Umgebung für den Patienten unsichtbare
Objekte verwenden, zum Beispiel Formen, die natürlicherweise
vorliegen, oder Plättchen, die beliebig auf dunklen Mauern
angeordnet werden, welche die Besonderheit haben, daß sie mehr
oder weniger diese Infrarot-Beleuchtung reflektieren, wobei
sie natürlich immer für den Blick des Patienten unsichtbar
bleiben.
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Dank des Analyseverfahrens für die Umgebung der Vorrichtung,
das darin besteht, die Bewegung zu berechnen, die bei der
Umgebung in bezug auf den Kopf erscheint, indem die
aufeinanderfolgenden Positionen desselben Objektes in dem
Umgebungsbild identifiziert werden, und dank des Rechenverfahrens, das
dieser Bewegung folgt, wenn die Winkeldynamik größer ist als
der Winkel des Objektivs der Umgebungskamera, was darin
besteht, die Identifikation eines Referenzobjektes ausgehend
von dem Gesichtsfeld durch Identifikation eines weiteren
Referenzobjektes, das in diesem Gesichtsfeld erscheint und
somit besser plaziert ist, zu übertragen, ist die Vorrichtung
in der Lage, langsame Phasen und ruckartige Bewegung einer
Bewegung des Nystagmus korrekt zu simulieren, die die Augen
des Patienten erzeugen könnten oder würden, indem man sich
gegebenen falls vorteilhaft des Ergebnisses der Berechnung der
Position seines Blickes bedient, um dabei zu helfen, ein neues
Objekt des Umgebungsbildes zu identifizieren, das für die
Berechnung der erscheinenden Bewegung verwendet werden soll.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform für die Vorrichtung
gemäß der Erfindung wird die Messung von Augenbewegungen in
den folgenden Weise durchgeführt:
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- in einem Fenster des Bildes, das auf die mittlere
Position der Pupille zentriert ist und von der ersten Kamera oder
Augenbeobachtungskamera geliefert wird, isoliert man die
Kontur einer Form, die der Pupille entspricht,
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- man richtet gegebenenfalls die Kontur der Pupille derart
aus, daß sie im wesentlichen kreisförmig gemacht wird,
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- man berechnet den geometrischen Schwerpunkt der Kontur,
der die Position der Mitte der Pupille ist, das heißt, seine
beiden Koordinaten in einer Ebene,
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- man vergleicht einen Winkelbereich einer Krone, die um
das Bild der Pupille gelegt ist (welche in bekannter Weise
Rillen aufweist), die man mit einem Bild vergleicht oder
korreliert, das zuvor von der Winkelkrone aufgenommen worden
ist, und man leitet einen Drehwinkel der Winkelkrone ab, der
einem Drehwinkel in der Ebene des Augen entspricht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Analyseverfahrens
der Bewegung des Kopfes des Patienten führt man die folgenden
Arbeitsgänge durch:
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- man benutzt ein Fenster oder einen Teil des Bildes der
Umgebung, das von der zweiten Kamera geliefert wird, wobei das
Fenster sich bei einem besonderen Durchführungsmodus in dem
Bild verschieben kann,
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- man zieht die Konturen unterschiedlicher Objekte heraus,
die in dem Fenster erfaßt worden sind, und man berechnet die
Schwerpunkte der Objekte und/oder der entsprechenden Konturen,
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- man nimmt von den so erfaßten Konturen diejenigen
heraus, die keine Anzahl von Punkten haben, welche in einem
Intervall liegen, das um die Anzahl der Punkte zentriert ist,
die zuvor von einem vorbestimmten und untersuchten Objekt
registriert worden sind,
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- man berechnet für jede noch verbleibende Kontur
reduzierte Funktionen der Form der vorbestimmten Konturen,
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- man vergleicht diese reduzierten Funktionen der Form der
Kontur, die so bestimmt worden sind, mit
Konturformen-Funktionen, die zuvor aufgenommen worden sind und dem untersuchten
Objekt entsprechen,
-
- man berechnet die Position des so identifizierten
Objektes in dem Fenster, und man zentriert bei einer besonderen
Durchführungsform das Fenster erneut um das Objekt.
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Vorteilhaft ist es möglich, gleichzeitig in "Quasi-Echt"-Zeit,
d.h. mit einer Frequenz in der Größenordnung von 25 Hertz, ein
Bild eines Fensters oder einen Teil des Bildes des Auges und
ein Bild eines Fensters oder einen Teil des Bildes der
Umgebung sichtbar zu machen, Variationskurven als Funktion der
Zeit der Position der Mitte der Pupille, bestimmt wie hier
oben angegeben, und gegebenenfalls eine Kurve der Drehung der
Pupille als Funktion der Zeit und Kurven der Position des
Objektes, das entsprechend auftretenden Bewegungen des Kopfes
identifiziert wurde.
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Vorteilhaft ist es möglich, in "Quasi-Echt"-Zeit für die
visuelle Kontrolle der Rechnungen ein Kreuz sichtbar zu
machen, das das berechnete Zentrum der Pupille auf dem Bild des
Auges angibt, wobei das Kreuz gegebenenfalls geneigt werden
kann, um das Ergebnis der Berechnung der Rotation der Pupille
widerzuspiegeln.
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Die zahlreichen Vorteile, die durch die Erfindung gegeben
werden, werden besser beim Durchgehen der folgenden
Beschreibung verstanden werden, die sich auf die beigefügten
Zeichnungen bezieht, die ohne jeden einschränkenden Charakter
besondere
Ausführungsformen der Vorrichtungen gemäß der Erfindung
veranschaulichen.
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Die Figur 1 veranschaulicht in schematischer Weise im
Querschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, eingerichtet auf
dem Kopf eines Patienten, der eine Umgebung beobachtet.
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Die Figur 2 veranschaulicht in schematischer Weise
Einrichtungen zum Multiplexen von Videosignalen, die von Kameras zur
Beobachtung des Auges und der Umgebung einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung geliefert werden.
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Die Figur 3 veranschaulicht die Fläche eines entfernbaren
Moduls einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, das sich neben
dem Auge des Patienten befindet und das einer besonderen
Ausführungsform entspricht, mit Photodioden oder
Licht-Photoempfängern, deren Bandbreite größer als 250 Hertz sein kann.
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Die Figur 4 veranschaulicht in schematischer Weise zweite
Synchronisationseinrichtungen für Videosignale, die von den
Kameras für die Beoachtung des Auges und der Umgebung einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgegeben werden.
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Die Figur 5 veranschaulicht in schematischer Weise in einer
Querschnittsansicht, in einer im wesentlichen vertikalen Ebene
eines entfernbaren Moduls einer Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung.
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Die Figur 6 veranschaulicht in schematischer Weise eine
Umgebung und Markierungen, mit denen sie versehen ist.
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Die Figur 7 veranschaulicht eine Art des Sichtbarmachens von
Ergebnissen der Messung der Bewegungen des Auges, wobei eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzt wird.
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Die Vorrichtung weist ein abnehmbares Modul 16 auf, das ein
Gehäuse (Markierung 28 der Figur 3) umfaßt, welches eine
Videokamera 3 zur Beobachtung eines Auges 2 eines Patienten
und eine Kamera 5 zur Beobachtung der Umgebung 7 aufnimmt, die
von dem Patienten betrachtet wird, dessen Blick im
wesentlichen in die Richtung gerichtet ist, die durch den Pfeil 29
dargestellt ist.
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Das Gehäuse des abnehmbaren Moduls kann vorteilhaft
Einrichtungen für die Vorbehandlung von Videosignalen enthalten, die
von den Videokameras 3, 5 geliefert werden, insbesondere
diejenigen, die in den Figuren 2 und 4 beschrieben sind.
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Das Modul oder Gehäuse 16 kann von Hand und leicht auf einer
Maske 9 angebracht und davon abgenommen werden, die von dem
Patienten getragen wird und die die allgemeine Form eines
Brillengestells hat.
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Das Modul kann dicht angebracht werden, derart, daß durch
seine Fläche 16a eine Öffnung verschlossen wird, die in dem
Vorderteil der Maske oder des Brillengestells vorgesehen ist;
die Maske kann beispielsweise zwei Öffnungen aufweisen, die
jeweils gegenüber den Augen des Patienten angeordnet sind,
wobei das eine mit einem der Module ausgestattet sein kann und
wobei die zweite Öffnung beispielsweise mit einer Abdeckung
versehen sein kann, die gleichermaßen dicht gegen sichtbares
äußeres Licht das innere Volumen 22 abschließt, das nahe den
Augen des Patienten liegt und durch die Maske begrenzt ist,
derart, daß vor den Augen des Patienten eine schwarze Kammer
gebildet wird, das heißt, eine Kammer, die von sichtbarem
Licht außerhalb der Maske isoliert ist, und dies
beispielsweise für die Durchführung von Vorhof-Prüfungen.
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Zu diesem Zweck kann die Maske an ihrer Fläche, die in Kontakt
mit dem Kopf des Patienten kommt, mit Dichteinrichtungen 20
versehen sein, die es erlauben, die Dunkelheit in der Kammer
22 sicherzustellen.
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Das Modul 16 ist zu diesem Zweck an seiner Innenfläche mit
Elektrolumineszenzdioden 21 versehen, die Licht im Gebiet des
Infraroten oder des nahen Infraroten aussenden, dieses um die
Augen des Patienten in der Dunkelheit zu beleuchten und die
Beobachtung durch die Videokamera 3 zu erlauben, die auf
Strahlung im Infraroten oder im nahen Infraroten empfindlich
ist, um die Bewegungen des Auges 2 des Patienten in der
Dunkelheit der Kammer 22 zu beobachten.
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Gemäß der Erfindung sind die Kameras 3 und 5 mit jeweiligen
optischen Achsen XX1 und XX2, die im wesentlichen
übereinstimmen und im wesentlichen parallel und nahe der Blickrichtung 29
des Patienten sind, "verkehrt zueinander" im Inneren und/oder
auf dem Modul 16 angebracht.
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Mit Bezug auf die Figur 3, in dem Fall, daß man wünscht, die
Bewegungen der Augen des Patienten mit einer Bandbreite
oberhalb von 25 Hertz zu beobachten, das die übliche Bandbreite
von Standard-Videosignalen ist, die von CCD-Aufnehmern
üblicherweise verwendeter Kameras geliefert werden, ist es
möglich, die Innenfläche des Moduls 16 mit Photodioden 30, 31
oder Photoempfängern auszustatten, die für das infrarote Licht
empfindlich sind, welches von den Elektrolumineszenzdioden 21
ausgesendet wird; zu diesem Zweck ist es interessant,
wenigstens drei Photoempfänger 30, 31 vorzusehen, beispielsweise
vier, wie es in der Figur 3 veranschaulicht ist; bei dieser
Ausführungsform erlauben es zwei Photoempfänger 30, die
beidseits der Kamera 3 im wesentlichen vertikal
übereinanderliegend angeordnet sind, die vertikalen Bewegungen des
beobachteten Auges zu erfassen, wobei die Spannung digitalisiert
wird, die von einer Hochfrequenz-Analysestufe geliefert wird,
deren differentielle Eingänge die Signale der Photodioden oder
Photoempfänger empfangen.
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In derselben Weise erlauben es zwei Photodioden oder
Photoempfänger
31, die beidseits der Kamera 3 angeordnet sind und im
wesentlichen auf derselben horizontalen Achse liegen, eine
Spannung zu liefern, die aus der differentiellen Analysestufe
für Signale austritt, die von diesen Photoempfängern
ausgegeben werden.
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Die Innenfläche des Gehäuses 28 des Moduls 16, wie in der
Figur 3 veranschaulicht, kann gleichermaßen mit einer
Elektrolumineszenzdiode 32 versehen sein, welche sichtbares Licht
aussendet und welche gleichermaßen in der Nähe des Objektivs
der Kamera 3 mit der optischen Achse XX1 angeordnet ist.
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Mit Bezug auf die Figur 2 kann die Vorrichtung verwendet
werden, um das Signal 4, das von der Kamera zur Beobachtung
des Auges (Markieung 3 in der Figur 1) und das Videosignals 6,
das von der Kamera zum Beobachten der Umgebung (Markierung 5
der Figur 1) geliefert wird, zu multiplexen.
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Ein erstes gemultiplextes Videosignal 12 kann erhalten werden,
das beispielsweise aus dem geraden Teil des ersten
Videosignals 4 und aus dem ungeraden Teil des zweiten Videosignals 6
gebildet ist; zu diesem Zweck werden die Videosignale 4 und 6
abwechselnd durch zwei Unterbrecher 26 und 27 geschaltet, die
in Gegenphase gesteuert sind.
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Zu diesem Zweck wird das Videosignal 6 einem
Rahmensynchronisations-Separator 23 zugeführt, der ein Synchronisationssignal
an eine Uhr oder ein monostabiles Element 24 liefert, deren/
dessen Ausgangssignal dazu dient, einen Unterbrecher 26 zu
steuern; wobei das Ausgangssignal des monostabilen Elementes
gleichermaßen durch Zwischenschaltung eines Inverters 25 den
zweiten Unterbrecher 27 steuert, derart, daß man am Ausgang
ein erstes gemultiplextes Videosignal 12 erhält.
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Mit Bezug auf die Figur 4 kann ein zweites Multiplexsystem der
Videosignale 4 und 6 verwendet werden, um die Analyse der
Videosignale zu Zwecken der Beobachtung der Bewegung des Auges
und der relativen Bewegungen des Kopfes des Patienten in bezug
auf die Umgebung und/oder den Oberkörper des Patienten in
bezug auf die Umgebung zu vereinfachen und zu beschleunigen.
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Zu diesem Zweck werden die Signale 4 und 6 auf den Eingang
eines Mischers 33 oder Multiplexers aufgegeben, welcher ein
zweites gemultiplextes Videosignal 13 wiederherstellt, das in
jedem seiner geraden und ungeraden Teile Linien aufweist, die
von jeweils geraden oder ungeraden Teilen jedes der Signale 4
und 6 ausgegeben werden, wobei der Multiplexer 33 auf eines
der Signale, beispielsweise das Signal 6, durch eine
Synchronisationsvorrichtung 23 synchronisiert ist.
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Mit Bezug auf die Figur 5 weist die Videokamera für die
Beobachtung des Auges (Markierung 3 der Figur 1) im wesentlichen
einen monochromen Matrix-CCD-Aufnehmer 10 auf, der die
Lichtstrahlen von der Achse XX1 durch Zwischenschaltung einer
Optik oder Linse 35 empfängt.
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Die Kamera für die Beobachtung der Umgebung, die gleichermaßen
in das Gehäuse 28 des Moduls 16 integriert ist, das abnehmbar
auf der Maske angebracht sein kann, weist einen Matrix-CCD-
Aufnehmer 11 auf, der vorteilhaft identisch dem CCD-Aufnehmer
10 ist und weist eine Optik 36 auf, die gleichermaßen
identisch zur Optik 35 der Kamera zur Beobachtung des Auges sein
kann, was die Einstellung jeder Brennweite ausschaltet, um die
Klarheit der gewünschten Bilder zu erhalten.
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Vorteilhaft kann die Optik 36 mit einem Objektiv mit sehr
weitem Winkel zwischen 90º und 180º ausgestattet werden, damit
es für die Objekte der Umgebung ermöglicht wird, daß sie immer
im Bild lokalisiert sind, trotz beispielsweise einer sehr
großen Drehung des Kopfes des Patienten.
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Vorteilhaft befinden sich die Matrix-CCD-Aufnehmer 11 und 10
jeweils in Ebenen 18, 17, die parallel zu der Symmetrieebene
15 sind und sind mit gleichem Abstand zu dieser angeordnet,
derart, daß der Abstand 34 zwischen den CCD-Aufnehmern 10 und
11 gering ist.
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In der Figur 6 ist schematisch eine Umgebung 7
veranschaulicht, an der eine feste Markierung 8a mit im wesentlichen
rechteckiger Form und mit dem Zentrum 40 angebracht ist.
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In der Figur 6 ist schematisch dargestellt die Grenze 37 des
Sichtfeldes, das von der Umgebungskamera der Vorrichtung gemäß
der Erfindung beobachtet wird, wobei in dessen Innerem ein
Fenster 38 für die Beobachtung der Umgebung vordefiniert
werden kann, wobei das Fenster mit einem Zentrum 41 markiert ist.
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In dieser Figur ist gleichermaßen eine Markierung 8b
veranschaulicht, beispielsweise kreisförmig in der Form und mit dem
Zentrum 42, wobei die Markierung 8b beweglich sein kann und
durch einen Lichtfleck gebildet ist, der in die Umgebung durch
eine Beleuchtungseinrichtung projiziert wird, der mit dem
Oberkörper des Patienten und/oder dem Kopf und/oder dem
abnehmbaren Modul verbunden ist.
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In der Figur 7 ist ein Beispiel zur Sichtbarmachung der
Ergebnisse der Messung der Bewegung des Auges und der Bewegung des
Kopfes in bezug auf die Umgebung veranschaulicht (mit Bezug
auf eine Anfangssituation, die der Figur 6 entspricht), indem
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
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Ergebnisse können auf einem Bildschirm 47 sichtbar gemacht
werden, der beispielsweise den Teil eines Mikrocomputers
bildet, welcher mit üblichen Bearbeitungs- und
Recheneinrichtungen versehen ist.
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Man kann auf dem Bildschirm 47 bevorzugt gleichzeitig
beispielsweise bei einer Frequenz in der Größenordnung von 25
Hertz ein Bild 19 sichtbar machen, das der Umgebung
entspricht, welche von der Umgebungskamera beobachtet wird, ein
Bild 14, das dem Bild des Auges entspricht, welches von der
Kamera des Moduls für die Beobachtung des Auges geliefert
wird, ebenso wie ein Steuerungsdiagramm von zu jedem Zeitpunkt
berechneten Positionen des Schwerpunktes der verschiedenen
Markierungen und der Pupille des Auges.
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In dem oberen Teil der Figur 5 sieht man, daß das Bild 19 der
Umgebung durch das vorbestimmte Fenster 38 mit dem Zentrum 41
begrenzt sein kann; in der Ebene der Figur befinden sich
Markierungen mit Koordinatenachsen X und Y, die durch das
Zentrum 41 des Fensters verlaufen.
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Die Markierung 8a der Figur 6 kann aufgrund der Bewegung des
Kopfes des Patienten insbesondere in eine Markierung 8'a mit
einer ähnlichen Form und mit Zentrum 40' umgewandelt werden,
deren Position in bezug auf das Zentrum 41' des Fensters wegen
der Bewegung des Kopfes verlagert ist.
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In derselben Weise kann auch dem Bild der Umgebung einer
Markierung 8'b erkannt werden, die der Markierung 8b der Figur
6 entspricht und bei dem die Position des Zentrums 42' in
bezug auf die Position des Zentrums 41' des Fensters 38
gleichermaßen verlagert ist, beispielsweise wegen einer Bewegung
des Oberkörpers des Patienten.
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Im Mittelteil der Figur 7 ist gleichermaßen das Bild 14 des
Auges veranschaulicht, erhalten durch die Kamera zur
Beobachtung des Auges, auf dem das Bild 39 der Pupille des Auges
wieder erkannt werden kann, mit Zentrum oder Schwerpunkt 43,
dessen Position in der Ebene der Figur erfaßt und gemessen
werden kann, um die Bewegungen des Auges in Antwort auf Reize
zu analysieren.
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Die Variation der Winkelposition A des Auges kann
beispielsweise
durch die Messung der Winkelposition einer Rille 44
bestimmt werden, die in einer Krone beobachtet werden kann,
welche sich um die Pupille herum befindet.
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Vorteilhaft kann man bei einem Verfahren gemäß der Erfindung
gleichzeitig die Kurven oder Zeitdiagramme 45, 46, 48 sichtbar
machen, die der Entwicklung als Funktion der Zeit t
entsprechen, bzw. der Abszisse X40 des festen Markierung 8'a in bezug
auf das Zentrum des Beobachtungsfensters 38, der Abszisse X43
entsprechend der horizontalen Position des Zentrums der
Pupille des Auges und der Abszisse X42, entsprechend der
horizontalen Position der beweglichen Markierung 8'b, die mit der
Position des Rumpfes des Patienten verbunden ist.
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Die Erfindung kann durchgeführt werden, indem man
beispielsweise einen Mikrorechner benutzt, der mit einer Karte für die
Erfassung von Videosignalen ausgestattet ist.
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Vorteilhaft kann eine derartige Karte einen programmierbaren
Ausgang für Videosignale enthalten, an den ein Videoprojektor
angeschlossen werden kann; man kann somit Bilder
synthetisieren, die Markierungen (Ziele oder Motive) aufweisen, die durch
den Videoprojektor auf den Bildschirm projiziert werden, den
der Patient betrachtet.
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Gemäß dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung kann man
eine einzige elektronische Karte verwenden, um das Erfassen
und die Digitalisierung von Signalen zu gewährleisten, die von
der ersten und zweiten Kamera geliefert werden, und um die
Synthese eines oder mehrerer Bilder von Zielen oder
Markierungen sicherzustellen, was einen großen ökonomischen Vorteil und
Einfachheit in bezug auf existierenden Vorrichtungen zeigt,
was es erlaubt, Ziele in dem Gesichtsfeld des Patienten zu
liefern, und die im allgemeinen entweder durch Augenbewegungs-
Stimulatoren mit Anordnungen aus Elektrolumineszenzdioden
gebildet sind oder einen Laserstrahl-Sender aufweisen oder
auch durch Stimulatoren für die Nachführung optokinetischer
Reflexe mit einem Projektor, der sich nach Art eines
Planetariums dreht, einer Kugel mit Mosaik-Spiegel vom Zeitoun-Typ,
wobei diese Vorrichtungen gleichzeitig als sehr kostspielig
und sehr voluminös bekannt sind, im übrigen ist bei dieser
Ausführungsform die Möglichkeit zum Erzeugen von Motiven
unbegrenzt; weiterhin, dank der Tatsache, daß dasselbe Gerät
(der Mikrorechner, der zweckmäßigerweise programmierbar ist)
gleichzeitig das Erfassen und das Digitalisieren der Bilder
steuert, die über Videosignale ausgegeben werden, welche von
den Kameras geliefert werden, und die Synthese von Zielen, die
in das Gesichtsfeld des Patienten projiziert werden, wird die
Berechnung der Bewegung der Augen und/oder des Kopfes dank der
Tatsache vereinfacht, daß die gleiche logische Synthese der
Markierungen der Umgebung und die gleiche logische
Untersuchung der Form und Berechnung der Position dieser
synthetisierten Markierungen verwendet wird, um die Bewegungen des
Kopfes des Patienten zu berechnen, die von Signalen abgeleitet
wird, welche von den Kameras geliefert werden; es ist somit
vorteilhaft, wenn die Bewegungen des Kopfes sich in ein
reduziertes Winkelfeld einschreiben (größer oder kleiner 60º), um
durch Programmierung die Markierungen zu synthetisieren, die
man für die Erfassung der Bewegung verwendet, anstatt daß man
feste kontrastreiche und beleuchtete oder sehr reflektierende
Markierungen in der Umgebung anbringen muß, da dieses das
Einrichten und die Verwendung des Systemes zur Analyse der
Bewegung des Auges vereinfacht.
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Gemäß einer besonderen Eigenschaft der Erfindung kann die
Vorrichtung einen tragbaren Sender für funkelektrische
Signale aufweisen, die ausgehend von den ersten und zweiten
Videosignalen erhalten oder bearbeitet werden, welche von der
ersten und zweiten Kamera geliefert werden, wobei der Sender
von dem Patienten getragen wird, beispielsweise auf dem
Gestell befestigt.
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Dies kann es erlauben, direkt das Bild des Auges des Patienten
an einen Empfänger für funkelektrische Signale zu schicken,
der mit dem Mikrorechner oder mit dem
Bearbeitungs-Informatiksystem verbunden ist, ohne ein Verbindungskabel zu benutzen,
was den Benutzungskomfort vergrößert; dieses
Benutzungsverfahren ist insbesonder ein dem Fall interessant, in dem das erste
und zweite Videosignal gemultiplext werden, um ein einziges
gemultiplextes Videosignal zu bilden, was mit Hilfe einer
einzigen Anordnung aus Funksender (von dem Patienten getragen)
und Funkempfänger (verbunden mit dem Rechner oder der
Bearbeitungseinheit) erleichtert, um auf einer einzigen Karte für die
Erfassung oder die Digitalisierung, die in dem Rechner
integriert ist, die Bilder des Auges und der Umgebung zu erhalten.