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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des elektrophysiologischen
Gesichtsfeldes zum objektiven Messen des Gesichtsfeldes. Das Verfahren
wird als „Visual
Evoked Potential Objective Perimetry" oder „VEPO-Perimetrie" bekannt werden. Es
besteht ein großer
Bedarf nach einer solchen Maßnahme
als Ergänzung
zu den unterschiedlichen Leistungen bei automatisierten perimetrischen
und sonstigen psychophysischen Untersuchungen zur Beurteilung eines
Glaukoms und sonstiger Beeinträchtigungen
des Sehvermögens.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Das
konventionelle, visuell evozierte Potential (VEP) über das
Vollfeld liefert hauptsächlich
Informationen zum zentralen Gesichtsfeld. Es wird berichtet, dass
es bei etwa der Hälfte
der Bevölkerung
mit einem Glaukom – einer
der am häufigsten
zur Erblindung führenden
Krankheiten – abnormal
ist. Da viele Patienten normale Reizantworten zeigen können, ist es
für die
Erkennung der Krankheit nicht aussagekräftig. Die unterschiedlichen
Befunde sind bisher dadurch erklärt
worden, dass das VEP vor allem die Funktion der Makula widerspiegelt
und die Schädigung
beim Glaukom im Spätstadium
der Krankheit das Sehvermögen
eher in der Mitte beeinträchtigt.
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Es
liegen mehrere Untersuchungen vor, bei denen Teile des Gesichtsfeldes
stimuliert wurden, um VEPs aufzuzeichnen. Dazu fanden eine Halbfeld-, Quadranten-,
Segment-, Ring- oder Umfangsfeld- gegenüber Zentralfeldstimulierung
wie auch eine lokale Stimulierung mittels Leuchtdioden statt. Diese Verfahren
verbessern gegenüber
der vollständigen, zentralen Stimulierung
die Erkennung von peripheren Gesichtsfelddefekten beträchtlich.
Jedoch ist oft über
deutlich stärkere
Reizantworten auf die Stimulierung der oberen Hemiretina (unteres
Gesichtsfeld) im Vergleich zur unteren Hemiretina (oberes Gesichtsfeld)
berichtet worden.
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In
jüngster
Zeit ist ein wesentlicher Fortschritt in der Stimulus- und Aufzeichnungstechnik
erzielt worden, der die Präsentation
eines multifokalen Reizes erlaubt. Eine solche Einrichtung ist jetzt
als das System VERIS-ScientificTM (Electro-Diagnostic
Imaging, Inc., San Francisco) oder Retiscan (Roland Instruments,
Wiesbaden) auf dem Markt erhältlich.
Diese Systeme bieten die Möglichkeit
einer topografischen Analyse von Aufzeichnungen, wobei die Wirkungen
aufeinanderfolgender Blitze untersucht werden können. Dies fügt der Analyse
eine zeitliche Dimension hinzu und erlaubt eine Untersuchung auf zeitliche
Nichtlinearitäten
bei der Reizantwort.
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Sehreize
werden in einer vorgegebenen Zahl von angeordneten Sechsecken (oder
Segmenten in einer Wurfpfeilscheibe) mit der Möglichkeit von Blitz- oder Musterreizen
innerhalb jedes Bereichs vermittelt. Die Reizbereiche können kortikal
skaliert werden, d. h. der Bereich jedes Wurfpfeilscheibensegments
wächst
mit der Exzentrizität
proportional zur kortikalen Vergrößerung.
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Mit
VERIS oder Retiscan ist es möglich,
ein detailliertes, multifokales ERG oder VEP aufzuzeichnen, das
eine topografische Verteilung von Signalamplituden zeigt. Zwar sind
bei einigen Krankheiten (z. B. Netzhautdystrophien) die Ergebnisse
für ERG-Amplituden
beim Eingrenzen von Bereichen mit einer äußeren Netzhautschädigung nützlich,
doch ist nicht nachgewiesen worden, dass sie den Bereichen mit glaukomatösem Nervenfaserverlust
und den mit ihm verbundenen Gesichtsfelddefekten entsprechen. Mit
Hilfe einer multifokalen VEP-Reizantwort, die mit dem geeigneten
Verfahren aufgezeichnet und analysiert wird, können jedoch Glaukomfelddefekte
erkannt werden. Das zusätzliche
Verfahren, das für
die entsprechende Gewinnung des VEP-Signals mit einem multifokalen
Muster benötigt
wird, ist Gegenstand dieses Patents.
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Zur
VEP-Aufzeichnung war die traditionelle und konventionelle Anordnung
der Elektroden monopolar (okzipital-frontal), wobei eine aktive
Elektrode (Oz) am Hinterkopf 2 cm über dem Inion und eine Referenzelektrode
(Fz) auf der Kopfhaut an der Vorderseite des Kopfes und eine Erdungselektrode
am Ohrläppchen
positioniert werden.
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Ein
Verfahren zum Positionieren von Elektroden gemäß dem Internationalen 10-20-System
wird von
EP 0 541 393 gelehrt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des elektrophysiologischen
Gesichtsfeldes, das folgende Schritte aufweist:
Positionieren
eines Paares bipolarer Elektroden rund um das Inion und innerhalb
eines Abstands von 6 cm vom Inion auf der Kopfhaut, die den visuellen
Kortex des Gehirns überlagert,
zusätzlich
zu einer Erdungselektrode;
- – Visuelles Stimulieren eines
Auges; und
- – Aufzeichnen
der von den Elektroden aufgenommenen Datensignale.
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Das
Verfahren bietet einen objektiven Weg, um das Gesichtsfeld zu beurteilen.
Die Datensignale können
zum Erzeugen einer VEP-Spurenanordung verwendet
werden.
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Das
Elektrodenpaar wird so positioniert, dass das Inion sich zwischen
den Elektroden befindet. Sie können
mit dem Inion fluchtend angeordnet oder in einer Dreiecksanordnung
zum Inion positioniert werden. Die Elektroden können an beliebigen Stellen
innerhalb eines Abstandes von 6 cm vom Inion angeordnet werden.
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Die
Elektroden können
in gleichen Abständen
oberhalb und unterhalb des Inions positioniert werden, zum Beispiel
2 cm oberhalb und 2 cm unterhalb des Inions. Diese Positionierung
kann als bipolare okzipitale Spreiz- oder BOS-Positionierung bezeichnet
werden.
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Eine
Elektrode kann an der Stelle der oberen BOS-Elektrode und eine andere
weiter unten auf der Mittellinie unterhalb der Stellung der unteren BOS-Elektrode
positioniert werden, um einen Dipol zwischen der oberen der BOS-Elektroden
und der neuen Elektrode zu messen. Die untere Elektrode kann sich
4 cm unterhalb des Inions befinden. Diese Positionierung wird erweitert
bipolar okzipital genannt.
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Eine
Elektrode kann beiderseits des Inions positioniert werden. Die Elektroden
können
sich im Abstand von 4 cm beiderseits des Inions befinden. Diese
Positionierung wird horizontal bipolar genannt.
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Eine
Elektrode kann rechts vom Inion und eine andere unterhalb des Inions
positioniert werden. Die Elektrode auf der rechten Seite kann sich
4 cm rechts vom Inion befinden, und die untere Elektrode kann sich
4 cm unterhalb des Inions befinden. Diese Positionierung wird rechts
geneigt genannt.
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Eine
Elektrode kann links vom Inion und eine andere unterhalb des Inions
positioniert werden. Die Elektrode auf der linken Seite kann sich
4 cm links vom Inion befinden, und die untere Elektrode kann sich
4 cm unterhalb des Inions befinden. Diese Positionierung wird links
geneigt genannt.
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Bei
früheren
Versuchen der Feldabbildung waren Elektroden oberhalb des Inions
angeordnet. Bipolare Leitungen, die den aktiven okzipitalen oder gestreiften
Kortex überlagern,
erlauben eine bessere Beurteilung des VEP aus peripheren Teilen
des Gesichtsfeldes. Die Projektion von Dipolen, die ihren Ursprung
im gestreiften Kortex haben, der den oberen und unteren Halbfeldern
untergeordnet ist, auf die Verbindungslinie zwischen Aufzeichnungselektroden,
die vertikal über
dem Inion gespreizt angeordnet sind, liegt in einer ähnlichen
Größenordnung,
weist aber eine entgegengesetzte Polarität auf. Hierdurch entstehen
VEP-Signale aus
gemittelten oberen und unteren Halbfeldern mit ähnlicher Amplitude, aber umgekehrter
Polarität.
Diese Positionierung liefert demnach annähernd gleiche Reizantworten
aus dem oberen und dem unteren Halbfeld.
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Die
erweiterte vertikale BOS-Position, bei welcher die untere Elektrode
sich 4 cm unterhalb des Inions befindet, verbessert die Signalreizantwort
im Vergleich zur normalen BOS-Position (2 cm darüber und darunter). Die horizontalen
bipolaren Elektroden liefern von den Testpunkten entlang dem horizontalen
Meridian des Gesichtsfeldes ein viel stärkeres Signal. Eine verbesserte
Erkennung dort ist für
die Anwendung der objektiven Perimetrie zur Erkennung eines Glaukoms äußerst wichtig.
Die geneigt angeordneten Elektroden können auch das Signal entlang der
vertikalen Mittellinie des Gesichtsfeldes der gegenüberliegenden
Seite verbessern.
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Ein
Elektrodenhalter in Form eines konvexen Kreuzes mit einem Fixierungsband
auf der Stirn wird zum Bedecken der oben beschriebenen Elektrodenpositionen
vorgeschlagen. Sie bietet die Vorteile eines verbesserten Elektrodenkontakts,
einer standardisierten Elektrodenpositionierung zwischen Untersuchungen
und weniger Muskelrauschen und weniger artifizielle Veränderungen.
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Bei
dem Verfahren kann eine einzige Elektrodenposition mit einer kombinierten
Vielkanal-VEP-Reizantwort eingesetzt werden. Die Analyse im Anschluss
an die Aufzeichnung kann eine Asymmetrieanalyse zwischen den Augen
derselben Person und einen Erstskalierungsalgorithmus zum Reduzieren
einer Variabilität
zwischen Personen einschließen.
Bei dem Verfahren können
existierende Techniken der multifokalen Stimulierung angewandt werden.
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Kombination
aus Reizantworten aus mehreren Kanälen Eine oder mehr zusätzliche
bipolare Elektroden können
positioniert werden, um weitere Dateneingangskanäle aufzuzeichnen. Ein VEP kann mit
mehr als einem Paar bipolarer Elektroden aufgezeichnet werden, um
eine Vielkanalaufzeichnung zu erzeugen. Zur Darstellung des Gesichtsfeldes
kann eine solche Aufzeichnung dann zu einer einzigen Spurenanordnung
kombiniert werden.
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Im
Idealfall werden mindestens vier Kanäle benötigt, um alle möglichen
Dipolorientierungen abzudecken. Die größte aus allen aufgezeichneten
Kanälen
an jedem einzelnen Punkt des Gesichtsfeldes abgeleitete Amplitude
wird bestimmt. Sie wird dann jenem Punkt als optimales Signal zugeordnet,
und ihre Amplitude dient als ein Maß für die Reizantwort des Sehpfades.
Die Amplitude der Signale innerhalb der kombinierten Anordnung werden
anschließend zur
Datenanalyse verwendet.
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Ein
beliebiger multifokaler Stimulator (entweder existierende Einrichtungen
wie VERIS oder Retiscan oder künftige
Systeme) können
für die
Erzeugung eines kortikal skalierten Reizes und die Gewinnung einer
Reizantwort verwendet werden. Rohdatensignale können von einem beliebigen biologischen
Verstärker
mindestens 100.000-fach verstärkt werden.
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Eine
Vielkanalaufzeichnung des multifokalen VEP unter Verwendung dieser
Elektrodenpositionen bietet einen beachtlichen Vorteil bei der objektiven Gesichtsfeldabbildung.
Durch das Abtasten von unterschiedlichen bipolaren Elektrodenpositionen
aus, die um den gestreiften Kortex herum verschieden ausgerichtet
sind, kann von jedem Punkt innerhalb des Feldes eine optimale Reizantwort
bestimmt werden.
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Asymmetrieanalyse
zwischen den Augen einer Person Die VEP-Spur aus einem bestimmten Sektor
der kombinierten Spurenanordnung eines Auges wird mit der Amplitude
des VEP aus dem entsprechenden Bereich des anderen Auges verglichen, und
ein Amplitudenverhältnis
wird errechnet. Das Verhältnis
wird dann mit dem normalen Verhältnis aus
dem entsprechenden Segment des Gesichtsfeldes aus einer normalen
Datenbank verglichen, und eine Abnormalitätswahrscheinlichkeit wird errechnet. Dies
minimiert die Auswirkungen einer augeninternen Asymmetrie auf die
Interpretation der Reizantwort und kann helfen, frühe pathologische
Veränderungen
aufzudecken.
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Skalierung
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Um
die Auswirkungen einer Variabilität der Amplitude zwischen Personen
zu minimieren, wird ein Skalierungsalgorithmus angewandt, um Daten
zu normalisieren. Dies geschieht auf der Basis der Berechnung der
stärksten
Reizantworten innerhalb des Feldes im Vergleich zu normalen Werten
für den
betreffenden Punkt, zum Beispiel unter Anwendung des zehntgrößten Amplitudenverhältnisses
aus beiden Augen zum normalen Mittelwert für denselben Punkt. Die Amplituden
aller Punkte werden dann abhängig vom
ermittelten Verhältnis
vergrößert oder
verkleinert. Bei diesem Verfahren werden Gesichtsfelddefekte wirkungsvoller
isoliert.
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Die
Kombination aus diesen Aufzeichnungs- und Analyseverfahren liefert
eine Form der objektiven Perimetrie, als VEPO- Perimetrie bezeichnet, die potenzielle
Vorteile bei der klinischen Anwendung, besonders bei der Diagnose
und der Beobachtung von Glaukomen, bietet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Beispiele
für die
Erfindung werden nun unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben:
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1 zeigt
einen Kopf von hinten, mit Stellen für die Elektrodenpositionierung,
die in Beispielen für
die Erfindung verwendet werden.
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2 zeigt
einen Kopf von der Seite, mit zwei Stellen für die Elektrodenpositionierung,
die beispielhaft für
die Erfindung sind, und dem Generatordipol für das visuell evozierte Potential
(VEP).
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3 ist
eine Detailansicht des Generatordipols in 2.
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4a zeigt
eine VEP-Aufzeichnung eines einkanaligen, multifokalen Musters bei
einer normalsichtigen Person. 4b zeigt
eine Reizanordnung in der Art einer Wurfpfeilscheibe, wobei ein
Muster in einem der 60 Segmente demonstriert wird.
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5a bis
d zeigen zwei Beispiele für
die Korrelation zwischen einer einkanaligen (BOS) VEP-Spurenanordnung
mit einem multifokalen Muster in den 5a und 5b und
entsprechende Humphrey-Gesichtsfelder in den 5c und 5d.
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6 zeigt
ein Diagramm, das die Korrelation zwischen den dB-Gesamtergebnissen
im Humphrey-Schwellenquadranten und der Amplitude des Muster-VEP
für denselben
Quadranten illustriert;
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7a und 7b zeigen
zwei VEP-Spurenanordnungen. 7b zeigt
die Anordnung vom vertikal erweiterten BOS-Kanal und erzeugt Reizantworten
mit einer praktisch identischen Wellenform, aber mit einer deutlich
größeren Amplitude
als die Anordnung in 7a von der normalen BOS-Stellung
aus. Die Spuren wurden gleichzeitig bei derselben Person aufzeichnet.
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8a, 8b und 8c zeigen
drei VEP-Spurenanordnungen, die jeweils gleichzeitig von den horizontal
positionierten Elektroden und den zwei geneigten Kanälen aufgezeichnet
wurden. Es handelt sich um eine gleichzeitige Aufzeichnung bei derselben
Person wie in 7. Die Spurenanordnungen
zeigen wesentliche Reizantworten aus den Segmenten unterhalb des
horizontalen Meridians. Im Vergleich zu den vertikalen Kanälen allein
gab es auch eine klare Verbesserung in den Reizantworten aus einigen
peripheren Stellen im oberen Feld, besonders in den geneigten Kanälen.
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9 zeigt
eine kombinierte VEP-Spurenanordnung, die aus den in den 7 und 8 dargestellten
Vielkanalelektroden abgeleitet wurde, und gibt eine Gesamtdarstellung
des Gesichtsfeldes.
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10a, 10b, 10c und 10d zeigen
eine Reihe von vier Spurenanordnungen aus einer Vierkanal-VEP-Aufzeichung
bei einer normalsichtigen Person. Die horizontalen Kanäle erhöhen die
VEP-Amplitude entlang dem horizontalen Meridian erheblich, wie in 10a zu sehen. Die geneigten Kanäle in den 10b und 10c helfen
ebenfalls, die Ableitung der Signale aus dem peripheren Teil des
gegenseitigen oberen Halbfeldes entlang dem vertikalen Meridian
zu verbessern. Diese Bereiche sind gekennzeichnet.
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11 zeigt
eine aus den vier Kanälen
in 10 kombinierte Vielkanalanordnung.
Wäre nur der
vertikale Kanal aufgezeichnet worden, so hätte sich der Eindruck eines
Feldverlustes als nasenförmige
Stufe und eines Krümmungsdefekts
im oberen Bereich ergeben. Die kombinierte Anordnung zeigt im gesamten
Feld gute Reizantworten.
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12 ist
ein Histogramm der Reizantworten aus vier Kanälen entlang dem unteren horizontalen
Meridian. Darin wird demonstriert, dass die horizontale Elektrodenanordnung
die Amplitude der Reizantworten aus den Segmenten unterhalb des
horizontalen Meridians um mehr als 100% verbessert.
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13 zeigt Vierkanal-VEP-Aufzeichnungen
im Vergleich; die Abbildungen, 13a, 13b und 13c zeigen
den horizontalen und den vertikalen Kanal und kombinierte Kanäle, aufgezeichnet
bei einem Patienten mit einem primären Offenwinkelglaukom, und 13d zeigt die Grauskala im Humphrey-Feld. In allen
Fällen
sind die reizantwortlosen Teile des Feldes schattiert. Es ist zu
erkennen, dass der Skotom-Bereich kleiner ist, wenn die kombinierten
Reizantworten berücksichtigt
werden, und dem Gesichtsfeld genauer entspricht.
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14a zeigt einen kreuzförmigen Elektrodenhalter mit
Positionierlöchern
für Elektrodenclips – 4 Clips
mit einer Elektrode auf jedem Arm – zur Befestigung am Hinterkopf
in der Draufsicht, und 14b und 14c zeigen ihn im Aufriss. Standardabstände vom
Inion sind gekennzeichnet.
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15 zeigt eine Analyse der Zwischenaugenasymmetrie
bei einem glaukomverdächtigen
Patienten mit frühen Änderungen
des Gesichtsfeldes. Die 15a, 15b und 15c zeigen
jeweils die Humphrey-Grauskala, die VEP-Spurenanordnung und ein
Grauskalendiagramm für
die Anordnung beim linken Auge. Die 15d, 15e und 15f zeigen
jeweils die Humphrey- Grauskala, die
VEP-Spurenanordnung und ein Grauskalendiagramm für die Anordnung beim rechten
Auge.
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16 ist eine Asymmetrieanalyse eines Patienten
mit einem Glaukom im Frühstadium
und einem Krümmungsdefekt
im unteren Bereich. Die 16a, 16b und 16c zeigen
jeweils die Humphrey-Grauskala, die VEP-Spurenanordnung und ein
Grauskalendiagramm für
die Anordnung beim linken Auge. Die 16d, 16e und 16f zeigen
jeweils die Humphrey-Grauskala, die
VEP-Spurenanordnung und ein Grauskalendiagramm für die Anordnung beim rechten
Auge.
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17 ist eine Asymmetrieanalyse eines Patienten
mit einem Normaldruckglaukom und einem Krümmungsdefekt im oberen Bereich.
Die 17a, 17b und 17c zeigen jeweils die Humphrey-Grauskala, die
VEP-Spurenanordnung und ein Grauskalendiagramm für die Anordnung beim linken Auge.
Die 17d, 17e und 17f zeigen jeweils die Humphrey-Grauskala, die VEP-Spurenanordnung
und ein Grauskalendiagramm für
die Anordnung beim rechten Auge.
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Die 18a und 18b zeigen
die jeweiligen Wahrscheinlichkeitswerte für das linke und das rechte
Auge bei Anwendung derselben Analyse.
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19 zeigt ein Beispiel für nichtskalierte und
skalierte Amplitudenwerte für
jedes Segment des stimulierten Sichtfeldes im Vergleich zu einer normalen
Datenbank. Abnormalitäten
lassen sich anhand der skalierten Daten leichter erkennen.
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Die 20a und 20b jeweils
mit Wahrscheinlichkeitsgrafiken für nichtskalierte und skalierte
Werte zeigen, dass der Skalieralgorithmus die Erkennung von Gesichtsfelddefekten
gegenüber der
normalen Datenbank deutlich verbessert. Die 20c und 20d geben das Humphrey-Gesichtsfeld und Wahrscheinlichkeitsgrafiken
für denselben Patienten
wieder.
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Ausführliche
Beschreibung von Beispielen für
die Erfindung 1 zeigt die Anordnung bipolarer
Elektroden am Hinterkopf. Das Inion 1 ist der Bezugspunkt
für die
Platzierung der Elektroden, da es den aktiven okzipitalen oder gestreiften
Kortex, der das Sehzentrum des Gehirns ist, überlagert. Dies ist für den Erfolg
entscheidend, da die Elektroden um diesen Bereich herum orientiert
angeordnet werden, was bei früheren
VEP-Aufzeichnungen nicht der Fall war, wo die Elektroden entweder
oberhalb des Inions oder an weiter entfernten Stellen angeordnet
waren.
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Ein
erstes Elektrodenpaar 2 und 3 wird in gleichen
Abständen
oberhalb und unterhalb des Inions platziert, und sie befinden sich
2 cm oberhalb und 2 cm unterhalb des Inions. Die negative Elektrode 2 wird
unterhalb des Inions, und die positive Elektrode 3 wird
oberhalb des Inions platziert. Diese Positionierung wird als bipolare
okzipitale Spreiz- oder BOS-Positionierung
bezeichnet.
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2 zeigt
die bipolaren okzipitalen Elektroden 2 und 3 von
der Seite und ihre Stellung relativ zum Gehirn und besonders den
aktiven okzipitalen oder gestreiften Kortex 7. Es ist zu
erkennen, dass der gestreifte Kortex horizontal vom Sulcus calcarinus
in ein oberes und ein unteres Halbfeld unterteilt wird. Die BOS-Anordnung
der Elektroden entspricht der kortikalen Verteilung des Gesichtsfeldes,
wobei das obere Halbfeld auf der unteren Oberfläche des Hinterhauptslappens
weiter entfernt von der Aufzeichnungselektrode auf dem Hinterkopf
dargestellt wird und seine Zellen anders als diejenigen des unteren
Gesichtsfeldes orientiert sind. Die vom gestreiften Kortex erzeugten
Signale werden ungefähr
so geleitet, wie durch die senkrecht stehenden Pfeile 8 gezeigt,
und die Elektroden sind, wie zu sehen ist, so positioniert, dass
sie diese Signale empfangen. 3 zeigt
Einzelheiten des visuellen Kortex des Gehirns in 2 mit
der Richtung der Dipole.
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Eine
oder mehr zusätzliche
bipolare Elektroden werden platziert, um weitere Dateneingangskanäle aufzuzeichnen.
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Eine
weitere Elektrode 4 wird weiter unten auf der Mittellinie
unterhalb der Position der unteren der BOS-Elektroden 2 platziert,
um einen Dipol zwischen der oberen der BOS-Elektroden 3 und der neuen
Elektrode 4 zu messen. Die untere Elektrode befindet sich
4 cm unterhalb des Inions. Diese Positionierung wird erweiterte
BOS-Positionierung genannt.
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Die
Elektroden 5 und 6 werden beiderseits des Inions
platziert. Die Elektroden befinden sich 4 cm beiderseits des Inions.
Diese Platzierung wird horizontal bipolar genannt. Es ist wichtig,
dass die Verbindungslinie zwischen diesen Elektroden senkrecht zu
derjenigen des vertikalen BOS-Kanals ist, um alle potenziellen Dipolorientierungen
zu erfassen.
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Einzelkanalaufzeichnung
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4a zeigt
eine VEP-Aufzeichnung eines multifokalen Musters bei einer normalsichtigen
Person. Es handelt sich um eine Spurenanordnung einer ersten Scheibe
des Kerns zweiter Ordnung. Der untersuchte Bereich verläuft auswärts bis
zu einer Exzentrizität
von 25°.
Die bipolare Elektroden 2 und 3 erlauben das Aufzeichnen
einer Reizantwort von einer ähnlichen
Größe, aber
mit entgegengesetzter Polarität
aus dem oberen und dem unteren Gesichtshalbfeld. Die Signalamplituden
haben, wie zu sehen ist, im gesamten Feld eine ähnliche Größe, was auf ein normales Sehvermögen hinweist.
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Der
Sehreiz wird auf einem Rechnerbildschirm (mit einer Stimulierungsrate
von 67 Hz) erzeugt und wird in 4b mit
der Darstellung des Musters in einem der sechzig Segmente wie auf
einer Wurfpfeilscheibe gezeigt. Die Segmente werden kortikal mit
Exzentrizität
skaliert, um annähernd
gleiche Bereiche der kortikalen (gestreiften) Oberfläche zu stimulieren.
Von der Skalierung wird erwartet, dass sie aus jedem stimulierenden
Segment ein Signal einer ähnlichen
Ordnung der Amplitude liefert. Jedes Segment enthält ein Schachbrettmuster
mit sechzehn Feldern, deren Größe jeweils
proportional zur Größe des Segments
ist und damit auch von der Exzentrizität abhängt.
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Die
Personen sitzen bequem in einem Sessel und werden gebeten, einen
roten Fixierpunkt in der Mitte des Reizmusters zu fixieren. Der
Abstand zum Bildschirm beträgt
30 cm, was einem Gegenwinkel des Reizes von 50° entspricht. Bei allen Personen sind
Refraktionsanomalien optimal eingestellt. Die Pupillen sind nicht
erweitert. Alle Aufzeichnungsdaten werden durch Stimulation an einem
Auge erfasst. Das Signal wird 100.000-fach verstärkt und zwischen 3 und 100
Hz bandpassgefiltert. Die Datenabtastrate beträgt 502 Hz. Die Rohdaten werden
in Echtzeit erfasst, und Segmente, die durch starkes Rauschen, Augenbewegungen
oder Zwinkern gestört
sind, werden abgewiesen.
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Der
Kern erster Ordnung der multifokalen PVEP-Aufzeichnungen (nicht
gezeigt) ist flach, was bestätigt,
dass das abwechselnde Muster den Anteil der Leuchtdichte aufhebt.
Die erste Scheibe des Kerns zweiter Ordnung weist eine auffallende
und reproduzierbare Wellenform auf und repräsentiert die Wechselwirkung
zwischen den Reizantworten auf zwei aufeinanderfolgende Bilder des
Bildschirms. Sie wird als analog zum konventionellen PVEP betrachtet.
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Die
Erfinder haben eine Gruppe von Glaukompatienten untersucht, um die
topografischen Signale mit entsprechenden subjektiven perimetrischen Schwellen
nach Humphrey zu vergleichen, und zwar durch eine einkanalige BOS-Aufzeichnung
(Invest Ophthalmol Vis Sci, 1998;39: 937–950 und Surv Ophthalmol 1999,
im Druck).
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Die
Untersuchung umfasste 42 Patienten. Von ihnen hatten 36 ein Glaukom,
und 6 waren glaukomverdächtig.
Innerhalb der Glaukomgruppe hatten 21 ein primäres Offenwinkelglaukom (POAG)
und 15 ein Normaldruckglaukom (NTG). Zwecks Analyse wurden die Quadrantensummen
der Humphrey-Schwellen mit der entsprechenden aufsummierten PVEP-Amplitude
und der mittleren Latenz für denselben
Quadranten verglichen.
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Die
aufgezeichneten PVEP-Spurenanordnungen zeigten eine gute Korrelation
mit Gesichtsfelddefekten, die bei Glaukompatienten beobachtet wurden.
Zwei Fallbeispiele werden in 5 gezeigt. Der
Feldverlust spiegelt sich in der PVEP-Spurenanordnung wider. Der entsprechende
Bereich des PVEP zeigt flache Signale in der Verteilung des Felddefekts.
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In
allen 36 Fällen
mit einem bestätigten
Skotom wurden bei einer Beurteilung der Spurenanordnung Bereiche
festgestellt, in denen das PVEP-Signal nahe Null (< 100 nV) war, und
diese entsprachen dem vom Skotom betroffenen Bereich. In einigen
Fällen
mit Krümmungsdefekten
haben die Erfinder das Signal analysiert, das aus Bjerrum-ähnlichen
oberen und unteren Krümmungsregionen
abgeleitet wurde und das den Defekt genauer widerspiegelt.
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6 zeigt
die Korrelationen zwischen allen dB-Gesamtergebnissen im Humphrey-Schwellenquadranten
und der VEP-Amplitude
des Musters für
denselben Quadranten. Die Amplitudenkorrelation ist mit r = 0.49,
p < 0,0001 stark.
Die Latenzen zeigten mit r = 0,18 bzw. r = –0,3 eine schwächere Korrelation.
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Ein
Faktor, der diese Analyse einschränkt, ist, dass es Differenzen
bezüglich
der Wellenformcharakteristik in unterschiedlichen Teilen des Feldes gibt.
Betrachtet man die Spurenanordnung, so lässt sich erkennen, dass in
einigen Fällen,
besonders im oberen Halbfeld, die Wellenformen, die näher bei
der vertikalen Mittellinie liegen, eine unterschiedliche Polarität aufweisen,
die das Signal zum Teil aufheben können, wenn sie gemittelt werden.
Die Erfinder regen an, dass eine genauere Analyse der PVEP-Spuren
die Anordnung in Sektoren mit ähnlicher
Wellenform unterteilen würde.
Korrelationen mit perimetrischen Schwellen könnten dann noch besser sein.
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In
bipolaren einkanaligen BOS-Aufzeichnungen ist entlang des horizontalen
Meridians eine deutliche Schwächung
der Amplitude festzustellen. Das kann auf einen von zwei Gründen zurückzuführen sein:
eine Änderung
der Dipolorientierung oder Aufhebung der oberen und der unteren
Feldanteile, oder eine Kombination aus beidem. Es herrscht allgemein Einigkeit
darin, dass der horizontale Meridian des peripheren Gesichtsfeldes
mit geringer individueller Variabilität tief im Inneren der stachelförmigen Bänke an der
Furchenbasis repräsentiert
wird. Dies kann auch zu einer Änderung
der Dipolorientierung führen
dergestalt, dass sie viel eher senkrecht zur Verbindungslinie zwischen
bipolaren Elektroden liegt, wodurch das aufzeichnete Signal minimiert
wird. Das Vielkanalverfahren, bei dem mehr als ein Elektrodenkanal verwendet
wird, löst
das Problem einer unterschiedlichen Dipolorientierung im darunter
liegenden Kortex und gewinnt ein zuverlässiges Signal entlang der Horizontalen.
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Vielkanalaufzeichnung
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Auf
der Basis der Kortextopografie wurde prognostiziert, dass eine horizontal
orientierte, bipolare Elektrode, die über dem Inion gespreizt angeordnet
ist, für
das Festhalten der horizontal orientierten Dipole von der Basis
des Sulcus calcarinus optimal wäre.
Diese Position wurde an 35 normalsichtigen Personen getestet, und
auch 35 Patienten mit Gesichtsfelddefekten wurden getestet.
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Um
die Amplitude aller Reizantworten, die im Gesichtsfeld aufgezeichnet
werden können,
zu erhöhen,
wurden auch mehrere weitere Elektrodenpositionen getestet. Zu ihnen
gehörten
die erweiterte vertikale BOS-Position (nach unten) und die geneigt
orientierten Elektroden (siehe 1 und 2).
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Ein
Test bestätigte,
dass der Kanal der erweiterten BOS-Positionierung Reizantworten mit einer praktisch
identischen Wellenform, aber mit einer deutlich größeren Amplitude
als die normale BOS-Position erzeugte; siehe zum Beispiel die 7a und 7b,
die jeweils Spurenanordnungen der normalen und der erweiterten BOS-Position, die
an derselben Person bei derselben Sitzung aufgezeichnet wurden,
zeigen.
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Obwohl
die Platzierung der Elektroden in der erweiterten BOS-Position die Amplitude
des VEP insgesamt beträchtlich
erhöhte,
erzeugten einige der einzelnen stimulierten Bereiche des Gesichtsfeldes, besonders
solcher knapp unterhalb des horizontalen Meridians, weiterhin sehr
schwache Reizantworten. Wurden die Kanäle jedoch horizontal (oder
in einigen Fällen
geneigt) platziert, so wurde das Signal aus jenen Bereichen deutlich
verbessert.
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8 zeigt Spuren, die mit horizontal platzierten
Elektroden aufgezeichnet wurden, und die zwei geneigten Kanäle (an derselben
Person und bei derselben Sitzung wie in 7 gezeigt).
Sie zeigt kräftige
Reizantworten aus den Segmenten unterhalb des horizontalen Meridians.
Auch zeigte sich eine deutliche Verbesserung der Reizantworten aus einigen
peripheren Stellen des oberen Gesichtsfeldes, besonders in den geneigten
Kanälen.
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Doppelamplituden
für jede
Welle innerhalb des Zeitraums von 50 bis 150 Millisekunden wurden ermittelt
und zwischen Kanälen für jedes
stimulierte Segment des Gesichtsfeldes verglichen. Die Welle mit
der größten Amplitude
aus jedem Segment wurde ausgewählt,
und mit einer spezifisch angepassten Software wurde eine topografische
Karte erzeugt. Ein Beispiel für
eine kombinierte Spurenanordnung wird in 9 gezeigt
(an derselben Person wie in den 7 und 8).
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Es
lässt sich
klar erkennen, dass die Kombination der Spuren aus unterschiedlichen
Kanälen
im gesamten getesteten Gesichtsfeld eine viel gleichmäßigere Reizantwort
erzeugte.
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Ein
weiteres Beispiel für
eine Kombination der Vielkanalaufzeichnung wird in den 10 und 11 vorgestellt.
Spuren aus allen vier Kanälen werden
in 11 gezeigt. Während
die horizontalen Kanäle
die VEP-Amplitude entlang des horizontalen Meridians beträchtlich
verstärken,
helfen die geneigten Kanäle
auch, die Ableitung des Signals aus dem peripheren Teil des kontralateralen
oberen Halbfeldes entlang dem vertikalen Meridian zu verbessern.
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Eine
quantitative Beurteilung der Wirksamkeit der Vielkanalaufzeichnung
ergab, dass die horizontale Platzierung der Elektroden die Amplitude
der Reizantworten aus den Segmenten unterhalb des horizontalen Meridians
um mehr als 100% verbesserten. 12 zeigt
die relativen Amplituden der vier Kanäle für die sechs Punkte knapp unterhalb
des horizontalen Meridians. Die Schläfen- und Nasenseiten des Feldes
werden separat analysiert. Der Unterschied zwischen den vertikalen
und den horizontalen Reizantworten war statistisch in hohem Maße signifikant
(P = 0,004 und P = 0,00001 auf der Schläfenseite bzw. Nasenseite des
Gesichtsfeldes).
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Um
die klinische Bedeutung der Vielkanalaufzeichnung bei der objektiven
Beurteilung, wie sehr das Gesichtsfeld beeinträchtigt wird, zu zeigen, wird
in 13 ein Beispiel für eine Vielkanal-VEP-Aufzeichnung
bei einem an einem Glaukom erkrankten Patienten vorgestellt. Vier
Kanäle
wurden aufgezeichnet, und Spuren wurden kombiniert. Rechte und linke
geneigte Spuren werden in der Abbildung nicht gezeigt. Die reizantwortlosen
Teile des Feldes sind nur bei den vertikalen und kombinierten Kanälen schattiert
dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist der Skotombereich kleiner,
wenn die kombinierten Reizantworten berücksichtigt werden, und entspricht dem
subjektiven Gesichtsfeld genauer.
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Um
die VEP-Reizantwort optimal aufzuzeichnen, ist es entscheidend,
dass ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird und der Patient
entspannt ist und bequem sitzt. Die Verwendung einer EEG-Kappe (Elektroenzephalogramm)
mit modifizierten Elektrodenpositionen bot zwar den Vorteil standardisierter
Elektrodenpositionen, doch war der appositionelle Kontakt über der
Hinterhauptsregion nicht gut. Wird die Kappe mit Hilfe dehnungsfähiger Bänder heruntergezogen,
so bewirkt dies eine Anspannung der Halsmuskeln und führt zu einem
deutlichen Muskelrauschen. Da außerdem die Kappe aus Gewebe
hergestellt und nachgiebig ist, besteht auch noch die Möglichkeit,
dass die Elektrodenpositionen sich zwischen Tests ändern.
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Für die Vielkanalaufzeichnung
haben wir einen okzipitalen, kreuzförmigen Elektrodenhalter entworfen,
der die Positionen der Elektroden in Bezug auf das Inion zuverlässig standardisiert
(siehe 14). Er sorgt für eine bessere
Auflage der Elektroden auf der Kopfhaut mit dem Vorteil eines viel
geringeren Rauschens bei der Aufzeichnung. Somit ist es möglich, die
Aufzeichnungsdauer zu verkürzen, da
eine geringere Notwendigkeit der Signalmittelung besteht, um ein
rauschfreies Signal zu erhalten. Er besitzt auf jedem Arm verstellbare
Elektrodenpositionen entsprechend den unterschiedlichen Kopfgrößen (eine
Größe für alle)
und erlaubt auch weitere Experimente mit geänderten Elektrodenpositionen.
Da er nicht den ganzen Kopf bedeckt, wird er nicht so warm und ist
für den
Patienten angenehmer, und die Halsmuskeln bleiben entspannt.
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Das
Gebilde besteht aus zwei gebogenen Kunststoffarmen in einer Kreuzform.
Die horizontalen Arme werden an einem breiten, elastischen Band
befestigt, das die Stirn umgibt und die vier Kontaktpunkte des Kreuzes,
an denen die Elektroden befestigt sind, sicher auf der Kopfhaut
festhält.
Die Arme haben Löcher,
die in Abständen
von 5 mm auf jedem von ihnen positioniert und markiert sind und
in die die Elektrodenclips eingesteckt werden können, und zwar nicht nur in
unsere Normalpositionen, sondern auch so, dass die Elektrodenanordnung
weiter modifiziert werden kann.
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Asymmetrieanalyse
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Das
multifokale VEP bei normalsichtigen Personen zeigt eine deutliche Änderung
in Amplitude und Wellenform der einzelnen Signale über das
Feld. Ein detaillierter Vergleich der VEP-Spurenanordnungen, die bei beiden Augen
von normalsichtigen Personen aufgezeichnet wurden, zeigte jedoch
bemerkenswerte Ähnlichkeiten
in Wellenform und Amplitude der einzelnen Signale aus den entsprechenden Segmenten
der beiden Augen einer Person. Dies legte nahe, dass der größere Teil
der Asymmetrie „innerhalb
des Auges" auf die
Windungen des Kortex darunter zurückzuführen ist.
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In
frühen
Phasen der Krankheit könnte
die Amplitude des lokal evozierten Kortexsignals nur reduziert,
aber nicht vollständig
ausgelöscht
werden. Die Asymmetrie „innerhalb
des Auges" des VEP-Signals
könnte
dann die Nutzung des multifokalen VEP beim Erkennen geringfügiger Amplitudensenkungen, die
bei einer frühen
pathologischen Veränderung
beobachtet wird, einschränken.
Um die Auswirkungen einer Variation innerhalb des Auges auf das
Erkennen einer frühen
Veränderung
zu minimieren, wird deshalb eine „Asymmetrieanalyse" des VEP vorgeschlagen.
Die Amplitude der VEP-Spur aus einem bestimmten Segment der kombinierten
Spurenanordnung eines Auges wird mit der Amplitude des VEP aus dem
entsprechenden Bereich des anderen Auges verglichen, und ein Amplitudenverhältnis wird berechnet.
Das Verhältnis
wird als Response Asymmetry Coefficient (RAC) bezeichnet. Der RAC
wird dann mit dem normalen Verhältnis
des entsprechenden Segments des Gesichtsfeldes aus einer normalen
Datenbank verglichen, und für
jenen Punkt des Gesichtsfeldes wird eine Abnormalitätswahrscheinlichkeit
berechnet.
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Die
Erfinder haben beobachtet, dass es bei mehreren der Personen mit
hohem Risiko, die abnormale Sehnervenpapillen, aber in beiden Augen
noch normale Humphrey-Gesichtsfelder besaßen, asymmetrische VEPs gab,
wo die Unterschiede zwischen den VEP-Reizantworten der beiden Augen
in Teilen des Gesichtsfeldes mit weiterhin normalen Schwellen deutlich
waren. Das bedeutet möglicherweise, dass
PVEP-Änderungen
der Entstehung von Gesichtsfelddefekten vorausgehen und diese Form
der objektiven Perimetrie sich als früherer Weg zum Nachweis einer
glaukomatösen
Schädigung
als ein normaler Test erweisen kann.
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15 zeigt eine Asymmetrieanalyse einer Person
mit Glaukomverdacht. Sie zeigt, dass die multifokalen VEP-Reizantworten des
rechten Auges an praktisch allen Stellen des stimulierten Gesichtsfeldes
zwar vorhanden sind, ihre Amplitude aber im Vergleich zum linken
Auge deutlich verringert ist, was auf frühe Veränderungen hinweist. Ein Grauskalendiagramm
zeigt, dass der berechnete RAC in einigen Bereichen 0,4 erreicht.
Die Humphrey-Gesichtsfelder sind in beiden Augen noch normal.
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16 zeigt eine Asymmetrieanalyse bei einem
Patienten mit einem Glaukom im Frühstadium und einem Krümmungsdefekt
im unteren Bereich. Es wird demonstriert, dass der Bereich mit der
relativ reduzierten VEP-Amplitude im linken Auge größer als der
entsprechende Humphrey-Gesichtsfelddefekt ist, was auf einen Befall
eines größeren Bereiches,
als beim Perimetrietest vermutet, hindeutet.
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17 zeigt eine Asymmetrieanalyse bei einem
Patienten mit einem Normaldruckglaukom und einem Krümmungsdefekt
im oberen Bereich. Es lässt sich
erkennen, dass nicht nur der RAC im oberen Feld des rechten Auges
abnormal ist, sondern auch eine starke Asymmetrie im kleinen parazentralen
Bereich des linken Auges besteht, die in der kombinierten Spurenanordnung
als normal akzeptiert werden könnte. 18 zeigt die Wahrscheinlichkeitswerte für dieselbe
Analyse, die bestätigen,
dass die Veränderungen
statistisch signifikant sind.
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Skalierungsalgorithmus
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Die
Variation der Amplitude des multifokalen VEP zwischen Personen ist
hoch. Die Analyse von Daten, die bei 35 normalsichtigen Personen
aufgezeichnet wurden, zeigte, dass der Koeffizient der Variation
zwischen Personen (Verhältnis
der mittleren Amplitude zur Standardabweichung × 100) in einigen Segmenten
des stimulierten Gesichtsfeldes sogar 30 bis 35% betragen kann.
Dies schränkt
die Erkennung von Gesichtsfelddefekten durch den einfachen Vergleich
eines bestimmten Patienten mit einer normalen Datenbank ein. Das
gilt besonders dort, wo die Amplitude der VEP-Reizantwort ungewöhnlich hoch oder
niedrig ist. Individuelle Unterschiede in der Leitfähigkeit
der Gewebe und in der Schädeldicke
können
der Grund für
diese Variabilität
sein.
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Um
die Auswirkungen der zwischen Personen unterschiedlichen Amplitude
zu minimieren, ist ein Skalierungsalgorithmus zum Normalisieren
von Daten entworfen worden, der die Reizantworten aus beiden Augen
berücksichtigt
und somit die Reizantwortcharakteristik einer Person ausgleicht.
Anstatt die Reizantworten eines Auges auf der Basis der allgemeinen
psychophysischen Schwellen zu skalieren (wie im Musterabweichungsdiagramm
bei der Gesichtsfeldanalyse nach Humphrey angewandt), geschieht
die Skalierung auf der Basis der stärksten Reizantworten aus jedem
der beiden Augen, welche die stärksten übertragenen
Signale für
jene Person darstellen. Der Algorithmus ermittelt die stärksten Reizantworten
innerhalb des Feldes jedes der beiden Augen im Vergleich zu normalen
Werten für
jenen bestimmten Punkt, zum Beispiel unter Verwendung des zehntgrößten Verhältnisses
von Amplitude zum normalen Mittelwert für denselben Punkt mit Daten
von beiden Augen. Die Amplituden an allen Punkten werden dann entsprechend
dem ermittelten Verhältnis vergrößert oder
verkleinert. Mit diesem Verfahren werden Gesichtsfelddefekte wirksamer
isoliert. Dies wird in den 19 und 20 anschaulich gemacht. Es wird zugestanden,
dass sein Wert klinisch auf Personen beschränkt sein wird, die auf beiden
Augen eine vergleichbare Sehschärfe
haben, doch gilt dies für die
weit überwiegende
Mehrzahl von frühen
bis moderaten Glaukomfällen.
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19 zeigt ein Beispiel für nicht
skalierte und skalierte Amplitudenwerte für jedes Segment des stimulierten
Gesichtsfeldes im Vergleich zu einer normalen Datenbank. Die Balken
stellen die Werte eines Probanden dar, und die Linie zeigt mittlere
Normalwerte. Bei diesem Patienten ist die VEP-Amplitude in gesunden Bereichen des
Feldes in beiden Augen ungewöhnlich
hoch, was ein insgesamt stärkeres
Signal impliziert (siehe die zwei oberen Graphen). Abnormale Bereiche
innerhalb des Feldes des rechten Auges lieferten deshalb keine statistisch
signifikanten Unterschiede von Normalen. Der Skalierungsvorgang
jedoch gleicht das größere Gesamtsignal
aus und identifiziert abnormale Bereiche schneller. Diese sind in
den korrigierten Daten des rechten Auges (unterer Graph) zu sehen.
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20 bezieht sich auf denselben Patienten
und zeigt statistisch signifikante Unterschiede (p < 0,05, schattierte
Bereiche) in der Amplitude zwischen dem Patienten und einer normalen
Datenbank. Auch Diagramme, die das Humphrey-Gesichtsfeld und die Wahrscheinlichkeit
bei derselben Person wiedergeben, werden gezeigt. Der Skalierungsalgorithmus
verbessert die Erkennung des Gesichtsfelddefektes bezogen auf die
normale Datenbank deutlich und macht ihn besser vergleichbar mit dem
subjektiven Gesichtsfeldausfall.