DE102008056976B4 - Method and device for multifocal, color channel-selective stimulation of the visual system - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Stimulation des visuellen Systems eines Patienten nach dem Prinzip der Silent Substitution Technik, wobei das visuelle System sowohl multifokal als auch farbkanalselektiv nach dem Prinzip der Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technik stimuliert wird dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulationssequenz in ihrem zeitlichen Ablauf an das Stimulationssystem mit einem zeitlichen Korrekturterm angepasst wird, der sich aus den Komponenten:
– τ₁ = Zeitversatz aufgrund der Reaktionszeit des Stimulators,
– τ₂ = Zeitversatz aufgrund des Darstellungsortes am Stimulator und
– τ₃ = Zeitversatz aufgrund der wellenlängenabhängigen Bildaufbauzeit am Stimulator
zusammensetzt.Method for stimulating the visual system of a patient according to the principle of silent substitution technique, wherein the visual system is stimulated both multifocal and color channel selective according to the principle of Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution technique, characterized in that the stimulation sequence in their timing the stimulation system is adapted with a temporal correction term, which consists of the components:
- τ ₁ = time offset due to the reaction time of the stimulator,
- τ ₂ = time offset due to the place of presentation on the stimulator and
- τ ₃ = time offset due to the wavelength-dependent image build-up time at the stimulator
composed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zur Stimulation des visuellen Systems eines Patienten nach dem Prinzip der Silent Substitution Technik, wobei das visuelle System sowohl multifokal als auch farbkanalselektiv nach dem Prinzip der Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technik stimuliert wird.The The present invention relates to a method and an associated device for stimulating the visual system of a patient according to the principle the silent substitution technique, being the visual system both multifocal and color channel selective according to the Ilmenau principle Display and Eye Adapted Silent Substitution technique is stimulated.

Zur Untersuchung des visuellen Systems sind vielfältige diagnostische Ansätze bekannt. Neben verschiedenen subjektiven Verfahren haben sich im Bereich der objektiven Diagnostik elektrophysiologische Untersuchungsmethoden etabliert ( DE 198 55 848 A1 und WO 2002/41768 A1 ). Zur Gewinnung diagnostischer Parameter existieren diverse Stimulationsparadigmen, wie z. B. Blitz- oder Musterstimulationen. Weiterhin werden Stimuli unterschiedlicher Farbe bzw. Wellenlänge mittels verschiedener Projektionssysteme und Lichtquellen am Auge appliziert.Various diagnostic approaches are known for studying the visual system. In addition to various subjective procedures, electrophysiological examination methods have become established in the field of objective diagnostics ( DE 198 55 848 A1 and WO 2002/41768 A1 ). To obtain diagnostic parameters exist various stimulation paradigms, such. B. Lightning or pattern pacing. Furthermore, stimuli of different color or wavelength are applied by means of various projection systems and light sources on the eye.

Mit herkömmlichen einfarbigen Reizen zur Untersuchung des visuellen Systems ist es nicht möglich detaillierte Aussagen über die Funktion der einzelnen Farbverarbeitungskanäle zu treffen. Die Silent Substitution Technique (SST) bietet allerdings die Möglichkeit der gezielten Reizung einzelner Farbkanäle des Auges. Die technischen Eigenschaften des Stimulationssystems bzw. dessen Charakterisierung in verschiedenen Transformationsebenen werden bei den bisher bekannten SST-Prinzipen jedoch nicht betrachtet. Weiterhin erhält man bei einer monofokalen SST-Ganzfeldstimulation nach einer elektrodiagnostischen Auswertung lediglich die Summenaktivität aller im Stimulationsfeld befindlichen, angeregten Sehsinneszellen. Eine örtliche Differenzierung der Reizantwortsignale einzelner retinaler Areale ist dabei nicht möglich.With usual it is monochrome stimuli to study the visual system not possible detailed statements about to make the function of the individual color processing channels. The silent substitution Technique (SST), however, offers the possibility of targeted irritation individual color channels of the eye. The technical characteristics of the stimulation system or its characterization in different levels of transformation however, are not considered in the previously known SST principles. Continue to receive in a monofocal SST whole field stimulation after electrodiagnostic Evaluation only the sum activity of all in the stimulation field located, excited Sehsinneszellen. A local differentiation of Stimulus responses of individual retinal areas are not possible.

Eine orts- und farbkanalaufgelöste lokale Stimulation mittels kleiner Stimuli ist vorteilhaft, um differenziertere Diagnosen zu erreichen. Dafür sind frei ansteuerbare Stimulatoren bzw. Strahlmanipulatoren (z. B. Liquid Crystal Display (LCD), Light Emitting Dioden in Kombination mit LCD (LED-LCD) oder Liquid Crystal an Silicon (LCoS)) notwendig, deren orts- und zeitabhängigen Eigenschaften insbesondere bei multifokalen Anwendungen betrachtet und gegebenenfalls korrigiert werden müssen.A local and color channel resolved Local stimulation using small stimuli is beneficial to more differentiated To achieve diagnoses. Therefore are freely controllable stimulators or beam manipulators (z. B. Liquid Crystal Display (LCD), Light Emitting Diodes in combination with LCD (LED-LCD) or Liquid Crystal on Silicon (LCoS)) necessary, their location and time dependent Properties considered especially in multifocal applications and, if necessary, corrected.

Durch die multifokalen Stimulationen besteht die Möglichkeit mehrere Retinaareale gleichzeitig zu reizen. Die damit erreichbare Verkürzung der Untersuchungszeit wäre von Vorteil, da dies eine Reduzierung der Patientenbelastung bewirkt. So könnten schnellere Diagnosen erstellt werden, was eine erhöhte Untersuchungsqualität sowie eine Reduzierung der Kosten zur Folge hätte.By the multifocal stimulations there is the possibility of multiple retinal areas to irritate at the same time. The achievable shortening of the Examination time would be advantageous, since this causes a reduction in patient burden. So could be faster Diagnoses are created, resulting in increased examination quality as well would lead to a reduction of the costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine Stimulation des visuellen Systems eines Patienten nach dem Prinzip der Silent Substitution Technik realisiert werden kann, wobei das visuelle System sowohl multifokal als auch farbkanalselektiv nach dem Prinzip der Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technik stimuliert wird, so dass schnellere Diagnosen mit hoher Qualität bei gleichzeitiger Reduzierung der anfallenden Untersuchungs- und Folgekosten möglich sind.task The present invention is therefore a method and a associated To provide a device with which a stimulation of the visual System of a patient according to the principle of silent substitution Technique can be realized, the visual system both multifocal and color channel selective according to the Ilmenau principle Display and Eye Adapted Silent Substitution technique is stimulated allowing faster diagnoses with high quality while reducing the incurred investigation and follow-up costs are possible.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und des achten Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention succeeds the solution This object with the features of the first and the eighth claim. Advantageous embodiments of the solution according to the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention is explained in more detail below with reference to drawings. It demonstrate:

1 – Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 - Schematic representation of the method according to the invention

2 – ein erstes prinzipielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 - A first basic embodiment of the device according to the invention

3 – ein zweites prinzipielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 - A second principal embodiment of the device according to the invention

Die vorliegende Erfindung beschreibt die multifokale, ortsaufgelöste, frei skalierbare, farbkanalselektive Stimulation des visuellen Systems mit einer zeitlich korrigierte Stimulationssequenz nach dem Prinzip der IDEA-SST (Ilmenau Display and Eye Adapted-Silent Substitution Technique), mit der die Parameter der Stimuli an die Eigenschaften und Charakteristiken der Stimulatoren angepasst werden können. Dies bedingt jedoch die Verwendung frei programmierbarer Stimulationssysteme.The The present invention describes the multifocal, spatially resolved, free Scalable, color channel-selective stimulation of the visual system with a temporally corrected stimulation sequence according to the principle the IDEA-SST (Ilmenau Display and Eye Adapted-Silent Substitution Technique), with which the parameters of the stimuli to the properties and characteristics of the stimulators can be adjusted. This however, requires the use of freely programmable stimulation systems.

Aufgrund der inhomogenen Eigenschaften der Stimulatoren bzw. Strahlmanipulatoren sind Korrekturterme zur Anpassung der technischen Eigenschaften an die multifokalen Stimulationsorte notwendig. Die zu verwendenden Stimulationssequenzen müssen dabei sowohl die technischen Randbedingungen als auch die Abhängigkeiten der örtlichen Auflösungsgrenzen und die Eigenschaften der retinalen Zapfenverteilung in Bezug auf die Exzentrizität der Reizung relativ zur Fovea berücksichtigen.by virtue of the inhomogeneous properties of the stimulators or beam manipulators are correction terms for the adaptation of the technical characteristics necessary to the multifocal stimulation sites. The ones to use Need stimulation sequences as well as the technical boundary conditions as well as the dependencies the local resolution limits and the properties of the retinal cone distribution in relation to the eccentricity of Consider irritation relative to the fovea.

Multifokale Stimulation des visuellen SystemsMultifocal stimulation of the visual Systems

Prinzipiell existieren verschiedene Methoden zur Reizung des visuellen Systems. Hier sind im Allgemeinen die Muster-, Blitz- oder Helligkeitsreizungen zu nennen. Großflächige bzw. monofokale Reize sind dazu die einfachste und gebräuchlichste Stimulationsmethode. Dabei erfolgt die Reizung jedes zu untersuchenden Retinaareals zeitlich und räumlich sequenziell mit einer vorgegebenen Serie von Stimuli. Eine eindeutige Zuordnung der Reizantwort zum untersuchten Reizort auf der Retina und dem Zeitpunkt der Reizung ist mit diesem Verfahren möglich. Diese Antwortsignale sind dann je nach Untersuchungsart als evozierte Potenziale bei Kortexableitung im Elektroenzephalogramm (EEG) ( WO 99/58046 ) oder als Ableitung der Potenziale der Retina im Elektroretinogramm (ERG) auswertbar ( WO 93/24047 ). Da die im EEG messbare Amplitude der Reizantwort nur sehr schwach ist bzw. sehr gering gegenüber dem Spontan-EEG ausfällt, müssen die visuell evozierten Potenziale (VEP) mit geeigneten Methoden aus dem EEG extrahiert werden. Dies wird beispielsweise durch die Mittelung über eine große Anzahl gleicher Reizantworten erreicht, was eine Wiederholung der Reizung am gleichen Stimulationsort notwendig macht. Die Untersuchungsmethode auf Grundlage monofokaler, sequenzieller Reizung hat aus diesen Gründen lange Untersuchungszeiten und damit eine große Patientenbelastung zur Folge.In principle, there are various methods for stimulating the visual system. These are generally the pattern, lightning or brightness irritants to call. Large-area or monofocal stimuli are the simplest and most common stimulus lationsmethode. The stimulation of each retinal area to be examined takes place temporally and spatially sequentially with a predetermined series of stimuli. An unambiguous assignment of the stimulus response to the examined stimulus site on the retina and the time of the irritation is possible with this procedure. These response signals are then depending on the type of examination as evoked potentials in cortex discharge in the electroencephalogram (EEG) ( WO 99/58046 ) or as a derivation of the potentials of the retina in the electroretinogram (ERG) WO 93/24047 ). Since the EEG measurable amplitude of the response is very weak or very low compared to the spontaneous EEG fails, the visually evoked potentials (VEP) must be extracted with suitable methods from the EEG. This is achieved, for example, by averaging over a large number of identical stimulus responses, which necessitates a repetition of the stimulation at the same stimulation site. For these reasons, the examination method based on monofocal, sequential irritation has long examination times and thus a high patient burden.

Als Alternative steht der elektroophthalmologischen Funktionsdiagnostik zusätzlich zur konventionellen monofokalen Stimulation die multifokale Stimulation zur Verfügung ( DE 198 55 848 A1 ). Hierbei wird eine quasigleichzeitige Stimulation mehrerer Reizpunkte auf der Retina durchgeführt ( US 4,846,567 ). Um Habituation zu vermeiden, soll die Stimulation dem visuellen System zufällig erscheinen. Darum beruht die Stimulationsmethode auf Basis quasizufälliger optischer Reizfolgen. Für die Stimulation wird ein Set gleich langer Reizfolgen zusammengestellt, deren Anzahl abhängig von der Anzahl der Reizpunkte ist. Die Antwortsignale enthalten damit jedoch keine Information über die Lokalisation des Reizes auf der Retina. Aus diesem Grunde ist es notwendig Maßnahmen zu ergreifen, um einen Rückschluss auf die Lokalisation zu ermöglichen. Für die Interpretation der gemessenen Signale sind somit leistungsfähige statistische Signalverarbeitungsstrategien erforderlich. Die angewandten Stimulationssequenzen müssen also bestimmte Eigenschaften erfüllen, um die Zuordnung zwischen Reiz und Antwortsignal zu gewährleisten. Die wichtigste Eigenschaft hierbei ist die Unabhängigkeit der Teilfolgen, da bei Erfüllung dieser Bedingung mittels der Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) der Ursprungsort des erhaltenen Antwortsignals ermittelt werden kann ( WO 01/39659 ). Die KKF ist ein Ähnlichkeitsmaß mit dem die Ähnlichkeit zweier Signale quantifiziert werden kann. Durch den Vergleich der Stimulationssequenz und des abgeleiteten elektrophysiologischen Signals kann der Zusammenhang zwischen Stimulation und Anteil an der Gesamtantwort hergestellt werden. Eine Aussage über die Wahrnehmung des Reizes ist damit möglich.As an alternative to electrophthalmic functional diagnostics, in addition to conventional monofocal stimulation, multifocal stimulation is available ( DE 198 55 848 A1 ). A quasi-simultaneous stimulation of multiple stimulus points on the retina is performed ( US 4,846,567 ). To avoid habituation, the stimulation should appear random to the visual system. Therefore, the stimulation method is based on quasi-random optical stimulus sequences. For stimulation, a set of equally long stimulus sequences is compiled, the number of which depends on the number of stimulus points. However, the response signals do not contain information about the location of the stimulus on the retina. For this reason, it is necessary to take measures to allow a conclusion on the localization. Efficient statistical signal processing strategies are therefore required for the interpretation of the measured signals. The applied stimulation sequences must therefore fulfill certain characteristics in order to ensure the association between the stimulus and the response signal. The most important property in this case is the independence of the subsequences, since, when this condition is fulfilled, the origin of the received response signal can be determined by means of the cross-correlation function (KKF) ( WO 01/39659 ). The KKF is a similarity measure with which the similarity of two signals can be quantified. By comparing the stimulation sequence and the derived electrophysiological signal, the relationship between stimulation and proportion of the total response can be established. A statement about the perception of the stimulus is thus possible.

Die Bedingungen der Unabhängigkeit und Quasizufälligkeit erfüllen beispielsweise die sogenannten m-Sequenzen. Eine weitere Anforderung ist die gleiche Länge der Reizfolgen. Um diese Forderungen zu erfüllen können z. B. Goldfolgen oder Kasamifolgen als Stimulationssequenzen zu multifokalen Reizung verwendet werden. Aus der WO 01/39659 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem verschiedene quasizufällige Folgen an mehreren Reizorten verwendet werden, um dem Reizantwortsignal die einzelnen Reizorte zuzuordnen und so, im Vergleich zur Nutzung einzelner Folgen für alle Reizorte, eine schnellere diagnostische Aussage über das Gesichtsfeld zu treffen. Dabei werden wellenlängenabhängige Zeitdifferenzen, wie sie bei farbigen Stimulationen bzw. nach dem Prinzip der SST auftreten, technisch bedingte statische Zeitdifferenzen zwischen berechneter Stimulationsfolge und Darstellungszeitpunkt oder eine auf Grund der multifokalen Reizung entstehende Zeitverschiebung durch den Darstellungsort am Stimulator nicht berücksichtigt.The conditions of independence and quasi-randomness, for example, meet the so-called m-sequences. Another requirement is the same length of stimulus sequences. To meet these requirements can z. As gold sequences or Kasamifolgen be used as stimulation sequences for multifocal irritation. From the WO 01/39659 A1 For example, a method is known in which different quasi-random sequences are used at several stimulus locations to assign the stimulus response signal to the individual stimulus sites and thus to make a faster diagnostic assessment of the field of view as compared to using individual sequences for all stimulus sites. In this case, wavelength-dependent time differences, as they occur with colored stimulation or according to the principle of SST, technically caused static time differences between calculated stimulation sequence and presentation time or due to the multifocal irritation resulting time shift through the presentation on the stimulator are not considered.

Eine weitere Möglichkeit zur Modulation von Reizfolgen bieten nicht-binäre Sequenzen. Dazu ist aus der WO 07/144711 A2 ein Verfahren bekannt, bei dem die Charakteristik bzw. Helligkeit eines monofokalen Stimulus mit einer nicht-binären Sequenz moduliert wird. Zur Auswertung wird diese Sequenz mit dem EEG-Antwortsignal korreliert. Durch eine Anpassung des Frequenzspektrums des Modulationssignals sollen spezifische neuronale visuelle Subsysteme (z. B. parvozellulärer Pfad, magnozellulärer Pfad, koniozellulärer Pfad) gereizt werden. Die vorgeschlagene Lösung beinhaltet dabei weder den Ansatz einer multifokale Reizung, noch werden mehrfarbige Reize bzw. die Prinzipien der SST betrachtet. Die neben einem technisch bedingten statischen Zeitversatz, auf Grund der multifokalen Reizung entstehenden Probleme der Zeitverschiebung durch den Darstellungsort am Stimulator und der wellenlängenabhängigen bzw. farbabhängige Bildaufbauzeit entstehenden Zeitdifferenzen zwischen berechneter Stimulationsfolge und tatsächlichem Zeitpunkt der Darbietung der Stimuli, werden ebenfalls nicht berücksichtigt.Another way to modulate stimulus sequences is non-binary sequences. This is from the WO 07/144711 A2 a method is known in which the characteristic or brightness of a monofocal stimulus is modulated with a non-binary sequence. For evaluation, this sequence is correlated with the EEG response signal. By adapting the frequency spectrum of the modulation signal, specific neural visual subsystems (eg parvocellular path, magnocellular path, conocellular path) are stimulated. The proposed solution does not include the approach of a multifocal stimulus, nor are multicolored stimuli or the principles of the SST considered. The time differences between the calculated stimulation sequence and the actual instant of the presentation of the stimuli, which arise in addition to a technically caused static time offset, due to the multifocal irritation arising from the time difference by the place of presentation on the stimulator and the wavelength-dependent or color-dependent image synthesis time are also not considered.

Die bekannteste Anwendung der multifokalen visuellen Stimulation, das multifokale ERG, wurde 1992 von Sutter vorgeschlagen ( US 4,846,567 ). Das multifokale ERG erlaubt eine Kartierung der lokalen Netzhautfunktion. Das Reizmuster besteht aus hexagonalen Elementen. Deren Flächeninhalt steigt zu den äußeren Elementen hin, etwa umgekehrt proportional zur Zapfendichte. Die Ableitung erfolgt in diagnostischer Mydriasis mittels Elektroden direkt an der Kornea. Während der Reizung ändern die Hexagone, entsprechend den oben getroffenen Überlegungen, quasizufällig ihre Farbe. In der diagnostischen Routine sind für den Farbwechsel Schwarz-Weiß-Stimulationen üblich. Das Antwortsignal der gereizten Teilareale wird dann aus dem Gesamtsignal mittels Kreuzkorrelation ermittelt ( WO 01/39659 A1 ).The most popular application of multifocal visual stimulation, the multifocal ERG, was proposed by Sutter in 1992 ( US 4,846,567 ). Multifocal ERG allows mapping of local retinal function. The stimulus pattern consists of hexagonal elements. Their surface area increases towards the outer elements, approximately inversely proportional to the pin density. The derivation is carried out in diagnostic mydriasis by means of electrodes directly on the cornea. During the irritation, the hexagons, according to the considerations made above, change their color quasi-randomly. In the diagnostic routine, black and white stimulation is common for color change. The answer nal of the irritated subareas is then determined from the total signal by means of cross-correlation ( WO 01/39659 A1 ).

Bei der Ermittlung der VEP aus dem EEG erfolgt ein ähnliches Vorgehen. Gemäß den berechneten quasizufälligen unabhängigen Stimulationssequenzen werden mehrere Leuchtreize präsentiert. Das parallel aufgenommene EEG-Signal wird aufbereitet und mittels KKF mit den Stimulationssequenzen in Verbindung gebracht. Damit ist eine objektive Bewertung der Sehfähigkeit bestimmter Teilbereiche des Gesichtfeldes von der retinalen Ebene, über die Sehpfade bis hin zur kortikalen visuellen Verarbeitung möglich (A. Götze, P. Husar, G. Henning, C. Hartleb, and A. Hopf, ”Multifokale Stimulation mit Kasamifolgen für die Objektive Perimetrie, Biomedizinische Technik, 49 ed TU Ilmenau, 2004, pp. 800–801).at The determination of the VEP from the EEG is a similar procedure. According to the calculated quasi independent Stimulation sequences are presented several luminescent stimuli. The parallel recorded EEG signal is processed and using KKF associated with the stimulation sequences. This is an objective assessment of the vision of certain parts of the body Field of view from the retinal level, via the visual pathways to the cortical visual processing possible (A. Götze, P. Husar, G. Henning, C. Hartleb, and A. Hopf, "Multifocal Stimulation with Kasami sequences for the objectives Perimetry, Biomedical Engineering, 49 ed TU Ilmenau, 2004, pp. 800-801).

Das Stimulationsprinzip eines halbkugelförmigen LED Stimulators zur quasizufälligen, multifokalen Reizung des Gesichtsfeldes ist bereits aus der DE 198 55 848 A1 bekannt, wobei die WO 02/41768 A1 bereits eine Erweiterung hierzu ist. Mit der WO 02/41768 A1 wird die Nutzung der quasizufälligen Folgen zur Intensitäts- bzw. Helligkeitsmodulation der Reize für eine multifokale objektive Untersuchung vorgeschlagen. Die in beiden Verfahren beschriebenen festen multifokalen LED-Leuchtpunkte zeigen zwar keine wellenlängenabhängige bzw. farbabhängige Bildaufbauzeit, auf den dennoch vorhandenen statischen Zeitversatz zwischen berechneter Stimulationsfolge und Darstellungszeitpunkt, eine auf Grund der multifokalen Reizung entstehende Zeitverschiebung durch den Darstellungsort am Stimulator oder farbige Reize oder SST-Stimulation wird in den Beschreibungen nicht eingegangen. Zudem kann bei der Nutzung von LEDs keine farbkanalselektive Stimulation nach dem Prinzip der SST durchgeführt werden. Die Verwendung von einzelnen LED-Leuchtpunkten lässt zudem keine freie Skalierbarkeit der Stimuli bzw. frei Wahl des Reizortes zu.The stimulation principle of a hemispherical LED stimulator for quasizufälligen, multifocal irritation of the visual field is already out of the DE 198 55 848 A1 known, the WO 02/41768 A1 already an extension to this is. With the WO 02/41768 A1 the use of the quasi-random consequences for the intensity or brightness modulation of the stimuli for a multifocal objective examination is proposed. Although the fixed multifocal LED luminous dots described in both methods do not show any wavelength-dependent or color-dependent image build-up time, the still existing static time offset between calculated stimulation sequence and time of presentation, a time shift due to the multifocal irritation caused by the presentation location on the stimulator or colored stimuli or SST signals. Stimulation is not discussed in the descriptions. In addition, when using LEDs no color channel selective stimulation can be carried out according to the principle of SST. The use of single LED luminous points also allows no free scalability of stimuli or free choice of the stimulation site.

Entsprechend diesen Ausführungen zeigt der vorgestellte Stand der Technik ( WO 2007/144711 A2 , WO 02/41768 A1 , WO 01/39659 A1 , DE 198 55 848 A1 ) zwar die Möglichkeit der multifokale Stimulation des visuellen Systems zeigen jedoch weder die Prinzipien der SST, noch einen Lösungsansatz für die Korrektur von auftretenden zeitlichen Abhängigkeiten im Bezug auf technisch bedingte Zeitdifferenzen zwischen berechneter Stimulationsfolge und tatsächlichem Zeitpunkt der Darbietung der Stimuli auf.According to these statements, the presented prior art ( WO 2007/144711 A2 . WO 02/41768 A1 . WO 01/39659 A1 . DE 198 55 848 A1 ), although the possibility of multifocal stimulation of the visual system, does not disclose the principles of the SST, nor does it provide a solution to the correction of temporal dependencies that arise with respect to time differences between calculated stimulation sequences and the actual timing of the stimuli.

Silent Substitution Technique (SST)Silent Substitution Technique (SST)

Bereits im 17. Jahrhundert erkannte man den Zusammenhang zwischen Farbsehstörungen und Augenerkrankungen, der erstmals zu Beginn des 20. Jahrhunderts von Köllner generalisiert wurde. Betrachtet man den Ursprung des Farbsehens auf zellulärer Ebene, unterscheiden sich die Sehsinneszelltypen des Auges (L-, M-, S-cones; dt. Zapfen) u. a. im Kalziummetabolismus, in der Membranpermeabilität sowie in Anzahl und Verteilung auf der Retina. Darüber hinaus existieren Unterschiede im Ablauf der Phototransduktionskaskade, die die Umwandlung der absorbierten Lichtquanten in bioelektrische Signale steuert. Daraus ergeben sich spezifische Vulnerabilitäten gegenüber verschiedenen Krankheitsbildern, die mittels geeigneter Stimulationstechnik diagnostisch nutzbar gemacht werden können. In den letzten zwei Jahrzehnten lag der Fokus auf dem Einsatz von Farbperimetern zur Detektion von Sehstörungen, die beispielsweise durch das Glaukom oder optische Neuropathien verursacht werden. Eine verbreitete Methode ist hierbei die Verwendung eines farbigen Hintergrundes. Dieser soll die Empfindlichkeit zweier Zapfentypen reduzieren, wobei ein Stimulationsfeld den verbleibenden Typ erregt. Den beschriebenen Mechanismus nutzt die Blau auf Gelb Perimetrie. Mehrere Studien u. a. von M. P. Simunovic et al. („How well does color perimetry isolate responses from individual cone mechanisms?” J. Glaucoma., vol. 13, no. 1, pp. 22–27, Feb. 2004) zeigten, dass so lediglich eine teilweise isolierte S-Zapfen Reizung gelingt.Already in the 17th century, the connection between color vision disorders and eye diseases was recognized first generalized by Köllner at the beginning of the 20th century has been. Considering the origin of color vision at the cellular level, the visual sensory cell types of the eye differ (L-, M-, S-cones; German cones) u. a. in calcium metabolism, in membrane permeability as well in number and distribution on the retina. In addition, there are differences in the course of the phototransduction cascade, which is the transformation of the absorbed light quantum into bioelectric signals controls. from that there are specific vulnerabilities to different diseases, which can be used diagnostically by means of suitable stimulation technology can be made. Over the past two decades, the focus has been on the use of Color Perimeters for the detection of visual disturbances, for example caused by glaucoma or optical neuropathies. A common method here is the use of a colored Background. This should be the sensitivity of two pin types reduce, with one stimulation field exciting the remaining type. The mechanism described uses the blue on yellow perimetry. Several studies and. a. by M.P. Simunovic et al. ("How well does color perimetry isolate responses from individual cone mechanisms? "J. Glaucoma., vol. 13, no. 1, pp. 22-27 Feb. 2004) showed that so only a partially isolated S-pinion irritation succeed.

Um jedoch einerseits beliebige Zapfen und diese andererseits vollständig selektiv zu reizen, ist die Verwendung eines methodisch aufwändigeren Stimulationsprinzips nötig. Die SST stellt ein solches Prinzip dar und erlaubt es je nach Umsetzung, beide genannten Bedingungen zu erfüllen. Eine frühe Arbeit über die mögliche Anwendung auf dem Gebiet der elektrodiagnostischen Untersuchung des visuellen Systems wurde von O. Estevez und H. Spekreijse veröffentlicht („The silent substitution method in visual research” Vision res., vol. 22, no. 6, pp. 681–691, 1982). Verallgemeinernd kann festgestellt werden, dass dies durch eine speziell angepasste Stimulationsfolge realisiert wird, die lediglich den oder die zu reizenden Sinneszelltypen stimuliert. Alle weiteren nicht zu reizenden Zelltypen, die der Stimulus jedoch ebenfalls erreicht, können diesen nicht wahrnehmen. In der Folge liefern sie keinen Beitrag am resultierenden Antwortsignal und werden als ”silent” bezeichnet.Around but on the one hand arbitrary pin and this other hand, completely selective to stimulate, is the use of a methodically more complex stimulation principle necessary. The SST represents such a principle and allows it depending on the implementation, to meet both conditions. An early work on the possible Application in the field of electro-diagnostic examination of the visual system was published by O. Estevez and H. Spekreijse ( "The silent substitution method in visual research "Vision res., vol. 22, no. 6, pp. 681-691, 1982). Generalising this can be stated by a specially adapted stimulation sequence is realized, the only stimulates the one or more sensory cell types that are irritating. All others not to stimulating cell types, but the stimulus also reaches can do not perceive this. As a result, they do not contribute on the resulting response signal and are referred to as "silent".

Im Wesentlichen sind heute drei verschiedene SST basierte Stimulationsmethoden bekannt. Bei der Heterochromatik Flicker Photometry (HFP) muss der Patient zunächst einen individuellen sowie subjektiven Farbabgleich zwischen zwei Lichtquellen realisieren. Der Abgleich erfolgt bei Frequenzen oberhalb von 30 Hz, die eigentliche Stimulation anschließend bei Reizfrequenzen unterhalb von 5 Hz. Durch das unterschiedliche zeitliche Auflösungsvermögen der Zapfentypen, in Verbindung mit einem zusätzlichen Adaptationshintergrund, kann eine selektive Farbkanalstimulation erreicht werden. Nachteilig wirkt sich der subjektive Charakter des Farbabgleichs aus, der zu einer unvollständigen Zapfensubstitution führen kann. Hinzu kommen der erhöhte Zeitbedarf für eine Messung und die nötigen Wiederholungen, um einen signifikanten Farbabgleich zu erreichen. Aus der DE 198 24 626 A1 ist hierzu bereits ein Verfahren zum individuellen objektiven Ausgleich der Luminanz von Farben eines Projektionssystems bekannt. Das Prinzip der beliebigen und vollständig selektiven Zapfenreizung, der SST, kann damit jedoch nicht erfüllt werden.Essentially, three different SST-based stimulation methods are known today. In heterochromatic flicker photometry (HFP), the patient first has to realize an individual and subjective color balance between two light sources. The adjustment takes place at frequencies above 30 Hz, the actual stimulation then at stimulation frequencies below 5 Hz. Due to the different temporal resolution of the pin types, in conjunction with an additional adaptation background, a selekti Color channel stimulation can be achieved. A disadvantage is the subjective character of the color balance, which can lead to incomplete pin substitution. Added to this is the increased time required for a measurement and the necessary repetitions to achieve a significant color balance. From the DE 198 24 626 A1 For this purpose, a method for the individual objective compensation of the luminance of colors of a projection system is already known. The principle of arbitrary and fully selective cone excitation, the SST, however, can not be fulfilled.

Ein beispielhafter Wirkungsmodell basierter Ansatz wird in den Arbeiten von D. C. Hood et al. („The multifocal visual evoked potential and cone-isolating stimuli: implications for L- to M-cone ratios and normalization” J. Vis., vol. 2, no. 2, pp. 178–189, 2002) verwendet. Grundlage für die Umsetzung der SST sind spezielle Zapfenempfindlichkeitskurven (cone fundamentals). Auf Basis des Emissionsspektrums eines Stimulators kann mittels dieser Kurven die absorbierte Quantenanzahl für jeden Zapfentyp berechnet werden. Somit besteht die Möglichkeit eine Stimulationssequenz zu erstellen, bei der die absorbierte Quantenzahl aller nicht zu reizenden Zapfentypen konstant bleibt. Letztere liefern somit keinen Beitrag am Antwortsignal (”silent”). Unter der Anwendung dieses Prinzips wurden bereits multifokale Untersuchungen der Retina und Auswertungen der entsprechenden ERG/VEP-Signale vorgenommen. Der dargestellten Stimulationsmethodik fehlt jedoch die Umsetzung einer direkten Verknüpfung des Modells mit anderen Farbräumen, in denen beispielsweise der verwendete Stimulator und/oder dessen Stimulus charakterisiert sowie abgeglichen werden kann.One exemplary impact model-based approach is used in the work by D.C. Hood et al. ( "The multifocal visual evoked potential and cone-isolating stimuli: implications for L-to M-cone ratios and normalization J. Vis., vol. 2, no. 2, pp. 178-189, 2002) used. basis for the implementation of the SST are special cone sensitivity curves (cone fundamentals). Based on the emission spectrum of a stimulator By means of these curves, the absorbed quantum number for each Pin type can be calculated. Thus there is the possibility of a stimulation sequence to create at which the absorbed quantum number of all not too irritating cone type remains constant. The latter thus make no contribution on the response signal ("silent"). Under the application of this principle has already been multifocal studies Retina and evaluations of the corresponding ERG / VEP signals made. However, the illustrated stimulation methodology lacks the implementation a direct link the model with other color spaces, in which, for example, the stimulator used and / or its Stimulus can be characterized as well as balanced.

In eigenen Arbeiten wurde ein alternatives Wirkungsmodell zur Anwendung des SST-Prinzips entwickelt. Durch den dabei gewählten Ansatz nach R. W. G. Hunt (Measuring colour, Ellis Horwood series in applied science and industrial technology ed. London: Ellis Horwood, 1995) lässt sich sowohl ein Übergang in die biologische Wirkebene der Zapfen (LMS-Raum), als auch eine Verknüpfung in den standardisierten Normfarbenraum der CIE realisieren (XYZ-Raum). Die hierfür nötigen Schritte sind in den Arbeiten von S. Klee, P. Bessler, P. Husar, G. Henning und F. Schlegelmilch zu finden („Investigation of spectral distribution and dynamics of stimulators for selective cone excitation” in IFMBE Proceedings Prague: IFMBE Proceedings, 2005; ”Methodology and first results of selective cone stimulation of human eye via silent substitution technique” in IFMBE Proceedings Prague: IFMBE Proceedings, 2005; ”Methodische und technisch-experimentelle Untersuchungen zur Realisierung einer elektrophysiologischen Blaukanalstimulation.” Technische Universität Ilmenau, Institut für Biomedizinische Technik und Informatik, 2004). Die von Hunt ermittelten Kurven zur biologischen Wirkung erlauben ebenfalls die exakte Berechnung der Menge an absorbierter Strahlung (Quantenabsorption) pro Flächeneinheit und Zapfentyp der Retina. Diese wird als Aktivierung bezeichnet. Der Zugang zum XYZ-Raum ermöglicht beispielsweise die direkte Bestimmung von Farbart, Farbort und des Weißwertes. Eine Kalibrierung der Stimulatorfarben sowie der Abgleich auf eine Normlichtart ist ebenfalls möglich. Zusätzlich wurde der technische RGB-Raum des Stimulators, der beispielsweise aus der Ansteuerung mittels PC und Grafikkarte resultiert, in das Modell integriert. Als Stimulator können nun beliebige Displays, Projektoren oder andere Projektionssysteme dienen (beispielsweise LED, LCD, LCoS, OLED, DMD, CRT, Laser, Plasma, Lampen), die über eine Grafikkarte frei ansteuerbar sind. Weitere Verbindungen von Stimulatoren und Ansteuereinheiten sind prinzipiell möglich. Durch Programmierung der Grafikkarte, was einer Veränderung im RGB-Raum entspricht, können die lichttechnischen Parameter und damit auch der zu applizierende Stimulus beeinflusst werden. Seine Lage im Normfarbenraum und seine Wirkung in der biologischen Ebene ändern sich ebenfalls, wobei beides durch das entwickelte Modell erfasst wird. Im Ergebnis einer beispielhaften Anwendung kann mittels direkter Ansteuerung des Stimulators, zu jedem gewählten Stimulus, die resultierende Aktivierung der einzelnen Zapfentypen berechnet werden. Es sind sowohl eine exakte Charakterisierung von Stimulator, Stimulus und biologischer Wirkung, als auch die Entwicklung von Stimulationssequenzen, die eine gezielte Farbkanalreizung bewirken, möglich. Aufgrund der beschriebenen Anpassungen des SST-Prinzips im Hinblick auf die Eigenschaften des Stimulators und die biologische Wirkung im Auge, wird das Gesamtkonzept der Stimulation im Folgenden als Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technique (IDEA-SST) bezeichnet.In own work was an alternative impact model for the application developed the SST principle. By the chosen approach according to R. W. G. Hunt (Measuring color, Ellis Horwood series in applied science and industrial technology ed. London: Ellis Horwood, 1995) both a transition in the biological working plane of the cones (LMS space), as well as a shortcut into the standardized standard color space of the CIE (XYZ room). The one for this force Steps are in the works of S. Klee, P. Bessler, P. Husar, G. Henning and F. Schlegelmilch ("Investigation of spectral distribution and dynamics of stimulators for selective cone excitation "in IFMBE Proceedings Prague: IFMBE Proceedings, 2005; "Methodology and first results of selective cone stimulation of human eye via silent substitution technique "in IFMBE Proceedings Prague: IFMBE Proceedings, 2005; "Methodological and technical-experimental Investigations for the realization of electrophysiological blue-channel stimulation. "Ilmenau University of Technology, Institute for Biomedical Engineering and Computer Science, 2004). The ones determined by Hunt Curves for biological effect also allow the exact calculation the amount of absorbed radiation (quantum absorption) per unit area and cone type of retina. This is called activation. Of the Allows access to the XYZ room For example, the direct determination of color, color and the White value. A calibration of the stimulator colors as well as the adjustment to one Standard illuminant is also possible. additionally became the technical RGB space of the stimulator, for example from the control by means of PC and graphics card results in the Integrated model. As a stimulator, any displays, Projectors or other projection systems are used (for example LED, LCD, LCoS, OLED, DMD, CRT, laser, plasma, lamps), which have one Graphics card are freely controllable. Further connections of stimulators and control units are possible in principle. By programming the graphics card, what a change in RGB space, can the photometric parameters and thus also the one to be applied Stimulus be influenced. Its location in standard color space and its Effect in the biological level also change, with both are captured by the developed model. As a result of an exemplary Application can by means of direct control of the stimulator, too each chosen Stimulus, the resulting activation of each cone type be calculated. It is both an exact characterization of Stimulator, stimulus and biological effects, as well as the development of Stimulation sequences, which cause a targeted color channel irritation, possible. Due to the described adaptations of the SST principle with regard to on the properties of the stimulator and the biological effect in the Eye, the overall concept of stimulation is hereafter referred to as Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technique (IDEA-SST) designated.

Durch die Verbindung der multifokalen Stimulationstechnik und der IDEA-SST können die Vorteile beider Verfahren kombiniert werden. Dafür müssen die freie Skalierbarkeit der Stimulatoren und die farbkanalselektive Reizung des visuellen Systems mittels multifokaler Stimuli an beliebigen Orten gewährleistet sein. Die freie Skalierbarkeit der Stimulatoren sichert die beliebige Anpassung der Stimuli in Form und Farbe an die Gegebenheiten des Reizortes (beispielsweise rezeptive Felder, Anpassungen der Stimuli an die Eigenschaften der Retina bzw. der Wahrnehmung in Abhängigkeit von der Exzentrizität usw.). Weiterhin sind für eine umfassende Untersuchung des gesamten Gesichtsfelds Stimulatoren zur möglichst vollständigen Reizung des gesamten Retinaareals nötig. Dies können beispielsweise großflächige Displays, Projektoren, direkte oder indirekte Projektionen oder halbkugelförmige Stimulatoren ( DE 198 55 848 A1 ) oder headmounted Displays ( WO 2001/78586 A1 ) leisten. Bei all diesen Stimulationssystemen besteht jedoch das Problem der technisch bedingten Zeitdifferenzen zwischen berechneter Stimulationsfolge und der tatsächlichen Darbietung der Stimuli, worauf im Folgenden eingegangen wird.By combining the multifocal stimulation technique and the IDEA-SST, the advantages of both methods can be combined. For this purpose, the free scalability of the stimulators and the color-channel-selective stimulation of the visual system by means of multifocal stimuli must be ensured at any location. The free scalability of the stimulators ensures any adaptation of the stimuli in shape and color to the conditions of the stimulus site (for example, receptive fields, adjustments of the stimuli to the properties of the retina or perception as a function of the eccentricity, etc.). Furthermore, for a comprehensive examination of the entire visual field stimulators for the most complete irritation of the entire retinal area are needed. These can be, for example, large-area displays, projectors, direct or indirect projections or hemispherical stimulators ( DE 198 55 848 A1 ) or headmounted displays ( WO 2001/78586 A1 ) Afford. With all these stimuli tion systems, however, there is the problem of technically caused time differences between calculated stimulation sequence and the actual presentation of the stimuli, which will be discussed below.

Aus der Kombination der multifokalen Stimulationstechnik und der IDEA-SST sowie den technischen Randbedingungen (z. B. Bildaufbauzeit, Berechnungszeit/Schaltzeit der Steuerungselektronik) der Stimulatoren ergeben sich jedoch Probleme, die für eine korrekte Funktionsweise unbedingt gelöst werden müssen.Out the combination of the multifocal stimulation technique and the IDEA-SST as well as the technical boundary conditions (eg image build-up time, calculation time / switching time the control electronics) of the stimulators, however, problems arise the for a correct functioning necessarily must be solved.

Das wichtigste Problemfeld stellen die Zeitdifferenzen zwischen der Präsentation der Stimuli an den multifokalen Reizorten und den bekannten, errechneten Reizfolgen (beispielsweise zufällige Folgen, m-Folgen, Kasami-Folgen, Gold-Folgen usw.) dar. Eine korrekte zeitliche Auswertung der Reizantwortsignale auf Basis der KKF mit den errechneten pseudozufälligen Stimulationsfolgen ist dadurch nicht mehr gegeben.The most important problem area is the time differences between the presentation stimuli at multifocal stimulus sites and the known, calculated Stimulus sequences (for example, random Episodes, m-episodes, Kasami episodes, gold episodes, etc.). A correct temporal evaluation of the stimulus response signals based on the KKF with the calculated pseudorandom one Stimulation consequences is no longer given.

Zeitverschiebungen können prinzipiell durch drei Effekte, die in beliebiger Kombination denkbar sind, begründet sein. Besonders bei einer digitalen Ansteuerung der Stimulatoren können beispielsweise die Schaltzeiten elektronischer Bauelemente im Stimulator, ein Framebuffer oder ähnliche Effekte zu einem Zeitversatz zwischen der Stimulationssequenz und der tatsächlichen Darstellung der Reize am Stimulator führen. Aber auch bei analoger Datenübertragung sind Ungenauigkeiten im Timing zu erwarten. Es ist davon auszugehen, dass das Stimulationssystem nicht unendlich schnell reagiert, wodurch ein Zeitversatz entsteht, welcher als τ₁ bezeichnet wird und für den jeweiligen Stimulator konstant ist.Time shifts can in principle be due to three effects that are conceivable in any combination. Particularly in the case of a digital control of the stimulators, for example, the switching times of electronic components in the stimulator, a framebuffer or similar effects can lead to a time offset between the stimulation sequence and the actual presentation of the stimuli on the stimulator. But even with analog data transmission inaccuracies in the timing can be expected. It can be assumed that the stimulation system does not react infinitely fast, which results in a time offset, which is referred to as τ _{1 and} which is constant for the respective stimulator.

Eine weitere Zeitverschiebung ergibt sich durch den Darstellungsort am Stimulator. Bei aktuellen Stimulatoren erfolgt der Bildaufbau zeilenweise, entsprechend der Bildwiederholrate. Aber auch beliebige andere Bildaufbausequenzen, wie beispielsweise elementweiser Bildaufbau oder clusterbasierter Bildaufbau sind denkbar. Dabei treten in Abhängigkeit von der Lokalisation des jeweiligen multifokalen Stimulus auf dem Stimulator Zeitunterschiede zwischen den Stimuli bzw. zwischen der berechneten Stimulationssequenz und der tatsächlichen Darstellung auf. Diese werden als τ₂(x, y) bezeichnet und sind vom jeweiligen Darstellungsort bzw. den Koordinaten x und y abhängig. Auch dreidimensionale Stimulationen wären denkbar, wodurch eine dritte zu berücksichtigende Abhängigkeit von der z-Koordinate hinzu käme.Another time shift results from the place of presentation on the stimulator. For current stimulators, the image is built up line by line, according to the refresh rate. But also any other Bildaufbausequenzen, such as elementary image structure or cluster-based image structure are conceivable. Depending on the localization of the respective multifocal stimulus on the stimulator, time differences between the stimuli or between the calculated stimulation sequence and the actual display occur. These are referred to as τ ₂ (x, y) and are dependent on the respective presentation location or the coordinates x and y. Three-dimensional stimulations would also be conceivable, which would add a third dependence on the z-coordinate to be considered.

Zusätzlich wird das Darstellungstiming am Stimulator durch eine wellenlängenabhängige bzw. farbabhängige Bildaufbauzeit beeinflusst. Aufgrund physikalischer und elektrooptischer Effekte ist der reale Zeitpunkt der Präsentation der Stimuli auch vom gewünschten Farbwert der Stimulation abhängig. Dadurch ergeben sich ebenfalls variable Differenzen, bezeichnet als τ₃(R, G, B), zwischen dem errechneten Reizzeitpunkt der multifokalen Stimulationsfolge und der realen Reizdarbietung.In addition, the display timing on the stimulator is influenced by a wavelength-dependent or color-dependent image build-up time. Due to physical and electro-optical effects, the actual timing of the presentation of the stimuli also depends on the desired color value of the stimulation. This also results in variable differences, referred to as τ ₃ (R, G, B), between the calculated stimulus time of the multifocal stimulation sequence and the real stimulus presentation.

Insgesamt ergibt sich also, durch die kumulativen Einzeleffekte, zwischen errechneter pseudozufälliger multifokaler Stimulationssequenz und den entsprechenden Darstellungen einzelner Stimuli am Stimulator eine Zeitverschiebung τ τ = τ1 + τ2(x, y) + τ3(R, G, B) (1) Overall, therefore, due to the cumulative single effects, between calculated pseudo-random multifocal stimulation sequence and the corresponding representations of individual stimuli on the stimulator a time shift τ τ = τ 1 + τ 2 (x, y) + τ 3 (R, G, B) (1)

Die einzelnen Fehleranteile können messtechnisch bestimmt werden. So ist mittels Hardwaretriggersignal die Ermittlung des exakten Zeitpunkts des Auslösens eines Stimulationsereignisses, entsprechend der pseudozufälligen Stimulationsfolge, an der Steuereinheit möglich. Parallel dazu kann z. B. mit einer schnellen Fotodiode der Zeitpunkt des Auftretens des Reizes am Ort des Beginns des Bildaufbaus des Stimulators (in der Regel in der ersten von der Stimulatorelektronik angesteuerten Zeile) aufgezeichnet werden. Dazu ist die RGB-Farbkombination mit der geringsten Reaktionszeit beim Bildwechsel (normalerweise schwarz-weiß- Bildwechsel) zu verwenden. Beide Triggerereignisse sind mittels Digitalspeicheroszilloskop aufzuzeichnen, der Zeitversatz τ₁ ist damit bestimmbar.The individual error components can be determined metrologically. Thus, by means of a hardware trigger signal, it is possible to determine the exact time of the triggering of a stimulation event, corresponding to the pseudo-random stimulation sequence, at the control unit. In parallel, z. Example, with a fast photodiode, the time of the occurrence of the stimulus at the location of the beginning of the image structure of the stimulator (usually in the first driven by the stimulator electronics line) are recorded. For this, the RGB color combination with the shortest reaction time when changing the picture (usually black and white picture change) is to be used. Both trigger events must be recorded by means of digital storage oscilloscope, the time offset τ ₁ can thus be determined.

Die Ermittlung der ortsabhängigen Zeitverschiebung τ₂(x, y) kann mittels zwei schnellen Fotodioden erfolgen. Dazu sollte der Stimulator in geeigneten Abtastschritten zwischen dem Ort des Beginns des Bildaufbaus und allen anderen Anzeigepunkten örtlich vermessen werden. Die Zeitdifferenzen können mit einem Oszilloskop ermittelt und in einer Matrix in Abhängigkeit vom Messort gespeichert werden. Zwischenpunkte sind geeignet zu interpolieren.The determination of the location-dependent time shift τ ₂ (x, y) can be done by means of two fast photodiodes. For this purpose, the stimulator should be measured locally in suitable sampling steps between the location of the beginning of the image formation and all other display points. The time differences can be determined with an oscilloscope and stored in a matrix depending on the location of the measurement. Intermediate points are suitable for interpolating.

Zeitliche Abhängigkeiten von der spektralen Zusammensetzung der Stimuli τ₃(R, G, B) sind durch die Messung der Reaktionszeit beim Bildwechsel zwischen zwei Farbstufen zu ermitteln. Die Messung kann ebenfalls mit eine schnellen Fotodiode und einem Oszilloskop erfolgen. Dabei sind die Messungen für alle Farbkanäle des Stimulators durchzuführen und in einer Matrix zu speichern. Die Farbstufenwechsel sind hier in zweckmäßigen kleinen Schritten durchzuführen. In der Ergebnismatrix sind die Zwischenstufen durch geeignete Interpolation zu ergänzen.Time dependencies on the spectral composition of the stimuli τ ₃ (R, G, B) are to be determined by measuring the reaction time during the image change between two color levels. The measurement can also be done with a fast photodiode and an oscilloscope. The measurements should be carried out for all color channels of the stimulator and stored in a matrix. The color level changes are to be carried out here in appropriate small steps. In the result matrix, the intermediate stages are to be supplemented by suitable interpolation.

Die Anteile der Gesamtzeitverschiebung τ sind nach diesen Überlegungen abhängig von der verwendeten Stimulationstechnik und für jeden Stimulator charakteristisch. In Abhängigkeit vom Stimulator können damit für die multifokalen Stimulationssequenzen, für den entsprechenden Stimulationsort und das entsprechende Wellenlängengemisch der Stimulationsmuster Korrekturterme bestimmt werden. Diese Korrekturterme müssen in Verbindung mit dem Timing der quasizufälligen Reizfolge zur Auswertung der physiologischen Daten verwendet werden, um eine korrekte Analyse und Auswertung der Untersuchungsergebnisse zu sichern.The proportions of the total time shift τ are, according to these considerations, characteristic of the stimulation technique used and characteristic of each stimulator. Depending on the stimulus In this way, correction terms can be determined for the multifocal stimulation sequences, for the corresponding stimulation site and the corresponding wavelength mixture of the stimulation patterns. These correction terms must be used in conjunction with the timing of the quasi-random stimulus sequence to evaluate the physiological data to ensure correct analysis and evaluation of the assay results.

Durch die Verbindung der beschriebenen Verfahren und deren Weiterentwicklung kann eine ortsaufgelöste, frei skalierbare, zeitgenaue, objektive, selektive Untersuchung einzelner Farbkanäle für mehrere bestimmte Retinaareale gleichzeitig erfolgen.By the combination of the described methods and their further development can be a spatially resolved, freely scalable, timely, objective, selective examination individual color channels for many certain retinal areas occur simultaneously.

Wie in 1 gezeigt, sollte zur Reizung eine multifokale IDEA-SST-Stimulationsfolge (1) (mf-IDEA-SST) genutzt werden. Die Stimulation ist dabei auf die gewünschte biologische Wirkung auf retinaler Ebene, also die selektive Zapfenaktivierung optimiert. In Kombination mit der multifokalen Stimulation können somit nicht nur die Summenaktivitäten aller Sehsinneszellen analysiert werden, sondern es ist auch eine parallele Interpretation der Antworten bestimmter Sehsinneszelltypen einzelner Retinabereiche möglich. Aufgrund der technischen Randbedingungen und Charakteristiken der Stimulatoren sind, wie beschrieben, Korrekturterme (2) nötig, die eine fehlerfreie Stimulation und spätere Auswertung gewährleisten. Die Korrekturterme müssen also mit der mf-IDEA-SST Stimulationsfolge kombiniert (3) und die korrigierten Stimulationssequenzen dem visuellen System als Reizung dargeboten werden. Aus dieser multifokalen, farbkanalselektiven Untersuchung (4) können die Reizantwortsignale gewonnen werden (5). Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse kann anschließend durch Kreuzkorrelation zwischen der korrigierten mf-IDEA-SST Stimulationsfolge und dem EEG-Messsignal (6) erfolgen. Eine genaue zeitliche und örtliche Zuordnung der Reizantworten zu den entsprechenden Retinaarealen ist damit gegeben.As in 1 For stimulation, a multifocal IDEA-SST stimulation sequence ( 1 ) (mf-IDEA-SST). The stimulation is optimized to the desired biological effect on the retinal level, ie the selective cone activation. In combination with the multifocal stimulation not only the sum activities of all Sehsinneszellen can be analyzed, but it is also a parallel interpretation of the answers of certain optic nerve cell types of individual Retinabereiche possible. Due to the technical constraints and characteristics of the stimulators, as described, correction terms ( 2 ), which ensure error-free stimulation and later evaluation. The correction terms must therefore be combined with the mf-IDEA-SST stimulation sequence ( 3 ) and the corrected stimulation sequences are presented to the visual system as irritation. From this multifocal, color-channel-selective investigation ( 4 ) the stimulus response signals can be obtained ( 5 ). The evaluation of the examination results can then be carried out by cross-correlation between the corrected mf-IDEA-SST stimulation sequence and the EEG measurement signal ( 6 ) respectively. An accurate temporal and spatial assignment of the stimulus responses to the corresponding retinal areas is thus given.

Die durch Sensoren (z. B. beliebige ERG Elektroden, multikanal ERG Elektroden, Elektrodenarrays, EEG Elektroden, Elektroden erster Art, Elektroden zweiter Art, magnetische Sensoren, Optroden, Strahlungssensoren usw.) gewonnenen Reizantworten müssen mittels Signalverarbeitungsalgorithmen (beispielsweise im Zeit-, Frequenz- bzw. Zeitfrequenzraum bzw. Analyseverfahren wie Komponentenzerlegung, Mittelung, ICA, PCA, PARAFAC, Matching Pursuit oder Quellenrekonstruktionsalgorithmen) analysiert werden. Durch die Auswertung dieser VEP bzw. der EEG-Daten oder anderer denkbarer biologischen Daten kann eine objektive, qualitative und quantitative Bewertung durchgeführt werden.The by sensors (eg any ERG electrodes, multichannel ERG electrodes, Electrode arrays, EEG electrodes, electrodes of the first kind, electrodes second type, magnetic sensors, optrodes, radiation sensors etc.) must have received stimulus responses using signal processing algorithms (for example, in the time, Frequency or time frequency space or analysis methods such as component decomposition, Averaging, ICA, PCA, PARAFAC, matching pursuit or source reconstruction algorithms) to be analyzed. By evaluating this VEP or the EEG data or other conceivable biological data can be an objective, qualitative and quantitative assessment.

Ein beispielhafter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist 2 zu entnehmen. Sie besteht aus einer Steuereinheit (8) und einem frei programmierbaren bzw. einstellbaren Stimulator (7) zur Untersuchung des Sehsinns. Denkbar wären auch Integrationen in ein Gerät, mehrere Geräte, Stand-alone-Geräte, Integrierte Einheiten usw. Bei der vorgeschlagenen Beispielrealisierung besteht die Möglichkeit, die Eigenschaften der Lichtquellen zu modulieren sowie beliebige Farben und Formen darzustellen. Damit kann gewährleistet werden, dass die Optimierung und Verwendung der Reizparameter nach dem Prinzip der IDEA-SST möglich ist. Durch die freie Einstellbarkeit des Stimulators können mehrerer Stimuli gleichzeitig ortsaufgelöst präsentiert werden, womit eine multifokale Reizung möglich ist. Neben optischen Reizen sind beispielsweise auch magnetische, elektrische oder elektromagnetische Stimulationen der Sinneszellen mittels IDEA-SST oder Manipulationen mittels technischer, chemischer, elektrochemischer oder biologischer Verfahren denkbar. Die Präsentationsintervalle und -zeiten lassen sich entsprechend den technischen Randbedingungen beliebig einstellen und variieren. Quasizufällige Reizfolgen sind somit möglich und erlauben die Auswertung der multifokalen Reizantwortsignale. Mittels des Stimulators erfolgt die Untersuchung bzw. Stimulation der Sehsinneszellen des Auges. Die biologischen Antwortsignale der Verarbeitungspfade lassen sich über verschiedene Methoden (beispielsweise EEG, MEG, MRI, PET usw.) bzw. Sensoren (beispielsweise beliebige ERG Elektroden, multikanal ERG Elektroden, Elektrodenarrays, EEG Elektroden, Elektroden erster Art, Elektroden zweiter Art, magnetische Sensoren usw.) erfassen und können anschließend durch diverse Signalverarbeitungsalgorithmen (beispielsweise im Zeit-, Frequenz- bzw. Zeitfrequenzraum beziehungsweise Analyseverfahren wie Komponentenzerlegung, Mittelung, ICA, PCA, PARAFAC, Matching Pursuit bzw. Quellenrekonstruktionsalgorithmen) ausgewertet werden. Somit ist es möglich, mit einem Gerät, dargestellt in 3, bestehend aus Stimulator (7), Steuereinheit (8), Diagnose- und Kontrolleinheit (9), Auswerteeinheit (10) und Signalerfassungssystem (11), objektive, qualitative und quantitative Analysen der Funktion des Sehsinns bzw. der einzelnen Farbkanäle vorzunehmen. Denkbar wären aber auch beliebige andere Verteilungen der Einheiten, Integration verschiedener Komponenten, Zusammenfassung einzelner Komponenten, Erweiterung um Komponenten, Stand-alone-Geräte, Integrierte Schaltung usw.An exemplary construction of the device according to the invention is 2 refer to. It consists of a control unit ( 8th ) and a freely programmable or adjustable stimulator ( 7 ) for the examination of the sense of sight. Also conceivable would be integrations into a device, multiple devices, stand-alone devices, integrated units, etc. In the proposed example realization, it is possible to modulate the properties of the light sources and represent any colors and shapes. This ensures that the optimization and use of the stimulus parameters according to the IDEA-SST principle is possible. Due to the free adjustability of the stimulator, several stimuli can be presented simultaneously in a spatially resolved manner, which allows multifocal stimulation. In addition to optical stimuli, for example, magnetic, electrical or electromagnetic stimulation of the sensory cells by means of IDEA-SST or manipulations by means of technical, chemical, electrochemical or biological methods are conceivable. The presentation intervals and times can be set and varied according to the technical boundary conditions. Quasi-random stimulus sequences are thus possible and allow the evaluation of the multifocal stimulus response signals. By means of the stimulator, the examination or stimulation of the visual sensory cells of the eye takes place. The biological response signals of the processing paths can be determined by various methods (eg EEG, MEG, MRI, PET etc.) or sensors (for example any ERG electrodes, multichannel ERG electrodes, electrode arrays, EEG electrodes, first type electrodes, second type electrodes, magnetic sensors etc.) and can subsequently be evaluated by various signal processing algorithms (for example in the time, frequency or time frequency space or analysis methods such as component decomposition, averaging, ICA, PCA, PARAFAC, matching pursuit or source reconstruction algorithms). Thus, it is possible with a device shown in 3 consisting of stimulator ( 7 ), Control unit ( 8th ), Diagnostic and control unit ( 9 ), Evaluation unit ( 10 ) and signal acquisition system ( 11 ) to carry out objective, qualitative and quantitative analyzes of the function of the sense of sight or the individual color channels. However, it would also be conceivable to have any other distribution of the units, integration of different components, combination of individual components, expansion by components, stand-alone devices, integrated circuit, etc.

11

multifokale IDEA-SST-Stimulationssequenzmultifocal IDEA-SST-stimulation sequence

22

Korrekturtermcorrection term

33

korrigierte mf-IDEA-SST-Stimulationssequenzcorrected mf-IDEA-SST-stimulation sequence

44

farbkanalselektive multifokale Untersuchungcolor channel selective multifocal examination

55

EEG mit ReizantwortsignalEEG with stimulus response signal

66

Auswertung: Kreuzkorrelation zwischen Stimulationssequenz und EEG-MesssignalEvaluation: Cross-correlation between stimulation sequence and EEG measurement signal

77

frei programmierbarer Stimulatorfree programmable stimulator

88th

Steuereinheit zur Erzeugung einer zeitlich korrigierten Stimulationssequenzcontrol unit for generating a time-corrected stimulation sequence

99

Diagnose- und KontrolleinheitDiagnosis- and control unit

1010

Auswerteeinheitevaluation

1111

SignalerfassungseinheitSignal detection unit

Claims (12)

Verfahren zur Stimulation des visuellen Systems eines Patienten nach dem Prinzip der Silent Substitution Technik, wobei das visuelle System sowohl multifokal als auch farbkanalselektiv nach dem Prinzip der Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution Technik stimuliert wird dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulationssequenz in ihrem zeitlichen Ablauf an das Stimulationssystem mit einem zeitlichen Korrekturterm angepasst wird, der sich aus den Komponenten: – τ₁ = Zeitversatz aufgrund der Reaktionszeit des Stimulators, – τ₂ = Zeitversatz aufgrund des Darstellungsortes am Stimulator und – τ₃ = Zeitversatz aufgrund der wellenlängenabhängigen Bildaufbauzeit am Stimulator zusammensetzt.Method for stimulating the visual system of a patient according to the principle of silent substitution technique, wherein the visual system is stimulated both multifocal and color channel selective according to the principle of Ilmenau Display and Eye Adapted Silent Substitution technique, characterized in that the stimulation sequence in their timing the stimulation system is adapted with a temporal correction term, which is composed of the components: - τ ₁ = time offset due to the stimulator's response time, - τ ₂ = time offset due to the presentation site on the stimulator, and - τ ₃ = time offset due to the wavelength-dependent image synthesis time at the stimulator. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das visuelle System magnetisch, elektrisch oder elektromagnetisch stimuliert wird.Method according to claim 1, characterized that the visual system is magnetic, electric or electromagnetic is stimulated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die multifokale Stimulation des visuellen Systems mit pseudozufälligen Reizfolgen realisiert wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the multifocal stimulation of the visual system is realized with pseudo-random stimulus sequences becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Stimuli mit beliebigen Licht- und Strahlungsmodulatoren generiert werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that generates the stimuli with any light and radiation modulators become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses eingesetzt werden.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized that method for improving the signal-to-noise ratio be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung der Stimulationsfolgen, die Stimulation und deren Steuerung und die Auswertung der ermittelten Daten mit mathematischen Transformationsverfahren realisiert wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the creation of stimulation sequences, stimulation and their control and evaluation of the data obtained with mathematical Transformation process is realized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Auswerte- und Analyseverfahren im Zeit-, Frequenz oder Zeitfrequenzraum verwendet werden.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized that different evaluation and analysis methods in time, frequency or time frequency space are used. Vorrichtung zur Stimulation des visuellen Systems mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bestehend aus: – einer Steuereinheit (8) zur Erzeugung der zeitlich korrigierten Stimulationssequenz (3) – einem frei programmierbaren Stimulator (7) zur Wiedergabe der erzeugten Stimuli – einer Signalerfassungseinheit (11) – einer Diagnose- und Kontrolleinheit (9) und – einer Auswerteeinheit (10).Device for stimulating the visual system with a method according to one of claims 1 to 7, comprising: - a control unit ( 8th ) for generating the time-corrected stimulation sequence ( 3 ) - a freely programmable stimulator ( 7 ) for reproducing the generated stimuli - a signal acquisition unit ( 11 ) - a diagnostic and control unit ( 9 ) and - an evaluation unit ( 10 ). Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass beliebige Sensoren zur Ableitung physiologischer Reizantwortsignale vorgesehen sind.Device according to claim 8, characterized that any sensors for the derivation of physiological stimulus response signals are provided. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass sie in beliebige Diagnose- und Therapiegeräte integrierbar ist.Device according to claim 8 or 9, characterized that it can be integrated into any diagnostic and therapeutic devices. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass sie in Kombination mit beliebigen Diagnose- oder Therapiegeräten eingesetzt wird.Device according to one of claims 8 to 10, characterized that they are used in combination with any diagnostic or therapeutic devices becomes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass beliebige Projektionssysteme oder Displays zur Generierung der Stimuli verwendet werden.Device according to one of claims 8 to 11, characterized that any projection systems or displays for generating the stimuli are used.