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Dokumentenidentifikation DE69400266T2 13.02.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0633745
Titel VORRICHTUNG ZUM ANALYSIEREN DER AUGENBEWEGUNG
Anmelder Centre National de la Recherche Scientifique (C.N.R.S.), Paris, FR
Erfinder GUILLEMANT, Philippe, F-13470 Carnoux, FR;
ULMER, Erik, F-13009 Marseille, FR
Vertreter Türk, Gille, Hrabal, Leifert, 40593 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69400266
Vertragsstaaten AT, BE, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LU, NL
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 28.01.1994
EP-Aktenzeichen 949057533
WO-Anmeldetag 28.01.1994
PCT-Aktenzeichen FR9400108
WO-Veröffentlichungsnummer 9416612
WO-Veröffentlichungsdatum 04.08.1994
EP-Offenlegungsdatum 18.01.1995
EP date of grant 26.06.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.02.1997
IPC-Hauptklasse A61B 3/113
IPC-Nebenklasse A61B 5/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse der Bewegung des Auges oder der Augen eines Patienten, das heißt eines menschlichen oder tierischen Wesens.

Das technische Gebiet der Erfindung ist das der Herstellung einer Vorrichtung zum Messen der Bewegung der Augen.

Der Nutzen der Erfindung liegt vor allem im medizinischen Bereich. Ihre bevorzugte Anwendung ist die Erforschung von Schwindel und Gleichgewichtsstörungen, die eine der hauptsächlichen Pathologien sind, denen die Ärzte gegenüberstehen (ein Kranker auf zwanzig in der Allgemeinmedizin).

Auf diesem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung wird das Auge als ein Nachweis der Aktivität des Vorhofes (oder des hinteren Labyrinths) betrachtet, der ein Gleichgewichtsorgan ist, welches sich im inneren Ohr befindet, das für die absolute Position ebenso wie für Bewegungen des Kopfes empfindlich ist. Dieses Organ beeinflußt auf dem Reflexwege (somit ungewollt) den Tonus aller Skelettmuskeln, insbesondere den der Augenmuskeln. Wenn es stimuliert wird, entweder durch Bewegungen des Kopfes oder in künstlicher Weise insbesondere durch thermische Vorgänge im Innenohr, kann der Vorhof automatische Bewegungen der Augen oder Nystagmus induzieren, die für die beiden Augen synchron sind. Folglich ist die Beobachtung irgendeines dieser beiden Augen (wenn die Augenmuskulatur normal ist) eine ausgezeichnete Wiedergabe der Arbeitsweise des Vorhofes. Jedoch muß man eine wesentliche Einschränkung berücksichtigen, die aus der Tatsache herrührt, daß das Auge auch auf visuelle Reize antwortet und daß das Sehsystem vorranging und leistungsfähiger als das des Vorhofes ist: die Beobachtung des Nystagmus beweist somit das Arbeiten des Innenohres nur, wenn sich der Patient in totaler Dunkelheit befindet, das heißt, wenn seine beiden Augen kein sichtbares Licht empfangen.

Um den Vorhof über den Augenbewegungsbeweis zu prüfen, muß man somit mehrere Bedingungen vereinen:

- die Augenbewegungen müssen dauernd während aller Prüfungen der Untersuchung beobachtet und/oder analysiert werden können.

- Die Untersuchung muß die Normalität der willkürlichen Augenbewegungen und Reflexe visuellen Ursprungs während Prüfungen, die "Nachführungsprüfungen" genannt werden, verifizieren können, die darin bestehen, feste oder bewegliche Ziele oder visuelle Stimuh, die dem Patienten vorgelegt werden, in die Umgebung zu projizieren.

- Die natürlichen Vorhof-Stimuli der Bewegung, denen der Patient ausgesetzt ist und für die man die Augenbewegungs-Antwort studiert (im wesentlichen die Bewegungen seines Kopfes in bezug auf die Umgebung oder seines Kopfes in bezug auf seinen Brustkasten) müssen zur selben Zeit wie die Bewegungen des zum Nachweis benutzten Auges registriert und analysiert werden.

- Die Prüfung muß Tests einschließen, die "Vorhof-Tests" genannt werden, während denen das totale Fehlen sichtbaren Lichtes nur bei dem Patienten notwendig ist.

Um besser das Ziel der vorliegenden Erfindung zu verstehen, muß man auch die Tatsache berücksichtigen, daß die Bedingung der Abgedichtetheit gegen sichtbares Licht, wenn diese unvermeidbar bei der Prüfung der Vorhofaktivität ist, beschränkend in dem Fall von weiter eingeschränkten Untersuchungen werden, kann, die durch andere Ärzte durchgeführt werden, für die die Beobachtung und die Analyse der Augenbewegungen von leicht abgewandeltem Interesse sind, wenn beispielsweise nur Nachfolgeprüfungen oder auch Folge- und Blickanalysen durchgeführt werden. In diesem Fall könnte eine Vorrichtung gemäß der bevorzugten Anwendung ungeeignet sein, da sie bei ihrer Realisation nicht vorsieht, daß die Lösung, die die Bedingung der Abgedichtetheit nach sich zieht, nur als sekundäre Option, zusätzlich und unabhängig von der Basis-Vorrichtung, ausgeführt werden wird.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung und ein Beobachtungsverfahren zur Verfügung zu stellen, zum Messen und für die Analyse der Bewegungen des Auges, die es erlauben, während der gleichen bevorzugt medizinischen Prüfung die vier folgenden Prioritäten auszuführen, mit der Ausnahme der letzteren für bestimmte Untersuchungen, nämlich in der Prioritätsreihenfolge, zuerst die Notwendigkeit, die Bewegung eines Auges wenigstens während der gesamten Untersuchung beobachten und/oder analysieren zu können, zweitens die Notwendigkeit, das Gesichtsfeld eines Auges wenigstens gegenüber der Umgebung freigeben zu können, drittens die Notwendigkeit, gleichzeitig mit den Bewegungen eines Auges wenigstens alle visuellen und über den Vorhoflaufenden Augen-Stimuh beobachten und/oder analysieren zu können, das heißt, die Bewegungen sichtbarer Ziele in bezug auf den Kopf, die Bewegungen des Kopfes in bezug auf die Umgebung und die Bewegungen des Kopfes in bezug auf den Brustkorb, viertens die Notwendigkeit, vollständig die beiden Augen gegenüber jeglichem sichtbaren Licht zu verdunkeln, das heißt, den Patienten in vollständiges Schwarz während eines Teiles der Untersuchung bringen zu können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ergonomisch ist, die sich an die Morphologie und/oder den Blick des Patienten anpassen kann und wirtschaftlich, kompakt und leicht sein kann.

Man kennt bereits aus der Patentanmeldung EP 125 808 (WEINBLATT) eine Vorrichtung zum Messen der Bewegung der Augen, die ein Brillengestell aufweist und die, wie es in der Figur 2 dieses Dokumentes dargestellt ist, eine Umgebungskamera aufweist, die an einer festen Optik auf einem Bügel der Brille durch optische Fasern angeschlossen ist und die gleichermaßen eine Beobachtungskamera für das Auge aufweist, die mit einer Optik verbunden ist, die auf dem Brillengestell befestigt ist, gleichermaßen durch Zwischenschaltung optischer Fasern; wobei die Videosignale, die durch die beiden Kameras erzeugt werden, kombiniert werden, um ein Bild zu liefern, das der Überlagerung des Umgebungsbildes mit dem Bild des Auges entspricht, wobei die Bilder durch die beiden Kameras beobachtet werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen und zur Analyse der Bewegung der Augen zur Verfügung zu stellen, welche eine Beobachtungskamera für das Auge und eine Beobachtungskamera für die Umgebung aufweist, in die der Patient gebracht wird, die in bezug auf diejenige verbessert ist, die in dem obengenannten Dokument beschrieben ist, wobei sie immer mit der Hauptaufgabe kompatibel bleibt. Man kennt gleichermaßen weitere Patente oder Veröffentlichungen über Vorrichtungen zum Messen der Bewegung der Augen, die eine Umgebungskamera zusammen mit einer Beobachtungskamera für das Auge aufweisen, bei denen die Umgebungskamera so angeordnet und ausgestattet ist, daß sie näherungsweise oder genau das Gesichtsfeld des Beobachters sichtbar macht. Dieses letztere Ziel wird nicht geteilt, was die vorliegende Erfindung betrifft, für die das Sichtbarmachen der Umgebung die einzige Funktion der Beobachtung und der Berechnung der Relativbewegungen von Gegenständen der Umgebung in bezug auf den Kopf des Patienten (Beobachter) hat und folglich nicht vollständig dem Gesichtsfeld des Beobachters entsprechen könnte (da in einer speziellen Konfiguration der Vorrichtung nichts daran hindert, die Gegenstände der Vorrichtung auf die Ebene des Prüfstückes zu legen oder zu projizieren und die Umgebungskamera nach oben zu richten), was zum Vorteil hat, daß der vorliegenden Erfindung eine Freiheit im Aufbau der Vorrichtung erlaubt ist, gemäß Kriterien, die an die bevorzugte Untersuchung angepaßt sind und die auf die Positionierung der Umgebungskamera in bezug auf die Augenkamera hinauslaufen.

Die Ziele der Erfindung werden erreicht, indem eine Vorrichtung zur Analyse der Bewegung des Auges zur Verfügung gestellt wird, mit einer ersten Videokamera, die ein erstes Videosignal liefern kann, das für ein Bild des Auges repräsentativ ist, wobei die Vorrichtung weiterhin eine zweite Videokamera aufweist, die wenigstens ein zweites Videosignal liefern kann, das repräsentativ für ein Bild einer Umgebung ist, wobei die erste Kamera und die zweite Kamera auf einer Brillenfassung angebracht sind, bei der die erste Kamera und die zweite Kamera mechanisch starr miteinander verbunden sind und einen Teil eines abnehmbaren Moduls bilden und bei der die erste Kamera und die zweite Kamera Haltepunkte ihrer jeweiligen Szenen haben, die näher beieinander liegen.

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Messen und zur Analyse der Bewegung der Augen mit einer Beobachtungskamera für das Auge und einer Beobachtungskamera für die Umgebung, in die der Patient gebracht wird, zur Verfügung, die eine Konfiguration der Position dieser beiden Kameras (der einen in bezug auf die andere) ausnutzt, die gleichzeitig mechanisch am praktischsten und derart optimal ist, daß die Berechnungen für die relativen Bewegungen der Gegenstände der Bilder des Auges und der Umgebung in bezug auf zwei Kameras einfacher, schneller und genauer sind, so daß die Komponenten dieser Bewegungen leichter untereinander zu korrelieren sind, und die zuvor notwendigen Einstellungen und Eichungen, bevor die Messungen durchgeführt werden, vereinfacht sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Messen und/oder zur Analyse der Bewegung des Auges und/oder der Bewegungen der Augen eines Patienten, das heißt eines menschlichen oder tierischen Wesens, zur Verfügung, die wenigstens eine erste Videokamera, die für Infrarotlicht empfindlich ist und insbesondere für das Licht aus dem Bereich des nahen infraroten, und bevorzugt für einen Teil wenigstens des sichtbaren Lichtes empfindlich ist, wobei die erste Videokamera wenigstens ein erstes Videosignal liefern kann, das repräsentativ für ein Bild des Auges ist; die Vorrichtung weist weiterhin eine zweite Videokamera auf, die empfindlich für das Infrarotlicht ist und insbesondere für das Licht im Bereich des nahen Infraroten, bevorzugt für einen Teil wenigstens des sichtbaren Lichtes empfindlich ist, wobei die zweite Videokamera wenigstens ein zweites Videosignal liefern kann, das repräsentativ für ein Bild einer Umgebung ist, sowie zumindest eines Objektes und/oder einer Szene und/oder eines Tisches und/oder eines Bildschirmes, auf den ein Bild projiziert werden kann, wobei die Umgebung nahe und/oder in die Nähe des Patienten gelegt ist; wobei die erste und die zweite Kamera auf einer Maske oder einem Brillengestell angebracht sind, so daß sie von dem Patienten getragen werden können, wobei die erste und zweite Kamera mechanisch im wesentlichen starr untereinander verbunden sind; wobei die Vorrichtung ein leicht abnehmbares oder durch Einschieben oder Einklemmen beispielsweise auf die Maske austauschbares Modul aufweist, wobei das Modul die erste und zweite Videokamera umfaßt, und die erste und zweite Kamera Haltepunkte ihrer jeweiligen Szenen haben (das heißt beispielsweise ihren optischen Brennpunkt oder ihre Bild-Brennebene), die einander angenähert sind und bevorzugt im wesentlichen übereinstimmen, und Achsen ihrer jewiligen Sichtfelder haben, die Zeilen oder Spalten ihrer beiden Bilder entsprechen, die wenigstens eine gemeinsame Richtung haben.

Vorteilhaft haben die erste und zweite Kamera jeweilige optische Achsen, die im wesentlichen parallel zueinander sind und nahe beieinander liegen, bevorzugt im wesentlichen übereinstimmen, wobei die erste und zweite Kamera in bezug aufeinander in einer Konfiguration "verkehrt herum" oder "Rücken an Rücken" angebracht sind, das heißt symmetrisch in bezug auf eine Mittelebene, die im wesentlichen senkrecht zu der Richtung ist, in die der Patient die Umgebung betrachtet, das heißt, die Symmetrieebene ist im wesentlichen vertikal und senkrecht zu der Sicht- oder Beobachtungsachse des Patienten.

Bevorzugt weist die Vorrichtung Einrichtungen zum Digitalisieren des zweiten Videosignals auf, wobei die Vorrichtung Einrichtungen für die Analyse und/oder die Behandlung der numerischen Daten umfaßt, die dem zweiten digitalisierten Signal und/oder den erhaltenen digitalisierten Umgebungsbildern entsprechen, wobei die Analyseeinrichtungen Einrichtungen für das Herausziehen der Kontur aufweisen, bevorzugt Einrichtungen für die Identifikation wenigstens eines Objektes, das in dem Umgebungsbild erscheint, aufweist, und Einrichtungen für die Berechnung der Koordinaten des Objektes aufweist.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung Einrichtungen zum Digitalisieren des ersten Videosignales und Einrichtungen für die Analyse der erhaltenen digitalisierten Bilder des Auges auf, wobei die Einrichtungen für die Analyse und/oder die Bearbeitung der numerischen Daten, die dem digitalisierten ersten Videosignal entsprechen, spezielle Einrichtungen für die Erfassung der Pupille und Einrichtungen für das Herausziehen von Konturen von Objekten aufweist, Einrichtungen für die Identifikation dieser Objekte und Einrichtungen für die Berechnung der Koordinaten der Mitte der Pupille und anderer Objekte, die aus dem Bild des Auges herausgezogen worden sind.

Vorteilhaft weist das Modul, das die erste und zweite Videokamera umfaßt, einen ersten monochromen Matrix-CCD-Aufnehmer und einen zweiten monochromen Matrix-CCD-Aufnehmer auf, wobei der erste und zweite CCD-Aufnehmer bevorzugt identisch sind und in zwei Ebenen angeordnet sind, die im wesentlichen zueinander parallel sind, senkrecht zu den im wesentlichen übereinstimmenden optischen Achsen der Kameras und symmetrisch in bezug auf die Symmetrieebene, wobei die Ebenen und/oder die CCD-Aufnehmer sehr nahe beieinander liegen, beispielsweise sich in einem Abstand befinden, gemessen auf der gemeinsamen optischen Achse der Kamera, der in der Größenordnung von 1 bis 50 mm liegt, bevorzugt in einem Abstand nahe oder kleiner als 10 mm.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung Einrichtungen für die Synchronisation der ersten und zweiten Videosignale und Multiplex-Einrichtungen der ersten und zweiten Videosignale auf, um ein erstes gemultiplextes Videosignal zu bilden, welches aus zwei geraden und ungeraden Teilen besteht, von denen der eine (gerade oder ungerade) dem gleichzeitigen Teil des ersten Videosignales entspricht und wobei der zweite (jeweils ungerade oder gerade) dem gleichzeitigen Teil des zweiten Videosignales entspricht.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung Einrichtungen für die Synchronisation der ersten und zweiten Videosignale und Multiplex-Einrichtungen für die ersten und zweiten Videosignale auf, um ein gemultiplextes zweites Videosignal zu bilden, wobei das gemultiplexte zweite Videosignal aus zwei geraden und ungeraden Teilen besteht, die jeweils eine aufeinanderfolgende Anordnung von Zeilen aufweisen, die bevorzugt abwechselnd identisch mit Zeilen des ersten und zweiten Videosignales sind, die jeweils von der ersten und zweiten Videokamera ausgegeben werden.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Maske oder ein Brillengestell auf, das durch Einschieben oder Einklemmen mit zwei Modulen versehen werden kann, welche aus einer Gesamtheit von Modulen ausgewählt sind, welche die Vorrichtung ausstatten, wobei die Gesamtheit der Module wenigstens zwei abnehmbare Module umfaßt, wobei die Module einerseits das Hauptmodul, bestehend aus einer Beobachtungskamera des Auges und einer Beobachtungskamera der Umgebung, und andererseits ein Modul für die Beobachtung und/oder die Analyse des Auges mit einer einzigen Kamera sind, wobei die Module alle beide Einrichtungen, so wie Dioden, zum Beleuchten des Auges mit Infrarotlicht aufweisen.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Maske oder ein Brillengestell auf, das mit Vorrichtungen zum Abdichten gegen das Licht versehen ist, derart, daß das Einschieben oder Aufklemmen der beiden Module auf die Maske es erlaubt, vor den Augen des Patienten eine schwarze Kammer oder ein Volumen zu bilden, das gegen äußeres sichtbares Licht dicht ist, und vorteilhaft weist die Gesamtheit der Module der Vorrichtung ein besonderes Modul auf, welches eine Abdeckung oder Verdunkelung oder einen Verschluß aufweist und keine Kamera besitzt. Im übrigen erlaubt es das Zurückziehen eines dieser Module aus der Maske, vorteilhaft vor einem der Augen des Patienten, eine Öffnung freizulegen, die es ihm erlaubt, die Umgebung unter einem ausreichenden Winkel zu sehen (+/- 25º, nämlich 50º wenigstens insgesamt).

Vorteilhaft weist eines der Module der Vorrichtung für bestimmte Untersuchungen, die eine hohe Erfassungsfrequenz der Augenbewegungen erfordern, eine Kamera für die Beobachtung und/oder die Analyse des Auges und Einrichtungen, so wie Dioden, zum Beleuchten des Auges mit infrarotem Licht und Einrichtungen, so wie Photoempfänger, für die Lichtintensität, die von dem Augapfel reflektiert wird, auf.

Vorteilhaft weist die Umgebung oder das Umfeld wenigstens eine kontrastreiche Markierung oder einen kontrastreichen Gegenstand, fest oder beweglich, auf, und bevorzugt weist die Vorrichtung Projektionseinrichtungen für wenigstens einen Lichtfleck aus sichtbarem oder infrarotem Licht auf dem Umfeld oder der Umgebung auf, wobei der Lichtfleck einen der festen oder beweglichen kontrastreichen Markierungen bildet, wobei die Projektionseinrichtungen bevorzugt mechanisch am Körper des Patienten befestigt sind, bevorzugt am Oberkörper des Patienten.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung zweite Beleuchtungseinrichtungen für die Umgebung und/oder zum Projizieren einer Markierung in der Umgebung auf, wobei die Beleuchtungseinrichtungen bevorzugt mechanisch mit dem abnehmbaren Modul verbunden sind.

Die Meßvorrichtungen gemäß der Erfindung zeigen zahlreiche Vorteile.

Tatsächlich, dank der modularen Konfiguration der Vorrichtung, die das Augen-Beobachtungsmodul und die Maske, die als Funktion die Befestigung dieses Moduls auf dem Kopf hat, unabhängig macht, kann die Maske frei gegen sichtbares Licht dicht oder nicht dicht gewählt werden, den Erfordernissen der Untersuchung entsprechend. Dank dieser möglich gewordenen Wahl kann man für bestimmte Untersuchungen ein Brillengestell verwenden, das auf seine einfachste Ausgestaltung reduziert ist, das heißt, beispielsweise einzig aus einem einzigen Okular besteht, in das ein Modul eingeschoben oder eingeklemmt werden kann, was es erlaubt, vollständig das Sichtfeld eines Auges wenigstens freizugeben, was somit einen größeren Vorteil für das Studium der Blickposition liefert. Im übrigen, dank zweier Öffnungen, die in einer dichten Maske ausgebildet sind, und der abnehmbaren Schirme, die durch unterschiedliche Module gebildet werden, ist die Vorrichtung ebenso für Untersuchungen bei Vorliegen sichtbaren Lichtes bereit, für die ein ausreichendes Sichtfeld durch eine Öffnung besteht, wie für Untersuchungen, bei denen eine "schwarze" Kammer, abgedichtet gegen das äußere sichtbare Licht, vor den Augen des Patienten vorgesehen werden muß.

Dank des Hauptmoduls der Vorrichtung mit der Eigenschaft, daß es abnehmbar und leicht in der Hand zu halten ist, kann dieses Modul verwendet werden, bevor es auf der Maske positioniert wird, die von dem Patienten zu tragen ist, indem es einfach mit den Fingerspitzen eines Bedieners oder Arztes gehalten wird, um bei dem Analysesystem ein oder mehrere bestimmte Objekte der Umgebung, die zu identifizieren sind, anzugeben, indem beispielsweise das Modul derart ausgerichtet wird, indem die Objekte nacheinander ungefähr in die Mitte des Bildes gebracht werden, das von der Umgebungskamera geliefert wird, wobei diese anfängliche Identifikation nützlich ist, um die Eigenschaften dieser Objekte ins Gedächtnis zu rufen und es schließlich zu erlauben, die relativen Bewegungen des Moduls (und somit die Bewegungen des Kopfes des Patienten) zu quantifizieren, ausgehend von der Identifikation im nachherein der Position dieser selben Objekte, die in dem Bild verschoben worden sind. Tatsächlich kann es schwierig sein, diese Operation von dem Patienten selbst durchführen zu lassen, indem er seinen Kopf bewegt, während das Modul sich auf seiner Maske befindet, da der Patient nicht notwendigerweise den Sichtschirm sieht, auf dem das Bild erscheint, welches von der Umgebungskamera geliefert wird.

Dank des Aufbaus, gemäß dem die beiden Kameras des Hauptmoduls Haltepunkte ihrer jeweiligen Szenen haben, die einander angenähert sind und bevorzugt übereinstimmen, schaltet man, indem man ihn aufhebt oder indem man ihn vernachlässigt, einen störenden Parameter aus, da es keinen Winkelabstand zwischen den optischen Achsen gibt, der in die Transformation der Winkelkoordinaten eingeht, welche von Objekten der Markierung einer Kamera zu der einer anderen auftreten und die man gezwungen ist abzuschätzen, um die notwendigen Winkelkorrekturen durchzuführen, die Entfernungen der Kamera zu den benutzten Objekten für die Berechnung ihrer Bewegungen. Dank dieses Aufbaus wird die Kenntnis und schwierige Verwendung dieser sehr fluktuierenden Entfernungen unnotig gemacht, was insbesondere vorteilhaft in dem Fall der Konfiguration, die "verkehrt herum" ist, ist.

Dank des Aufbaus, gemäß dem die beiden Kameras Achsen ihrer jeweiligen Sichtfelder haben, die Zeilen oder Spalten ihrer beiden Bilder entsprechen, die wenigstens eine gemeinsame Richtung teilen, können die reinen horizontalen Bewegungen des Auges bei geradem Kopf (oder die horizontalen Bewegungen der Maske in bezug auf den Kopf) den reinen horizontalen Bewegungen von festen Objekten in der Umgebung entsprechen, und die reinen vertikalen Bewegungen des Auges bei geradem Kopf (oder die vertikalen Bewegungen der Maske in bezug auf den Kopf) können den reinen vertikalen Bewegungen der festen Objekte des Dekors entsprechen, was es erlaubt, daß die Komponenten dieser Bewegungen, die durch elektronische Behandlung von Bildern berechnet werden, bei einer Untersuchung gewöhnlich unmittelbar verfügbar sind, ohne Kalibrierung, für die Analyse und die Korrelation der Bewegungen, was die Berechnungen vereinfacht, die auch schneller und einfacher in Echtzeit auf einem einfachen Mikrocomputer durchzuführen sind.

Dank des Aufbaus, gemäß dem die beiden Kameras im inneren eines Moduls oder Gehäuses angebracht sind, das abnehmbar ist, und bevorzugt, wenn die beiden Kameras "verkehrt herum" angebracht sind, ist der Raumbedarf der beiden Kameras auf das Minimum reduziert, und das Vorliegen der Umgebungkamera vergrößert nicht das Gesichtsfeld des Patienten, das bereits von der ersten Augenbeobachtungskamera verdeckt ist, in dem Fall der Verwendung einer Augenbeobachtungskamera und einer Beobachtungskamera der Umgebung und/oder identischen entsprechenden CCD-Aufnehmern, sind die Kameras und die CCD-Aufnehmer leichter in demselben Gehäuse unterzubringen, das die elektronischen Einrichtungen für die Vorbehandlung der Signale enthalten kann, die von den CCD-Aufnehmern ausgegeben werden, und was die Verbindung zwischen dem festen, aber lösbaren Modul an dem Brillengestell und der Vorrichtung zum Behandeln der Signale, die in einem Mikrorcomputer enthalten sein kann, vereinfacht.

Dank des modularen Aufbaus, der bevorzugt "verkehrt herum" ist, was es erlaubt, am besten die beiden Kameras im inneren eines Gehäuses oder Hauptmoduls aneinanderzubringen, gemäß dem das Gehäuse oder Modul, das fest, jedoch abnehmbar auf dem Brillengestell angebracht ist, elektronische Einrichtungen für die Steuerung und Synchronisation der Messungen der CCD-Aufnehmer aufweist, kann man parasitäre elektromagnetische Erscheinungen vermeiden, die mit den Meßsignalen interferrieren könnten; schließlich kann das Gehäuse oder abnehmbare Modul die Elektronik für die Versorgung der Beleuchtungsdioden des Auges mit infrarotem Licht und für den Empfang von Signalen, die von den Photoempfängern geliefert werden, enthalten, für den Fall der Verwendung derartiger Photoempfänger, die in das Modul integriert sind und die es erlauben, wenigstens zwei Komponenten der Augenbewegung zu beobachten, mit einer Bandbreite, die viel größer ist als die Video-Standardbandbreite, die in der Größenordnung von 25 Hertz liegt.

Dank des Aufbaus der Kameras und/oder der CCD-Aufnehmer, deren optische Achsen übereinstimmen und die "verkehrt herum" eingebaut sind, sind die Bilder, die von den Kameras geliefert werden, einfacher zu korrelieren, und die Berechnung der Bewegungen der Objekte der Umgebung, insbesondere in bezug auf die Position der Augen, ist genauer; wegen der Stelleung der Kameras, deren Achsen übereinstimmen, ist die Kalibrierung der Vorrichtung vereinfacht; tatsächlich, in dem Fall eines möglichen zeitweiligen Zurückziehens der Maske oder des Brillengestells durch den Patienten oder einer einfachen Neueinstellung des Gestells in bezug auf den Kopf des Patienten, ruft die Neueinstellung eine Unbestimmtheit in der Position der Kameras in bezug auf den Kopf hervor, die Fehler in den Bewegungen vergrößern können, die ausgehend von den Bildern der Kameras berechnet werden. Wegen der Fehlerkorrektur bei den Augenbewegungen, die wenigstens teilweise durchgeführt werden kann, indem man als Referenzmarkierung natürlich kontrastierte Bereiche des Gesichtes benutzt, die in bezug auf den Kopf fest sind und wegen des Aufbaus "verkehrt herum", können die Fehler in den Bewegungen der Objekte der Umgebung auch zumindest teilweise korrigiert werden, indem man sich derselben Markierung bedient, was es ermöglichen kann, eine neue Kalibrierung aufgrund dieser Neueinstellung der Maske zu vermeiden.

Wegen des Aufbaus der Vorrichtung, die bevorzugt mit einer dichten Maske verwendet wird, für die in der Maske zwei Augenöffnungen vorliegene, die durch zwei unterschiedliche abnehmbare Module verschließbar sind, kann man jedes Auge mit einem unterschiedlichen Modul und somit gegebenenfalls mit unterschiedlichen Analyseverfahren für unterschiedliche Aufnehmer, mit unterschiedlichen Beleuchtungen beobachten und/oder analysieren und somit gleichzeitig auf beiden Augen zwei unterschiedliche Analysen oder Prüfungen durchführen, die unmöglich gleichzeitig an demselben Auge durchgeführt werden können. Zum Beispiel in dem Fall, daß es schwierig wird, auf eine kleine Fläche desselben Moduls Dioden, Photoempfänger und Objektive zu positionieren, die für eine besonders anspruchsvolle Analyse notwendig sind (wie beim ruckartigen Bewegen des Auges, was eine vergrößerte Bandbreite in der Größenordnung von 250 Hz erfordert), kann man ein rechtes Modul verwenden, das mit Dioden und mit dem Objektiv ausgestattet ist, und ein linkes Modul, das mit Dioden und Photoempfängern ausgestattet ist. Diese Spezialisierung oder Differenzierung der Module ist im übrigen aufgrund der Tatsache notwendig, daß es unnötig und somit kostspielig ist, zwei Umgebungskameras zu verwenden, somit ist es vorteilhaft, die beiden Augen gleichzeitig im Schwarzen zu beobachten und/oder zu analysieren, mit einem Modul, das mit einer einzigen Kamera vom Okular-Typ ausgestattet ist, welches das Hauptmodul begleitet, das mit zwei Modulen versehen ist. Es ist gleichermaßen vorteilhaft, daß man ein auf seine einfachste Funktion als Schirm oder "Verschluß" reduziertes Modul verwenden kann, um Einzelaugenprüfungen durchzuführen, die im allgemeinen ausreichend sind und somit die Vorrichtung entlasten.

Wegen des Aufbaus der Vorrichtung, welche die Einrichtungen aufweist, die auf ein einziges Auge oder auf die beiden Augen für die Analyse der synchronen Augenbewegungen durch die Kamera gerichtet sind, mit gleichzeitig Analyseeinrichtungen für die Augapfelbewegungen durch Aufnehmer für die Lichtintensität, die von dem Augapfel reflektiert wird, so wie Photoempfängern, sieht man zwei komplementäre Bandbreiten der Analyse dieser Bewegungen vor, jeweils mit niedriger Frequenz und mit hoher Frequenz, die vorteilhaft durch eine Verarbeitungsoperation des Signals kombiniert werden können, das aus einer Addition für jede horizontale oder vertikale Achse entstehen kann, einerseits aus Augenbewegungen, die durch Photoempfänger registriert werden und aus einem Hochpaßfilter (> 25 Hz) austreten und andererseits aus Augenbewegungen, die durch Bildbearbeitung berechnet werden und aus einem Tiefpaßfilter (< 25 Hz) austreten, derart, daß eine hochfrequente Augen-Antwort gebildet wird, die ohne Kalibrierung (oder mit automatischer Kalibrierung) auf die exakten Augenbewegungen geglättet werden kann, was es sehr vorteilhaft vermeidet, daß man Anregungs- und Bilderfassungsfrequenzen benutzen muß, die oberhalb von 25 Hz liegen.

Im übrigen können die Photoempfänger auch vorteilhaft auf die andere Fläche eines Moduls gebracht werden, um die Lichtintensität einzufangen, die von der Umgebung ausgesendet wird, und gemäß demselben Prinzip die Meßfrequenz der Relativbewegungen des Kopfes in bezug auf Ziele oder Lichtmarkierungen zu erhöhen.

Wegen der Analyse- und/oder Bearbeitungseinrichtungen für numerische Daten des erhaltenen digitalisierten Umgebungsbildes und insbesondere wegen der Einrichtung zum Herausziehen von Konturen, mit denen die Vorrichtung versehen ist, können die Konturen von festen Objekten, die natürlicherweise vorliegen oder künstlich angebracht sind (für die genauen Erfordernisse der Untersuchung) in der Umgebung berechnet, behandelt und einzeln wiedererkannt werden, derart, daß jedes Objekt in seiner Bewegung verfolgt werden kann, um daraus wenigstens die erscheinenden horizontalen, vertikalen und Dreh-Koordinaten der Bewegung des Kopfes in bezug auf die Umgebung abzuleiten.

Wegen derselben Analyse- und/oder Behandlungseinrichtung für daten und für das Herausziehen der Kontur des erhaltenen Bildes eines Auges, können die Konturen der Pupille und die Reflexe der Dioden auf der Hornhaut ebenso wie andere Objekte des Augenbildes identifiziert werden, und insbesondere ist die Berechnung der Koordinaten der Mitte der Pupille möglich.

Im übrigen, in der Ausführungsform, bei der die Beleuchtungseinrichtungen, die mit dem Oberkörper des Patienten verbunden sind, vorgesehen sind, die in die Umgebung eine Markierung projizieren, kann die Position der entsprechenden Markierung durch dieselben Analyseeinrichtungen für das Bild, das von der Umgebungskamera geliefert wird, bestimmt werden und es wird somit ermöglicht, in Folge die Koordinaten der beweglichen Markierung zu bestimmen, welche die Bewegungen des Oberkörpers oder des Körpers des Patienten in bezug auf die Umgebung projizieren.

Dank der Erfindung ist es somit möglicht, gleichzeitig mit den Augenbewegungen nicht nur die Labyrinth-Stimuli und zervikalen Propriozeptionen zu analysieren, die der Ursprung dieser Augenbewegungen sind und die die Messung von relativen Bewegungen zwischen dem Kopf und der Umgebung und/oder zwischen dem Kopf und dem Oberkörper des Patienten erfordern, sondern auch die visuellen Stimuli, die durch dieselben Ergebnisse der Analyse von Bildern der Umgebung erhalten werden können, welche die Koordinaten von Objekten liefern, die durch visuelle bewegliche Ziele gebildet werden, die dem Blick des Patienten vorgelegt werden, die unterschiedlich von eventuellen infraroten beweglichen Zielen sind, die der Umgebungskamera und nicht dem Patienten vorgelegt werden.

Dank der Erfindung kann man auch durch eine einzige Analyse des Umgebungsbildes die Verwendung von sehr zahlreichen Aufnehmern oder Stimulationsvorrichtungen vermeiden, die ohne die Erfindung unverzichtbar sind, wie beispielsweise die Verwendung eines elektronischen Sessels, der zur Erfassung der Bewegung dieses Sessels dient, auf der der Patient sitzt, des Einholens der Bewegungen seines Kopfes (Beschleunigungsmesser und/oder Magnetomesser) oder der Erfassung der Bewegung von Motoren, die Projektionsspiegel für Lichtstrahlen in Drehung versetzen.

Wegen des Multiplexens von Bildern des Auges und der Umgebung, bei der diese Bilder sich abwechselnd aufeinander folgende Gesamtheiten von Linien eines selben Bildes teilen (beispielsweise das Auge oben im Bild und die Umgebung unten), kann der Arzt auf dem Magnetskop eien qualitative Spur visueller Stimuli oder Bewegungen des Kopfes des Patienten gleichzeitig mit diesen Augenbewegungen registrieren, was ihm eine Demonstration oder schnelle qualitative Diagnose in unterschiedlicher Zeit erlaubt.

Wegen des Multiplexens der Bilder des Auges und der Umgebung, für die diese Bilder sich abwechselnd die beiden Züge eines selben Bildes teilen, kann die Vorrichtung für die Behandlung von Bildern auf einem einzigen Videosignal arbeiten, was die Elektronik zum Erfassen der Bilder vereinfacht, die Elektronikkosten der Vorrichtung verringert und es erlaubt, das vollständige Bild des Auges und des Kopfes gleichzeitig mit dem Gesamtbild der Umgebung in ein Magnetoskop sowie in einen Mikrocomputer einzugeben.

Wegen der Infrarot-Beleuchtungseinrichtungen für die Umgebung, die mechanisch mit dem abnehmbaren Modul verbunden sind, kann man als feste Objekte in einem dunklen Teil für die Berechnung der Bewegungen Kopf/Umgebung für den Patienten unsichtbare Objekte verwenden, zum Beispiel Formen, die natürlicherweise vorliegen, oder Plättchen, die beliebig auf dunklen Mauern angeordnet werden, welche die Besonderheit haben, daß sie mehr oder weniger diese Infrarot-Beleuchtung reflektieren, wobei sie natürlich immer für den Blick des Patienten unsichtbar bleiben.

Dank des Analyseverfahrens für die Umgebung der Vorrichtung, das darin besteht, die Bewegung zu berechnen, die bei der Umgebung in bezug auf den Kopf erscheint, indem die aufeinanderfolgenden Positionen desselben Objektes in dem Umgebungsbild identifiziert werden, und dank des Rechenverfahrens, das dieser Bewegung folgt, wenn die Winkeldynamik größer ist als der Winkel des Objektivs der Umgebungskamera, was darin besteht, die Identifikation eines Referenzobjektes ausgehend von dem Gesichtsfeld durch Identifikation eines weiteren Referenzobjektes, das in diesem Gesichtsfeld erscheint und somit besser plaziert ist, zu übertragen, ist die Vorrichtung in der Lage, langsame Phasen und ruckartige Bewegung einer Bewegung des Nystagmus korrekt zu simulieren, die die Augen des Patienten erzeugen könnten oder würden, indem man sich gegebenen falls vorteilhaft des Ergebnisses der Berechnung der Position seines Blickes bedient, um dabei zu helfen, ein neues Objekt des Umgebungsbildes zu identifizieren, das für die Berechnung der erscheinenden Bewegung verwendet werden soll.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform für die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Messung von Augenbewegungen in den folgenden Weise durchgeführt:

- in einem Fenster des Bildes, das auf die mittlere Position der Pupille zentriert ist und von der ersten Kamera oder Augenbeobachtungskamera geliefert wird, isoliert man die Kontur einer Form, die der Pupille entspricht,

- man richtet gegebenenfalls die Kontur der Pupille derart aus, daß sie im wesentlichen kreisförmig gemacht wird,

- man berechnet den geometrischen Schwerpunkt der Kontur, der die Position der Mitte der Pupille ist, das heißt, seine beiden Koordinaten in einer Ebene,

- man vergleicht einen Winkelbereich einer Krone, die um das Bild der Pupille gelegt ist (welche in bekannter Weise Rillen aufweist), die man mit einem Bild vergleicht oder korreliert, das zuvor von der Winkelkrone aufgenommen worden ist, und man leitet einen Drehwinkel der Winkelkrone ab, der einem Drehwinkel in der Ebene des Augen entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Analyseverfahrens der Bewegung des Kopfes des Patienten führt man die folgenden Arbeitsgänge durch:

- man benutzt ein Fenster oder einen Teil des Bildes der Umgebung, das von der zweiten Kamera geliefert wird, wobei das Fenster sich bei einem besonderen Durchführungsmodus in dem Bild verschieben kann,

- man zieht die Konturen unterschiedlicher Objekte heraus, die in dem Fenster erfaßt worden sind, und man berechnet die Schwerpunkte der Objekte und/oder der entsprechenden Konturen,

- man nimmt von den so erfaßten Konturen diejenigen heraus, die keine Anzahl von Punkten haben, welche in einem Intervall liegen, das um die Anzahl der Punkte zentriert ist, die zuvor von einem vorbestimmten und untersuchten Objekt registriert worden sind,

- man berechnet für jede noch verbleibende Kontur reduzierte Funktionen der Form der vorbestimmten Konturen,

- man vergleicht diese reduzierten Funktionen der Form der Kontur, die so bestimmt worden sind, mit Konturformen-Funktionen, die zuvor aufgenommen worden sind und dem untersuchten Objekt entsprechen,

- man berechnet die Position des so identifizierten Objektes in dem Fenster, und man zentriert bei einer besonderen Durchführungsform das Fenster erneut um das Objekt.

Vorteilhaft ist es möglich, gleichzeitig in "Quasi-Echt"-Zeit, d.h. mit einer Frequenz in der Größenordnung von 25 Hertz, ein Bild eines Fensters oder einen Teil des Bildes des Auges und ein Bild eines Fensters oder einen Teil des Bildes der Umgebung sichtbar zu machen, Variationskurven als Funktion der Zeit der Position der Mitte der Pupille, bestimmt wie hier oben angegeben, und gegebenenfalls eine Kurve der Drehung der Pupille als Funktion der Zeit und Kurven der Position des Objektes, das entsprechend auftretenden Bewegungen des Kopfes identifiziert wurde.

Vorteilhaft ist es möglich, in "Quasi-Echt"-Zeit für die visuelle Kontrolle der Rechnungen ein Kreuz sichtbar zu machen, das das berechnete Zentrum der Pupille auf dem Bild des Auges angibt, wobei das Kreuz gegebenenfalls geneigt werden kann, um das Ergebnis der Berechnung der Rotation der Pupille widerzuspiegeln.

Die zahlreichen Vorteile, die durch die Erfindung gegeben werden, werden besser beim Durchgehen der folgenden Beschreibung verstanden werden, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, die ohne jeden einschränkenden Charakter besondere Ausführungsformen der Vorrichtungen gemäß der Erfindung veranschaulichen.

Die Figur 1 veranschaulicht in schematischer Weise im Querschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, eingerichtet auf dem Kopf eines Patienten, der eine Umgebung beobachtet.

Die Figur 2 veranschaulicht in schematischer Weise Einrichtungen zum Multiplexen von Videosignalen, die von Kameras zur Beobachtung des Auges und der Umgebung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung geliefert werden.

Die Figur 3 veranschaulicht die Fläche eines entfernbaren Moduls einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, das sich neben dem Auge des Patienten befindet und das einer besonderen Ausführungsform entspricht, mit Photodioden oder Licht-Photoempfängern, deren Bandbreite größer als 250 Hertz sein kann.

Die Figur 4 veranschaulicht in schematischer Weise zweite Synchronisationseinrichtungen für Videosignale, die von den Kameras für die Beoachtung des Auges und der Umgebung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgegeben werden.

Die Figur 5 veranschaulicht in schematischer Weise in einer Querschnittsansicht, in einer im wesentlichen vertikalen Ebene eines entfernbaren Moduls einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Die Figur 6 veranschaulicht in schematischer Weise eine Umgebung und Markierungen, mit denen sie versehen ist.

Die Figur 7 veranschaulicht eine Art des Sichtbarmachens von Ergebnissen der Messung der Bewegungen des Auges, wobei eine Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzt wird.

Die Vorrichtung weist ein abnehmbares Modul 16 auf, das ein Gehäuse (Markierung 28 der Figur 3) umfaßt, welches eine Videokamera 3 zur Beobachtung eines Auges 2 eines Patienten und eine Kamera 5 zur Beobachtung der Umgebung 7 aufnimmt, die von dem Patienten betrachtet wird, dessen Blick im wesentlichen in die Richtung gerichtet ist, die durch den Pfeil 29 dargestellt ist.

Das Gehäuse des abnehmbaren Moduls kann vorteilhaft Einrichtungen für die Vorbehandlung von Videosignalen enthalten, die von den Videokameras 3, 5 geliefert werden, insbesondere diejenigen, die in den Figuren 2 und 4 beschrieben sind.

Das Modul oder Gehäuse 16 kann von Hand und leicht auf einer Maske 9 angebracht und davon abgenommen werden, die von dem Patienten getragen wird und die die allgemeine Form eines Brillengestells hat.

Das Modul kann dicht angebracht werden, derart, daß durch seine Fläche 16a eine Öffnung verschlossen wird, die in dem Vorderteil der Maske oder des Brillengestells vorgesehen ist; die Maske kann beispielsweise zwei Öffnungen aufweisen, die jeweils gegenüber den Augen des Patienten angeordnet sind, wobei das eine mit einem der Module ausgestattet sein kann und wobei die zweite Öffnung beispielsweise mit einer Abdeckung versehen sein kann, die gleichermaßen dicht gegen sichtbares äußeres Licht das innere Volumen 22 abschließt, das nahe den Augen des Patienten liegt und durch die Maske begrenzt ist, derart, daß vor den Augen des Patienten eine schwarze Kammer gebildet wird, das heißt, eine Kammer, die von sichtbarem Licht außerhalb der Maske isoliert ist, und dies beispielsweise für die Durchführung von Vorhof-Prüfungen.

Zu diesem Zweck kann die Maske an ihrer Fläche, die in Kontakt mit dem Kopf des Patienten kommt, mit Dichteinrichtungen 20 versehen sein, die es erlauben, die Dunkelheit in der Kammer 22 sicherzustellen.

Das Modul 16 ist zu diesem Zweck an seiner Innenfläche mit Elektrolumineszenzdioden 21 versehen, die Licht im Gebiet des Infraroten oder des nahen Infraroten aussenden, dieses um die Augen des Patienten in der Dunkelheit zu beleuchten und die Beobachtung durch die Videokamera 3 zu erlauben, die auf Strahlung im Infraroten oder im nahen Infraroten empfindlich ist, um die Bewegungen des Auges 2 des Patienten in der Dunkelheit der Kammer 22 zu beobachten.

Gemäß der Erfindung sind die Kameras 3 und 5 mit jeweiligen optischen Achsen XX1 und XX2, die im wesentlichen übereinstimmen und im wesentlichen parallel und nahe der Blickrichtung 29 des Patienten sind, "verkehrt zueinander" im Inneren und/oder auf dem Modul 16 angebracht.

Mit Bezug auf die Figur 3, in dem Fall, daß man wünscht, die Bewegungen der Augen des Patienten mit einer Bandbreite oberhalb von 25 Hertz zu beobachten, das die übliche Bandbreite von Standard-Videosignalen ist, die von CCD-Aufnehmern üblicherweise verwendeter Kameras geliefert werden, ist es möglich, die Innenfläche des Moduls 16 mit Photodioden 30, 31 oder Photoempfängern auszustatten, die für das infrarote Licht empfindlich sind, welches von den Elektrolumineszenzdioden 21 ausgesendet wird; zu diesem Zweck ist es interessant, wenigstens drei Photoempfänger 30, 31 vorzusehen, beispielsweise vier, wie es in der Figur 3 veranschaulicht ist; bei dieser Ausführungsform erlauben es zwei Photoempfänger 30, die beidseits der Kamera 3 im wesentlichen vertikal übereinanderliegend angeordnet sind, die vertikalen Bewegungen des beobachteten Auges zu erfassen, wobei die Spannung digitalisiert wird, die von einer Hochfrequenz-Analysestufe geliefert wird, deren differentielle Eingänge die Signale der Photodioden oder Photoempfänger empfangen.

In derselben Weise erlauben es zwei Photodioden oder Photoempfänger 31, die beidseits der Kamera 3 angeordnet sind und im wesentlichen auf derselben horizontalen Achse liegen, eine Spannung zu liefern, die aus der differentiellen Analysestufe für Signale austritt, die von diesen Photoempfängern ausgegeben werden.

Die Innenfläche des Gehäuses 28 des Moduls 16, wie in der Figur 3 veranschaulicht, kann gleichermaßen mit einer Elektrolumineszenzdiode 32 versehen sein, welche sichtbares Licht aussendet und welche gleichermaßen in der Nähe des Objektivs der Kamera 3 mit der optischen Achse XX1 angeordnet ist.

Mit Bezug auf die Figur 2 kann die Vorrichtung verwendet werden, um das Signal 4, das von der Kamera zur Beobachtung des Auges (Markieung 3 in der Figur 1) und das Videosignals 6, das von der Kamera zum Beobachten der Umgebung (Markierung 5 der Figur 1) geliefert wird, zu multiplexen.

Ein erstes gemultiplextes Videosignal 12 kann erhalten werden, das beispielsweise aus dem geraden Teil des ersten Videosignals 4 und aus dem ungeraden Teil des zweiten Videosignals 6 gebildet ist; zu diesem Zweck werden die Videosignale 4 und 6 abwechselnd durch zwei Unterbrecher 26 und 27 geschaltet, die in Gegenphase gesteuert sind.

Zu diesem Zweck wird das Videosignal 6 einem Rahmensynchronisations-Separator 23 zugeführt, der ein Synchronisationssignal an eine Uhr oder ein monostabiles Element 24 liefert, deren/ dessen Ausgangssignal dazu dient, einen Unterbrecher 26 zu steuern; wobei das Ausgangssignal des monostabilen Elementes gleichermaßen durch Zwischenschaltung eines Inverters 25 den zweiten Unterbrecher 27 steuert, derart, daß man am Ausgang ein erstes gemultiplextes Videosignal 12 erhält.

Mit Bezug auf die Figur 4 kann ein zweites Multiplexsystem der Videosignale 4 und 6 verwendet werden, um die Analyse der Videosignale zu Zwecken der Beobachtung der Bewegung des Auges und der relativen Bewegungen des Kopfes des Patienten in bezug auf die Umgebung und/oder den Oberkörper des Patienten in bezug auf die Umgebung zu vereinfachen und zu beschleunigen.

Zu diesem Zweck werden die Signale 4 und 6 auf den Eingang eines Mischers 33 oder Multiplexers aufgegeben, welcher ein zweites gemultiplextes Videosignal 13 wiederherstellt, das in jedem seiner geraden und ungeraden Teile Linien aufweist, die von jeweils geraden oder ungeraden Teilen jedes der Signale 4 und 6 ausgegeben werden, wobei der Multiplexer 33 auf eines der Signale, beispielsweise das Signal 6, durch eine Synchronisationsvorrichtung 23 synchronisiert ist.

Mit Bezug auf die Figur 5 weist die Videokamera für die Beobachtung des Auges (Markierung 3 der Figur 1) im wesentlichen einen monochromen Matrix-CCD-Aufnehmer 10 auf, der die Lichtstrahlen von der Achse XX1 durch Zwischenschaltung einer Optik oder Linse 35 empfängt.

Die Kamera für die Beobachtung der Umgebung, die gleichermaßen in das Gehäuse 28 des Moduls 16 integriert ist, das abnehmbar auf der Maske angebracht sein kann, weist einen Matrix-CCD- Aufnehmer 11 auf, der vorteilhaft identisch dem CCD-Aufnehmer 10 ist und weist eine Optik 36 auf, die gleichermaßen identisch zur Optik 35 der Kamera zur Beobachtung des Auges sein kann, was die Einstellung jeder Brennweite ausschaltet, um die Klarheit der gewünschten Bilder zu erhalten.

Vorteilhaft kann die Optik 36 mit einem Objektiv mit sehr weitem Winkel zwischen 90º und 180º ausgestattet werden, damit es für die Objekte der Umgebung ermöglicht wird, daß sie immer im Bild lokalisiert sind, trotz beispielsweise einer sehr großen Drehung des Kopfes des Patienten.

Vorteilhaft befinden sich die Matrix-CCD-Aufnehmer 11 und 10 jeweils in Ebenen 18, 17, die parallel zu der Symmetrieebene 15 sind und sind mit gleichem Abstand zu dieser angeordnet, derart, daß der Abstand 34 zwischen den CCD-Aufnehmern 10 und 11 gering ist.

In der Figur 6 ist schematisch eine Umgebung 7 veranschaulicht, an der eine feste Markierung 8a mit im wesentlichen rechteckiger Form und mit dem Zentrum 40 angebracht ist.

In der Figur 6 ist schematisch dargestellt die Grenze 37 des Sichtfeldes, das von der Umgebungskamera der Vorrichtung gemäß der Erfindung beobachtet wird, wobei in dessen Innerem ein Fenster 38 für die Beobachtung der Umgebung vordefiniert werden kann, wobei das Fenster mit einem Zentrum 41 markiert ist.

In dieser Figur ist gleichermaßen eine Markierung 8b veranschaulicht, beispielsweise kreisförmig in der Form und mit dem Zentrum 42, wobei die Markierung 8b beweglich sein kann und durch einen Lichtfleck gebildet ist, der in die Umgebung durch eine Beleuchtungseinrichtung projiziert wird, der mit dem Oberkörper des Patienten und/oder dem Kopf und/oder dem abnehmbaren Modul verbunden ist.

In der Figur 7 ist ein Beispiel zur Sichtbarmachung der Ergebnisse der Messung der Bewegung des Auges und der Bewegung des Kopfes in bezug auf die Umgebung veranschaulicht (mit Bezug auf eine Anfangssituation, die der Figur 6 entspricht), indem eine Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.

Ergebnisse können auf einem Bildschirm 47 sichtbar gemacht werden, der beispielsweise den Teil eines Mikrocomputers bildet, welcher mit üblichen Bearbeitungs- und Recheneinrichtungen versehen ist.

Man kann auf dem Bildschirm 47 bevorzugt gleichzeitig beispielsweise bei einer Frequenz in der Größenordnung von 25 Hertz ein Bild 19 sichtbar machen, das der Umgebung entspricht, welche von der Umgebungskamera beobachtet wird, ein Bild 14, das dem Bild des Auges entspricht, welches von der Kamera des Moduls für die Beobachtung des Auges geliefert wird, ebenso wie ein Steuerungsdiagramm von zu jedem Zeitpunkt berechneten Positionen des Schwerpunktes der verschiedenen Markierungen und der Pupille des Auges.

In dem oberen Teil der Figur 5 sieht man, daß das Bild 19 der Umgebung durch das vorbestimmte Fenster 38 mit dem Zentrum 41 begrenzt sein kann; in der Ebene der Figur befinden sich Markierungen mit Koordinatenachsen X und Y, die durch das Zentrum 41 des Fensters verlaufen.

Die Markierung 8a der Figur 6 kann aufgrund der Bewegung des Kopfes des Patienten insbesondere in eine Markierung 8'a mit einer ähnlichen Form und mit Zentrum 40' umgewandelt werden, deren Position in bezug auf das Zentrum 41' des Fensters wegen der Bewegung des Kopfes verlagert ist.

In derselben Weise kann auch dem Bild der Umgebung einer Markierung 8'b erkannt werden, die der Markierung 8b der Figur 6 entspricht und bei dem die Position des Zentrums 42' in bezug auf die Position des Zentrums 41' des Fensters 38 gleichermaßen verlagert ist, beispielsweise wegen einer Bewegung des Oberkörpers des Patienten.

Im Mittelteil der Figur 7 ist gleichermaßen das Bild 14 des Auges veranschaulicht, erhalten durch die Kamera zur Beobachtung des Auges, auf dem das Bild 39 der Pupille des Auges wieder erkannt werden kann, mit Zentrum oder Schwerpunkt 43, dessen Position in der Ebene der Figur erfaßt und gemessen werden kann, um die Bewegungen des Auges in Antwort auf Reize zu analysieren.

Die Variation der Winkelposition A des Auges kann beispielsweise durch die Messung der Winkelposition einer Rille 44 bestimmt werden, die in einer Krone beobachtet werden kann, welche sich um die Pupille herum befindet.

Vorteilhaft kann man bei einem Verfahren gemäß der Erfindung gleichzeitig die Kurven oder Zeitdiagramme 45, 46, 48 sichtbar machen, die der Entwicklung als Funktion der Zeit t entsprechen, bzw. der Abszisse X40 des festen Markierung 8'a in bezug auf das Zentrum des Beobachtungsfensters 38, der Abszisse X43 entsprechend der horizontalen Position des Zentrums der Pupille des Auges und der Abszisse X42, entsprechend der horizontalen Position der beweglichen Markierung 8'b, die mit der Position des Rumpfes des Patienten verbunden ist.

Die Erfindung kann durchgeführt werden, indem man beispielsweise einen Mikrorechner benutzt, der mit einer Karte für die Erfassung von Videosignalen ausgestattet ist.

Vorteilhaft kann eine derartige Karte einen programmierbaren Ausgang für Videosignale enthalten, an den ein Videoprojektor angeschlossen werden kann; man kann somit Bilder synthetisieren, die Markierungen (Ziele oder Motive) aufweisen, die durch den Videoprojektor auf den Bildschirm projiziert werden, den der Patient betrachtet.

Gemäß dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung kann man eine einzige elektronische Karte verwenden, um das Erfassen und die Digitalisierung von Signalen zu gewährleisten, die von der ersten und zweiten Kamera geliefert werden, und um die Synthese eines oder mehrerer Bilder von Zielen oder Markierungen sicherzustellen, was einen großen ökonomischen Vorteil und Einfachheit in bezug auf existierenden Vorrichtungen zeigt, was es erlaubt, Ziele in dem Gesichtsfeld des Patienten zu liefern, und die im allgemeinen entweder durch Augenbewegungs- Stimulatoren mit Anordnungen aus Elektrolumineszenzdioden gebildet sind oder einen Laserstrahl-Sender aufweisen oder auch durch Stimulatoren für die Nachführung optokinetischer Reflexe mit einem Projektor, der sich nach Art eines Planetariums dreht, einer Kugel mit Mosaik-Spiegel vom Zeitoun-Typ, wobei diese Vorrichtungen gleichzeitig als sehr kostspielig und sehr voluminös bekannt sind, im übrigen ist bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit zum Erzeugen von Motiven unbegrenzt; weiterhin, dank der Tatsache, daß dasselbe Gerät (der Mikrorechner, der zweckmäßigerweise programmierbar ist) gleichzeitig das Erfassen und das Digitalisieren der Bilder steuert, die über Videosignale ausgegeben werden, welche von den Kameras geliefert werden, und die Synthese von Zielen, die in das Gesichtsfeld des Patienten projiziert werden, wird die Berechnung der Bewegung der Augen und/oder des Kopfes dank der Tatsache vereinfacht, daß die gleiche logische Synthese der Markierungen der Umgebung und die gleiche logische Untersuchung der Form und Berechnung der Position dieser synthetisierten Markierungen verwendet wird, um die Bewegungen des Kopfes des Patienten zu berechnen, die von Signalen abgeleitet wird, welche von den Kameras geliefert werden; es ist somit vorteilhaft, wenn die Bewegungen des Kopfes sich in ein reduziertes Winkelfeld einschreiben (größer oder kleiner 60º), um durch Programmierung die Markierungen zu synthetisieren, die man für die Erfassung der Bewegung verwendet, anstatt daß man feste kontrastreiche und beleuchtete oder sehr reflektierende Markierungen in der Umgebung anbringen muß, da dieses das Einrichten und die Verwendung des Systemes zur Analyse der Bewegung des Auges vereinfacht.

Gemäß einer besonderen Eigenschaft der Erfindung kann die Vorrichtung einen tragbaren Sender für funkelektrische Signale aufweisen, die ausgehend von den ersten und zweiten Videosignalen erhalten oder bearbeitet werden, welche von der ersten und zweiten Kamera geliefert werden, wobei der Sender von dem Patienten getragen wird, beispielsweise auf dem Gestell befestigt.

Dies kann es erlauben, direkt das Bild des Auges des Patienten an einen Empfänger für funkelektrische Signale zu schicken, der mit dem Mikrorechner oder mit dem Bearbeitungs-Informatiksystem verbunden ist, ohne ein Verbindungskabel zu benutzen, was den Benutzungskomfort vergrößert; dieses Benutzungsverfahren ist insbesonder ein dem Fall interessant, in dem das erste und zweite Videosignal gemultiplext werden, um ein einziges gemultiplextes Videosignal zu bilden, was mit Hilfe einer einzigen Anordnung aus Funksender (von dem Patienten getragen) und Funkempfänger (verbunden mit dem Rechner oder der Bearbeitungseinheit) erleichtert, um auf einer einzigen Karte für die Erfassung oder die Digitalisierung, die in dem Rechner integriert ist, die Bilder des Auges und der Umgebung zu erhalten.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Analyse der Bewegung des Auges (2), mit einer ersten Videokamera (3), die ein erstes Videosignal (4) liefern kann, das für ein Bild (14) des Auges repräsentativ ist, wobei die Vorrichtung weiterhin eine zweite Videokamera (5) aufweist, das wenigstens ein zweites Videosignal (6) liefern kann, das repräsentativ für ein Bild (19) einer Umgebung (7) ist, wobei die erste Kamera (3) und die zweite Kamera (5) auf einer Brillenfassung (9) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kamera (3) und die zweite Kamera (5) mechanisch starr miteinander verbunden sind und einen Teil eines abnehmbaren Moduls (16) bilden und daß die erste Kamera (3) und die zweite Kamera (5) Haltepunkte ihrer jeweiligen Szenen haben, die näher beieinander liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Kamera (3) und die zweite Videokamera (5) des Moduls (16) jeweilige optischen Achsen (XX1, XX2) haben, die im wesentlichen übereinstimmen, und die "verkehrt zueinander" angebracht sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Brillenfassung (9): durch Einschieben mit einem zweiten abnehmbaren Modul für tdie Beobachtung und/oder die Analyse des Auges versehen ist, mit einer einzigen Kamera, und bei der die Module Einrichtungen zum Beleuchten des Auges mit infrarotem Licht aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Brillenfassung (9) mit Einrichtungen zum Abdichten gegen Licht versehen ist, derart, daß das Einschieben der beiden Module auf die Maske es erlaubt, vor den Augen des Patienten eine Kammer zu bilden, die gegen von außen kommendes sichtbares Licht dicht ist, wobei die Vorrichtung ein Modul aufweist, das aus einer Abdeckung besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein abnehmbares Modul eine Kamera zum Beobachten und/oder zur Analyse des Auges aufweist, Einrichtungen zum Beleuchten des Auges mit infrarotern Licht aufweist und Einrichtungen zum Messen der Lichtintensität, die von dem Augapfel reflektiert wird, aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Einrichtungen zum Digitalisieren des zweiten Videosignals (6) und Einrichtungen zur Analyse von erhaltenen digitalisierten Umgebungsbildern, wobei die Analyseeinrichtungen Einrichtungen zum Herausziehen einer Kontur aufweisen und Einrichtungen für die Identifikation wenigstens eines Gegenstandes, der in dem Umgebungsbild erscheint, aufweisen und Recheneinrichtungen für die Koordinaten des Gegenstandes aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Modul (16) einen ersten Matrix-CCD-Aufnehmer (10) und einen zweiten Matrix-CCD-Aufnehmer (11) aufweist, wobei der erste und zweite CCD-Aufnehmer identisch sind und in zwei Ebenen (17, 18) liegen, die im wesentlichen parallel zueinander sind, senkrecht zu den im wesentlichen übereinstimmenden optischen Achsen der Kameras und symmetrisch in bezug auf die Symmetrieebene (15), wobei die Ebenen (17, 18) und/oder die CCD-Aufnahme sehr nahe beieinander sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit Einrichtungen zum Synchronisieren des ersten und zweiten Videosignals (4, 6) und mit Einrichtungen zum Multiplexen des ersten und zweiten Videosignals, um ein erstes gemultiplextes Videosignal zu bilden, das aus einem geraden Teil und aus einem ungeraden Teil besteht, wobei der gerade Teil identisch dem gleichzeitigen Teil des ersten Videosignals (oder des zweiten Videosignals) ist, und der ungerade Teil identisch dem gleichzeitigen Teil des zweiten Videosignals (bzw. des ersten Videosignals ist).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Umgebung wenigstens eine feste oder bewegliche kontrastreichen Markierung aufweist und die Vorrichtung Einrichtungen für die Projektion wenigstens eines Lichtfleckes, die die Markierung bildet, aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem tragbaren Sender für funkelektrische Signale, die aus den ersten und zweiten Videosignalen erhalten worden sind.







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