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Generierung von Impulsmedien und deren Bewertung durch die computergestützte Sehschulung Dresden, 16.04.2009 Matthias Dodt Diplomverteidigung.

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1 Generierung von Impulsmedien und deren Bewertung durch die computergestützte Sehschulung Dresden, Matthias Dodt Diplomverteidigung

2 Amblyopie Sehschwäche Häufigste Ursache: Strabismus Neuronale Synchronisation fehlerhaft Training durch Stimulationsmuster Quelle: [Roe94] TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 2 von 22

3 Aufgabenstellung Theoretische Analyse relevanter Eigenschaften von Stimulationsmustern Entwurf eines webbasierten Therapiesystems für Ärzte und Patienten Kombination der Stimulationsmuster mit Flashanwendungen Verwaltungssoftware für Therapien Durchführung von Sehtests am Client Entwurf einer aufmerksamkeitsbindenden Beispielanwendung TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 3 von 22

4 Analyse von Stimulationsmustern Merkmale der Amblyopie: Störung der low–level Mechanismen Sehschärfe, temporale Instabilität, Lokalisierungsfehler Unabhängig von: Psychischen Faktoren Lichtadaption Therapierung: Minimalokklusion Sinusoidalgitter Festlegung der Gitterparameter beruht auf Einschätzung des Therapeuten Patient BB Patient SB TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 4 von 22 Quelle: [Temp08]

5 Analyse von Impulsmustern Welche dieser Aspekte sind relevant für die Amblyopie? TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 5 von 22

6 Modell der Sinneskanäle Campbell, Blakemore 1985 [CBl85] Reaktion auf niederfrequente Reizung Fourier - Frequenzanalyse D.H.Kelly [Kel79] Reaktion auf bewegte niederfrequente Reizung Gewichtungsfunktion für Frequenzen TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 6 von 22

7 Analyse von Impulsmustern Prototypische Umsetzung in Matlab Darstellung des Fourierleistungsspektrums Anwendung verschiedener vorverarbeitender Schritte (Rotation, Fensterfunktionen) Problem der Periodizität Log - Powerspektrum Spektrum mit Barletfilter TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 7 von 22

8 Analyse von Impulsmustern Gewichtung der Fourierspektren mit Hilfe der Kellyfunktion Verschiedene Visualisierungshilfen (Kontrastspreizung, Logarithmierung, etc.) TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias Dodt Driftgeschwindigkeit 9 cpd Folie 8 von 22

9 Ergebnisse der Analyse 1.Artefakte in den Spektren der Sinusoidalgitter Verbesserung des Algorithmus TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 9 von 22 Bisher verwendete MusterNeuer Algorithmus

10 Ergebnisse der Analyse 2.Idee Mehrfachstimulation 3.Sehtests zur Bewertung der Gitter TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 10 von 22

11 Bewertung der Wirksamkeit von Impulsmustern Sehtest: Welche Optotypen eignen sich? Kontrastsensitivität Visus (Sehschärfe) - Zusätzlich jeweils bei Bewegung der Optotype - Meridionale Amblyopie (Orientierungsabhängigkeit) Problematik: Kalibrierung: Bildschirm/Grafikkarte: Farbtreue, Blickwinkel, Auflösung / dotpitch, Leuchtkraft Weitere Faktoren: Umgebungslicht, etc. TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 11 von 22

12 Bildschirmkalibrierung Kalibrierung von Helligkeit (Schwarzpunkt) und Kontrast (Weißpunkt) Kalibrierung von Gamma TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 12 von 22

13 Sehtest Jan Rimbach, 1999 [Rim99] Meridionale Amblyopie Basis für Sehtest DIN EN ISO 8596 und 8597 / DIN Landoltringe als Sehschärfenzeichen Pro Visusstufe weniger als 2/5 bzw. 4/10 falsche Antworten Vorgeschlagen wird eine Stufenweise Erhöhung um den Faktor 10*sqrt(10) Bestimmung des Schwellwertes TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 13 von 22 Quelle: [DrW02]

14 Entwurf eines Therapiesystems Zielstellung: Standortübergreifende Betreuung von Patienten und Ärzten Verteilung der Therapiesoftware über das Web Durchführung von Sehtests im Heimbetrieb Anbindung von Flash-Anwendungen, flexible Basistechnologie TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 14 von 22

15 Webbasierte Realisierung Konzeptionierung: Auswahl möglicher Realisierungen (C++ Bibliothek vorhanden) Flash Anwendung Video Streaming Director Anwendung Java mit JFlashPlayer Aufstellen von Kriterien (Leistungsfähigkeit, Sicherheit, Flexibilität,…) Bewertung Auswahl einer Clienttechnologie Auswahl einer Servertechnologie TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 15 von 22

16 Arbeitsschritte Konzipierung der Kommunikationsabläufe Berücksichtigung von Nachrichtenverlusten, Ausfällen Entwurf eines Dienstes zur Verarbeitung von Anfragen Entwurf einer serverseitigen Datenbank Bereitstellung von Interfaces für den Zugriff auf die Daten durch Ärzte und Patienten Implementierung des Clients TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 16 von 22

17 Therapiesystem - Ergebnis TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 17 von 22

18 Zusammenspiel der Komponenten TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 18 von 22

19 Webbasierte Umsetzung Beispielanwendung: Spielidee: Navigieren eines Autos zum Levelausgang in vorgegebener Zeit Verschiedene Elemente: Schalter, Kisten, Fahrstühle, Schleudern, etc. Basierend auf Physik – Engine APEngine (nach ActionScript 2 portiert) TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 19 von 22

20 Zusammenfassung Theoretische Analyse Implementierung eines Analysewerkzeugs in MatLab Ergebnis: Verbesserung des Algorithmus zur Darstellung der Stimulationsmuster Implementierung von parallel laufenden Stimuli Sehtest (Kontrast, Visus, meridional) Konzeptionierung und Implementierung einer webbasierten Therapieplattform Evaluierung von Basistechnologien Entwurf einer Datenbank Implementierung eines Serverdienstes Implementierung eines Clients auf C++/Shockwave Basis Implementierung eines Sehtests nach ISO-Norm Implementierung eines Verwaltungsbackends in Flex Implementierung einer Aufmerksamkeitsbindung in ActionScript2 TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 20 von 22

21 Ausblick Analysetool Einfluss von Farben? Verarbeitung von Bildfolgen Therapieplattform Integration des Clients in den Browser Verschlüsselung der Kommunikation Usability des Backends verbessern Vergleich der Sehtestdaten, Datamining Sehtest nach Maximum Likelihood Ansatz TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 21 von 22

22 Quellen [Roe94]Pieter R. Roelfsema, Peter Konig, Andreas K. Engel, Ruxandra Sireteanu and Wolf Singer: Reduced Synchronization in the Visual Cortex of Cats with Strabismic Amblyopia, European Journal of Neuroscience. Vol. 6, pp [Kel79]D.H. Kelly: Motion and vision. II. Stabilized spatio-temporal threshold surface., California, 1979 [CBl85]F.W. Campbell C. Blakemore: On the existence of neurons in the human visual system selectively sensitive to the orientation and size of retinal images., Cambrige, Cambrige University, 1985 [Temp08]Claudia C. Bäumer and Adrian Iftime Ruxandra Sireteanu: Temporal Instability in Amblyopic Vision: Relationship to a Displacement Map of Visual Space.In: IOVS, Vol. 49, No. 9, Frankfurt am Main, 2008 [Rim99]Jan Rimbach : Diagnosesoftware zur Bestimmung der meridionalen Kontrastsensitivität, Dresden, 1999 [DrW02]Dr. W. Wesemann: Die Grenzen der Sehschärfe, Köln, Höhere Fachschule für Augenoptik Köln, 2002 Verwendete Programmiersprachen: MatLab, C++, Java, Lingo, JavaScript, SQL, ActionScript 2.0/3.0 bzw. Flex 3, Delphi TU Dresden, Diplomverteidigung, Matthias DodtFolie 22 von 22

23 ….vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Die Diskussion ist hiermit eröffnet…


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