Seminar: Informationstechnik in der Medizin Universität Dortmund Bildverarbeitung in der Augendiagnostik Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays cand. ing. Markus Wentker

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 2 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Themengebiete Untersuchungmöglichkeiten der Augendiagnostik: Eye-Tracking Gefäßanalyse (Netzhautanalyse) Hornhaut-Topographie Ultraschall-Untersuchung Phoropter Gesichtsfeldmessung Spaltlampe Augendruckmessung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 3 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Eye-Tracking: Einsatzgebiete Eye-Tracking Einsatzgebiete Gesichtsfeldmessung (ohne Mitarbeit des Patienten) Regeneration des Gesichtsfeldes (z.B. nach Schlaganfall) Untersuchung / Warnung vor Sekundenschlaf (z.B. im Auto) aber auch: Wirksamkeit von Werbeeinblendungen (z.B. auf Webseiten)

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 4 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Eye-Tracker: Formen Eye-Tracking Realisierungsmöglichkeiten OnDeskHead-Mounted

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 5 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Komponenten von Eye-Trackern Eye-Tracking prinzipieller Aufbau Ein oder mehrere Infrarot-LEDs (Strahlungsleistung beachten!) 1-2 CCD-Kameras mit IR-Filter (Nah- & Fernfeld) oder: 2 CMOS-Kameras (3D-Ortung) Ansteuerungselektronik (Synchronisation LEDs - Shutter)

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 6 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Algorithmus: Position der Augen Eye-Tracking Algorithmus 1. Erkennung der Position der Augen Zu Beginn oder bei plötzlichen, großen Kopfbewegungen Nutzung der Fernfeldkamera s/w- Kamera Kanten- detektion Verarbeitung & Auswahl Anthrophometrische Daten

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 7 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Algorithmus: Position des Pupillenmittelpunktes Eye-Tracking Algorithmus 2. Bestimmen des Pupillenmittelpunktes Selektion eines Pixels, falls kleiner Grauwertschwelle Bei Bedarf dynamische Änderung der Schwelle Selektion Berechnung Massezentrum Ergebnis gleich? Ja Nein

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 8 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Algorithmus: Überprüfung Pupillenmittelpunkt Eye-Tracking Algorithmus 3. Überprüfung des Pupillenmittelpunktes Ist die Kontour näherungsweise rund? Geraden Mittelpunkt – Kante legen Alle Geraden äquidistant? Ja Nein

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 9 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Algorithmus: Bestimmung der Blickrichtung Eye-Tracking Algorithmus 4. Bestimmung der Blickrichtung Bestrahlung des Auges mit LEDs ergibt charakeristische Reflexionen, die sog. Glints Aus dem Vektor Pupille – Glints Blickrichtung berechnen oder anderes Verfahren: Pupille nicht als rund, sondern als elliptisch angenommen Aus Hauptachsenlängen, Mittelpunkt und Neigung numerisch / mathematisch Blickrichtung bestimmen

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 10 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Eye-Tracker Systembeispiele Eye-Tracking Technische Daten OnDesk: Gesamte Hardware im Sockel eines 17 TFT Auswertung mit Standard-PC (P4, 256MB Ram, WinXP) Genauigkeit: 0,5° Kamerablickfeld: 20x15cm Max. Abstand: 60cm Frame-Rate: 50Hz, Delay: 35ms Head-Mounted (am Beispiel Chronos EyeTracker): Frame-Rate: 400Hz (CMOS, FPGA/DSP-Architektur) Weiterverarbeitung nur der relevanten Informationen Messung von Mikrosakkaden möglich (>500°/s)

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 11 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Gefäßanalyse: Erkennung von Krankheiten Gefäßanalyse Einsatzgebiete Analyse des Augenhintergrunds (Netzhaut, Sehnerv) Feine Haargefäße wie auf der Netzhaut kommen überall im Körper vor Untersuchung ohne operativen Eingriff Erkennung nicht nur von Augenkrankheiten: Schlaganfall Herzinfarkt Hörsturz Diabetes(-schäden) Durchblutungsstörungen Rauchschäden Genetische Risiken Kopfschmerzen

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 12 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Gefäßanalyse: Diagnosekriterien Gefäßanalyse Kriterien für eine Diagnose Größe und Beschaffenheit der Venen & Arterien Regulierungsverhalten (z.B. bei Medikamenten- gabe)

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 13 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Retinal Vessel Analyser Gefäßanalyse Systembeispiel: Retinal Vessel Analyser Entwickelt an den Augenkliniken Jena und Ulm Aufzeichnung der Gefäßdurchmesser abhängig von Ort und Zeit Reaktion auf Provokationen (Medikamentengabe, O2)

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 14 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Retinal Vessel Analyser Gerätekonfiguration Retinal Vessel Analyser Gerätekonfiguration

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 15 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Retinal Vessel Analyser: Funktionsweise Retinal Vessel Analyser Funktionsweise Kantendetektion Absorption des roten Blutfarbstoffes hebt die Gefäße vom Hintergrund ab Gleichzeitige Vermessung aller Gefäße auf der Netzhaut

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 16 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Retinal Vessel Analyser: Beispiel Sauerstoffatmung Retinal Vessel Analyser Beispiel Provokation durch 100% Sauerstoff über Maske

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 17 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Retinal Vessel Analyser: Technische Daten Retinal Vessel Analyser Technische Daten Analysebereich: μm Analysezeit: bis zu 11 min Längenbereich: 0,18...1,8 mm Ortsauflösung: 18 μm Preis: je nach Art und Spezifikation bis

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 18 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Hornhaut-Topographie: Einsatzgebiete Hornhaut-Topographie Einsatzgebiete Hornhautvermessung für exakte Sehschärfenkorrektur mittels Excimer-Laser Kontaktlinsenanpassung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 19 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Hornhaut-Topographie: Funktionsweise Hornhaut-Topographie Funktionsweise Projektion von 25 oder 31 konzentrischen Ringen auf Hornhaut ca Messpunkte Positionierung / Fokussierung manuell über Joystick Blendungsfreie, eigene Lichtquelle Aufnahme über CCD-Kamera Darstellung auf 5,5 TFT Aufnahmezeit: 0,033sek Genauigkeit: +-0,02mm

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 20 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Hornhaut-Topographie: Darstellungsformen Hornhaut-Topographie Darstellungsformen

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 21 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Markus Wentker Zusammenfassung Vielfältige Einsatz- & Untersuchungsmöglichkeiten Nicht auf medizinische Aspekte beschränkt Erkennung nicht nur von Augenkrankheiten Zustand des Auges gibt Aufschluß über mögliche Krankheiten im ganzen Körper (Gefäßanalyse)