Analyse kortikaler Reizantwortsignale nach selektiver Zapfenstimulation zur objektiven Erkennung von Sehfunktionsstörungen

Beßler, Patrick

The objective of this thesis was an objective diagnosis of the visual system. Therefore the separate color channels were analyzed by the use of cortical response signals. The potential of the developed method, especially for the detection of glaucoma, was investigated.Based on the silent substitution technique, model based adaptive stimulation sequences were developed, in order to achieve selective color channel excitation. Pre-processing of the response signals, suppression of distortions and improvement of the signal to noise ratio were introduced, adapted and analyzed. Therewith the analysis of the visually evoked potentials was possible.For an objective description and analysis of color channel selective response signals an extensive parameterization of the response signals and validation of the feature set was done. By the use of different classification methods and evaluation strategies, the classification of the separate color channels as well as the classification on a large number glaucoma patients and healthy volunteers was performed, in order to verify the diagnostic significance of the response signals. Furthermore an evaluation of classification quality of the utilized classification methods was performed. Cone isolation could be demonstrated by an adaption and bleaching experiment. The color channel selective response signals were extensively parameterized by means of significant features. Through the use of the different classification methods very good results were achieved in the detection of specific response signals of severe glaucoma patients and in the differentiation of the several color channels. Moreover good classification results were obtained for moderate glaucoma patients. None of the used classification methods demonstrated significant advantages in classification quality.An objective examination of the entire visual system from the retina to the visual cortex was carried out by the measurement and analysis of the visually evoked potentials. It was shown, that an objective examination of the several visual pathways as well as an early objective diagnosis of glaucoma was possible. Hence, objective examinations of color vision respectively color vision deficiencies are conceivable. The presented methods can lead to new diagnostic possibilities.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der objektiven Diagnostik des visuellen Systems, insbesondere der Analyse der Funktion einzelner Farbkanäle, anhand kortikaler Reizantwortsignale. Dabei wird das Potenzial des erarbeiteten Verfahrens speziell zur Erkennung von Glaukomerkrankungen untersucht.Zur farbkanalselektiven Reizung wurden modellbasierte, adaptierbare Stimulationssequenzen auf Grundlage der Silent Substitution Technique entwickelt. Zur Vorverarbeitung der Reizantwortsignale, Unterdrückung von Störkomponenten bzw. Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes wurden verschiedene Verfahren untersucht und adaptiert. Damit konnten die visuell evozierten Potenziale analysiert werden.Die Arbeit beschäftigt sich weiterhin mit der umfangreichen Parametrisierung der Signale sowie einer Bewertung des Merkmalssatzes bezüglich der unterschiedlichen Fragestellungen für die objektive Beschreibung und Analyse der Eigenschaften der farbkanalspezifischen Reizantwortsignale. Mittels verschiedener Klassifikationsverfahren und Evaluierungsstrategien wurden, zur Prüfung der diagnostischen Aussagekraft der Reizantwortsignale, Klassifikationen der einzelnen Farbkanäle sowie von Glaukompatienten im Vergleich zu gesunden Probanden, an einer relativ großen Anzahl von ca. 500 Untersuchungsdaten¬sätzen, vorgenommen. Zudem erfolgte eine Beurteilung der Klassifikations¬qualität der verwendeten Klassifikationsmethoden für die verschiedenen Anwendungen.Ein Funktionsnachweis der Methode zur selektiven Zapfenstimulation konnte anhand eines Adaptions- und Zapfenbleichungsexperiments erbracht werden. Die gewonnenen farbkanalselektiven Antwortsignale wurden mittels signifikanter Merkmale umfassend parametrisiert. Mit verschiedenen Klassifikationsmethoden wurden sehr gute Ergebnisse bei der Erkennung der spezifischen Reizantwortsignale von Glaukompatienten mit schwerem Glaukomschaden sowie bei der Differenzierung einzelner Farbkanäle erzielt. Für Glaukompatienten im frühen Stadium ergaben sich ebenfalls gute Klassifikationsergebnisse. Keine der verwendeten Klassifikationsmethoden zeigten dabei entscheidende Vorteile bezüglich der Klassifikationsqualität.Durch die Messung der visuell evozierten Potenziale im Bereich des visuellen Kortex konnte im Rahmen der Arbeit eine objektive Untersuchung des gesamten visuellen Systems (Retina bis Kortex) durchgeführt werden. Somit war es möglich eine Untersuchung der einzelnen Farbkanäle des visuellen Systems sowie eine objektive frühzeitige Diagnostik von Glaukomerkrankungen durchzuführen. Damit sind auch Untersuchungen des Farbsinns bzw. von Farbfehlsichtigkeiten denkbar. Das vorgestellte Verfahren könnte somit neue diagnostische Möglichkeiten eröffnen.

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Beßler, Patrick: Analyse kortikaler Reizantwortsignale nach selektiver Zapfenstimulation zur objektiven Erkennung von Sehfunktionsstörungen. 2011.

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