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Peripheral Dynamic Stereovision – A Novel Stereoscopic Test

  • This work proposes and experimentally evaluates a new method and the first prototypic design of an apparatus for the objective assessment of peripheral dynamic stereovision. Peripheral dynamic stereovision is understood as the ability to perceive, recognize and observe moving objects in the visual periphery without sacrificing foveal fixation, i.e. shifting the line of sight (e.g. moving the eyes or the head) and loosing attention to the scene of interest. The presence of stereopsis on top further enhances the perceptive quality by adding the third dimension with judgment of depth and estimation of relative spatial positions as central clues for orientation, coordinative interaction and navigation in space. Based on findings that moving stereoscopic contours can induce distinctive optokinetic reactions, a panoramic stimulus pattern was rotated round subjects’ heads. Designed after the Frisby Stereotest, solely the binocular parallax resulting from the plate thickness carries stereoscopic information, excluding all other depth clues. A specially fitted goggle frame assured correct binocular alignment of the subjects adding objectivity. In first experiments, voluntary reactions (pushing a buzzer button) and involuntarily triggered ocular responses have been registered. The Performance Level (PL) and Confidence Ratio (CR) were introduced as benchmarks for voluntary reactions. Despite larger spreads, the PL averaged at 60 % while an elevated CR confirmed a low error rate of 16 % and thus high overall credibility. Poor performance of available recording hard- and software, in many cases, rendered the analysis of involuntary ocular reactions less exhaustive. It was however observable that objects that appear in the periphery of the visual field triggered the onset of nystagmoid search and tracking mechanisms. Finally, mean peripheral locations of subjects’ active reactions have been established at 30 degrees. The outcome of this pilot study in principle confirmed basic feasibility, conceptual validity and practical applicability of this novel method. Prospective fields of application with raised demands on peripheral dynamic stereopsis have been identified and critically assessed. The applicative possibilities and exclusive advantages of this test combining the assessment of stereopsis and dynamic visual field testing have not been matched by solutions published so far. Before however commercialization should be aimed at, design-related issues, including the implementation of electrophysiological ocular measurements, need to be addressed first to lead the post-prototype development to higher diagnostic expressiveness and reliability.
  • In dieser Arbeit wird eine neuartige Methode zur objektiven Beurteilung des peripheren dynamischen Stereosehens vorgestellt und an einem dafür konstruierten Prototyp die generelle Machbarkeit gezeigt. Peripheres dynamisches Stereosehen ist die Fähigkeit des Wahrnehmens, Erkennens und Verfolgens sich bewegender Objekte im peripheren Gesichtsfeld unter Beibehaltung der Zentralfixierung des eigentlichen, anvisierten Zielobjektes. Das gleichzeitige Vorhandensein von Stereopsis erhöht die periphere Sehqualität durch Addition der dritten Dimension. Der Nutzen des peripheren dynamischen Stereosehens liegt in der Beurteilung von räumlicher Tiefe und Abschätzung relativer Positionen im Raum, was wichtige Hinweise zu Orientierung, Koordination, Zusammenwirken und Navigation im Raum liefert. Da Studien zeigten, dass bei funktionierender Stereopsis sich bewegende stereoskopische Muster, bzw. Konturen beurteilbare optokinetische Reaktionen hervorrufen, wurde ein panoramisches Stimulationsmuster nach dem bewährten Frisby Stereotest gestaltet und um die Köpfe der Probanden rotiert. Nur die Dicke der Plexiglasplatten enthält die stereoskopische Information in Form der binokularen Parallaxe. Sonstige möglicherweise verfälschende Tiefenhinweise sind per se ausgeschlossen. Probanden tragen dabei eine spezielle Blendenbrille über die eine korrekte binokulare Ausrichtung der Probanden gewährleistet wird und dadurch der Grad an Objektivität weiter gesteigert ist. In der Pilotstudie wurden willkürliche (Drücken eines Alarm-Tasters bei Objekterkennung) und unwillkürlich ausgelöste optokinetische Reaktionen der Probanden erfasst. Zur Beurteilung willkürlicher Reaktionen wurden der Performance Level (PL) und das Confidence Ratio (CR) als Bewertungsgrößen eingeführt. Trotz größerer Abweichungen zwischen den Probanden ergab sich ein durchschnittlicher PL von etwa 60% während ein hoher CR eine geringe Fehlerrate von ca. 16% ergab und somit hohe Glaubwürdigkeit bestätigte. Mit der verfügbaren Aufzeichnungsausrüstung war eine automatische und somit objektive Auswertung nur bedingt möglich. Grund waren Störpotentiale durch gelegentliches Blinzeln und kontinuierliche Fixations- und Stabilisationsbewegungen der Augen. Es war jedoch feststellbar, dass in das periphere Gesichtsfeld einlaufende stereoskopische Objekte Nystagmus-ähnliche Such- und Bewegungsmuster der Augen auslösten. Die Winkelpositionen bei peripherer Objekterkennung lagen bei durchschnittlich 30 Grad in der Peripherie. Das Resultat dieser Pilotstudie bestätigte generelle Machbarkeit, Konzeptgültigkeit und praktische Anwendbarkeit dieser neuen Testmethode. Mögliche Anwendungsfelder mit erhöhten Anforderungen an das periphere dynamische Stereosehen wurden identifiziert und kritisch bewertet. Die anwendungstechnischen Möglichkeiten und Vorteile dieser Methode, die die Beurteilung der Stereopsis und einer dynamischen Perimetrie kombiniert, wurden bis dato durch vergleichbare Umsetzungen noch nicht erreicht. Bevor jedoch eine kommerzielle Verwertbarkeit in Betracht gezogen werden kann, sollte das konsequent nächste Entwicklungsziel die Erhöhung der apparativen und methodischen Objektivität, d.h. der diagnostischen Aussagekraft, beispielsweise durch Automatisierung, sein. Das schließt konstruktionsbedingte Gegebenheiten und elektrophysiologische Messmethoden ein.

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Metadaten
Author: Michael Broschart
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000757-7
Title Additional (German):Peripheres dynamisches Stereosehen - ein neuartiger stereoskopischer Test
Advisor:Prof. Dr. Stefan Clemens
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2010/02/22
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Medizinische Fakultät (bis 2010)
Date of final exam:2010/02/15
Release Date:2010/02/22
Tag:Stereopsis, objective test, optokinetic nystagmus, peripheral dynamic stereovision
GND Keyword:Objektivität, Optokinetischer Nystagmus, Peripheres Sehen, Räumliches Sehen, Test
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit