Ein adaptives Verfahren zur Ermittelung der Kontrastwahrnehmungsschwelle mittels Visuell Evozierter Potentiale

An adaptive procedure for estimation of contrast sensitivity function by visual evoked potentials

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-20837
  • Einleitung: Visuell evozierte Potenziale (VEP) werden zur objektiven Bestimmung von Wahrnehmungsschwellen (z. B. Kontrastschwellen) eingesetzt. Es wurde ein neu entwickeltes Verfahren getestet, bei dem bereits während der Messung eine Datenanalyse durchgeführt wird, was eine adaptive Anpassung der jeweils folgenden Reizmuster erlaubt. Dieses adaptive Verfahren wurde mit einer nicht-adaptiven VEP-Messung und mit einem psychophysischen Verfahren verglichen. Dabei wurde geprüft, ob das adaptive Verfahren zu einer niedrigeren Schwelle führt und obEinleitung: Visuell evozierte Potenziale (VEP) werden zur objektiven Bestimmung von Wahrnehmungsschwellen (z. B. Kontrastschwellen) eingesetzt. Es wurde ein neu entwickeltes Verfahren getestet, bei dem bereits während der Messung eine Datenanalyse durchgeführt wird, was eine adaptive Anpassung der jeweils folgenden Reizmuster erlaubt. Dieses adaptive Verfahren wurde mit einer nicht-adaptiven VEP-Messung und mit einem psychophysischen Verfahren verglichen. Dabei wurde geprüft, ob das adaptive Verfahren zu einer niedrigeren Schwelle führt und ob es zu einer Zeitersparnis bei der Bestimmung der Schwelle kommt. Methoden: Bei 20 Normalpersonen wurde das VEP auf Schachbrettmuster mit einer mittleren Leuchtdichte von 50 cd/m^2, 3 verschiedenen Karogrößen (Kg = 0,05°, 0,24°, 2,4°) und 8 verschiedenen Kontrasten (0,6%, 1,6%, 2,6%, 5,5%, 11,3%, 23,4%, 48,3%, 100%) abgeleitet. Steady-state VEPs auf Musterumkehrreize (f=8,3Hz) wurden mit einer Oz-Fpz-Anordnung binokular abgeleitet. Die Signifikanz einer Antwort wurde durch das Verhältnis der Fourier- Amplitude der Musterwechselfrequenz (16,6Hz) zum Amplituden-Mittelwert der beiden Nachbarfrequenzen abgeschätzt. Für jede der 3 Karogrößen wurde neben einer nicht-adaptiven Messung mit 40 Durchläufen pro Kontrastbedingung und einer psychophysischen Bestimmung der Kontrastschwelle eine adaptive Messung durchgeführt, bei der die gleiche Gesamtzahl von 320 Durchläufen durch die adaptive Prozedur unterschiedlich auf die 8 Kontrastbedingungen verteilt wurde. Die Kontrastwahrnehmungsschwelle im VEP wurde definiert als die niedrigste Kontraststufe mit signifikanten VEPs Ergebnisse: Bei den psychophysischen Untersuchungen konnte bei der Kg von 0,05° eine gemittelte Schwelle bei 7,8% bestimmt werden. Bei den größeren Karos wurden alle zur Verfügung stehenden Kontraststufen erkannt. Mittels VEP konnten bei 0,05° Kg lediglich bei 25% der Probanden signifikante Amplituden abgeleitet werden, so dass hier keine Schwellenbestimmung für alle Probanden möglich war. Bei einer Karogröße von 2,4° konnte für das nicht-adaptive VEP eine mittlere Kontrastschwelle von 5,59% und für das adaptive VEP eine Schwelle von 3,81% gefunden werden. Bei der Karogröße von 0,24° zeigte sich mit der nicht-adaptiven Prozedur eine mittlere Kontrastschwelle von 8,51% und mit der adaptiven Prozedur eine Schwelle von 3,03%. Die Schwellenwerte des adaptiven VEP-Verfahrens waren signifikant niedriger als die Schwellenwerte des nicht-adaptiven Verfahrens. Diskussion: Durch die psychophysischen Untersuchungen wurde eine niedrigere Kontrastschwelle gemessen als durch eine Bestimmung mit visuell evozierten Potenzialen. In derselben Messzeit konnte mit dem adaptiven Verfahren eine Schwelle gefunden werden, die eher mit der Psychophysik übereinstimmt, verglichen mit dem nicht adaptiven Verfahren. Das adaptive VEP-Verfahren führte den Großteil der Messungen im Schwellenbereich durch. Das daraus resultierende bessere Signal-Rausch-Verhältnis ist für das Absenken der Schwelle verantwortlich. Dieses adaptive Verfahren kann helfen, die objektive Bestimmung von Kontrastschwellen durch visuell evozierte Potenziale in der klinischen Routine zu beschleunigen.show moreshow less
  • Introduction: Visual evoked potentials (VEP) are used for objective estimation of sensory thresholds (e.g., contrast thresholds). In this study we tested a newly developed electrophysiological procedure, which performs a data analysis during recording and allows to adaptively adjusting the stimulus parameter for the following trials. We compared this procedure with a non-adaptive standard procedure and a psychophysical experiment. We examined whether the adaptive procedure results in a decreased threshold and whether the contrast threshold canIntroduction: Visual evoked potentials (VEP) are used for objective estimation of sensory thresholds (e.g., contrast thresholds). In this study we tested a newly developed electrophysiological procedure, which performs a data analysis during recording and allows to adaptively adjusting the stimulus parameter for the following trials. We compared this procedure with a non-adaptive standard procedure and a psychophysical experiment. We examined whether the adaptive procedure results in a decreased threshold and whether the contrast threshold can be found in a shorter period of time. Methods: 20 normal subjects participated in this experiment. Checkerboard patterns with a mean luminance of 50 cd/m^2, with 3 different check sizes (0.05°, 0.24°, and 2.4°), and with 8 different contrast values (0.6%, 1.6%, 2.6%, 5.5%, 11.3%, 23.4%, 48.3% and 100%) were used as visual stimuli. Steady-state VEPs to pattern reversal stimulation (f=8.3Hz) were recorded binocularly with an Oz-Fpz derivation. The statistical significance of a VEP response was derived from the signal-to-noise ratio of the Fourier magnitude at the reversal frequency (16.6Hz) to the magnitude average at the two neighbouring frequencies. For each of the 3 check sizes a non-adaptive recording was performed with 40 trials per contrast condition. Additionally, a psychophysical procedure and an adaptive recording were performed, where the number of trials for each contrast condition was determined by the adaptive strategy. Results: For the psychophysics we found a threshold of 7.8% for the 0.05° condition. The bigger checkerboards were recognised for all contrasts. No contrast identification was possible for the 0.05° condition as only 25% of the subjects showed significant VEPs. We found a mean contrast threshold for the 2.4° check size of 5.59% with non-adaptive recordings and of 3.81% with the adaptive procedure. We measured a mean contrast threshold for the 0.24° check size of 8.51% with non-adaptive procedure and of 3.03% with the adaptive procedure. The threshold data was significant lower with the adaptive procedure. Discussion: Psychophysics demonstrated a lower contrast threshold as compared with VEP. With the adaptive recording we found a threshold closer to the psychophysics. The new adaptive VEP procedure spent a large portion of the recording time near the contrast threshold for the corresponding check size. This resulted in a better signal-to-noise-ratio, which was responsible for the decreased threshold. Thus the adaptive procedure may help to accelerate the objective estimation of contrast thresholds with visual evoked potentials in the clinical routine.show moreshow less

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Metadaten
Author: Stefanie Eva Karl
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-20837
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Augenklinik und Poliklinik
Date of final exam:2006/12/05
Language:German
Year of Completion:2006
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Tag:Kontrast; Kontrastempfindlichkeit; VEP; visuell evozierte Potentiale
VEP; contrast; contrast sensitivity; visual evoked potentials
Release Date:2007/01/03
Advisor:Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Thomas Meigen