Zukunftsorientiertes Messgerät zur Erfassung von Augenkrankheiten

Messgerät

Student: Tamara Worst, 00121411
Studienfach: Interaction Design
Studiengang: Mediendesign                                                                                        Betreuer: Prof. Zöllner, Hochschule Hof, Sommersemmester 2013
Kooperationsprojekt mit Carl Zeiss Meditec

Messgerät zur Erfassung von Augenkrankheiten

Der Arzt arbeitet ausschließlich mit einem mobilen Messgerät, dass der Patient während des Messvorgangs individuell durch Sprachsteuerung regulieren kann. Dieses Gerät ist international nutzbar, da es auf alle Sprachen übertragbar ist.

Das mobile Messgerät zur Erfassung von Augenkrankheiten besitzt eine Webcam, die die Istsituation aufnimmt und Anfangs wiedergibt. Um das Wohlbefinden des Probanden zu steigern, wird der Patient durch langsamens Abdunkeln des Realbildes an das Messverfahren herangeführt.

Zusätzlich wird dieser Vorgang von akustischen Anweisungen begleitet, die er über die Knochenleitungslautsprecher aufnimmt. Per Spracheingabe kann der Patient das Messverfahren nach seinen Belangen steuern. Diese wird über kleine Mikrofone aufgenommen. Zur Erhöhung der Genauigkeit befinden sich Brainwavesensoren an der Brille. Dadurch können Situationen, in denen sich der Patient nicht konzentrieren kann (“sog. Aussetzer”) schnell erfasst und darauf reagiert werden. Die gesehenen Punkte werden durch die Eyetrackingkamera, die sich im Brillenglas befindet, erkannt.

Dadurch kann die Messung verbessert werden. Der Proband kann sich vollständig auf das Messverfahren konzentrieren. Es besteht auch nicht die Gefahr des “Dauer-/ Fehldrückens”, da die Kamera alle Augenbewegungen genau auslesen kann.

Messgerät zur Erfassung von Augenkrankheiten

Student: Tamara Worst
Studienfach: Interaction Design
Studiengang: Mediendesign                                                                                        Betreuer: Prof. Zöllner, Hochschule Hof, Sommersemmester 2013
Kooperationsprojekt mit Carl Zeiss Meditec

Aufgabenstellung: Erstellung eines Messgeräts zur Erfassung von Augenkrankheiten.

Dokumentation:
1. Skizzenphase
2. Konzeptions- und Umsetzungsphase                                                                                3. Projektergebnis                                                                                                   3.1. Zukunftsorientiertes Messgerät                                                                                    3.2. Prototyp

1. Skizzenphase

Es folgten Informationssammlungen  und Überlegungen zur Umsetzung/Technik, Steuerung, Format, Bedienung, Inhalt, Informationsdarstellung, Anregungen/Vergleichbaren Produkten, Informationsweitergabe,….

Messgerät (von Glaukom)Messgerät (von Glaukom)

Idee:
Messgerät
 
Messbrille zur Durchführung des allgemeinen Sehtests, Farbblindheitstest und Perimetrietest.( Das mittlere und das rechte Bild zeigen das Messgerät von außen. Das linke Bild ist ein Querschnitt.) Datenaustausch findet per WLAN statt.
 

Messungen:

1. Perimetriemessung

Die gesehenen Punkte werden durch eine Eyetrackingkamera erfasst. Dadurch kann die Genauigkeit erhöht werden und der User kann sich vollständig auf das Verfahren konzentrieren. Es besteht auch nicht die Gefahr des „Dauerdrückens/ Fehldrückens“, da die Kamera alle Bewegungen genau auslesen kann.

2. Allgemeiner Sehtest

Es werden bei jedem Durchgang 5 Zahlen in einer Schriftgröße angezeigt, diese müssen vom Probanden aufgezählt werden.(Spracheingabe) Anschließend erscheint eine weitere Zahlenreihe einer bestimmten kleineren Schriftgröße. Die Korrekten und falschen Antworten werden genau erfasst und können anschließend auf einem Diagramm abgelesen werden. Der Proband kann durch die Sprachsteuerung das Messverfahren genau nach seinen Belangen steuern.

Hierbei kann man den genauen Grad der Sehschwäche erfassen, indem der Arzt im Nachhinein bei nicht erkannten Zahlen einer Schriftgröße, andere Zahlenreihen ähnlicher Schriftgröße anzeigen lassen kann. Somit kann er den genauen Grad der Sehschwäche feststellen.

3. Farbblindheitstest

Das Verfahren ähnelt dem des allgemeinen Sehtests.

2. Konzeptions- und Umsetzungsphase

Erstellung von Untersuchungen zur Software/Hardware, Steuerung und den unterschiedlichen Messverfahren.

2.1. Untersuchungen und Überlegungen zur Sprachsteuerung:

2.1.1. Der Arzt stellt das Messgerät durch Sprachanweisungen ein, sodass er vollständige Handfreiheit besitzt. Anschließend kann der Patient den Messvorgang nach seinen Belangen steuern. Zur Stimmenunterscheidung werden zwei kleine gerichtete Mikrofone am Messgerät befestigt, die die Richtungen der Personen auslesen.(Patient aus Richtung des Untersuchungsstuhls, Arzt aus der anderen Richtung)

2.1.2. Andererseits stellte ich Überlegungen zur Speaker Recognition (http://en.wikipedia.org/wiki/Speaker_recognition) auf. Hier wird erkannt “wer” spricht. Dadurch können bestimmte Steuerungsmöglichkeiten für den Arzt freigesschalten werden. Im Anschluss wird Speech Recognition angewendet, um zu erkennen “was” gesprochen wird. Hierbei müssten die Anforderung auf die Frequenz der Stimme abzielen, was eine Art Mustererkennung wäre.

Fazit: Folglich stellt der Arzt den Test über eine Messsoftware ein. Der Patient kann daraufhin das Messverfahren über Sprachanweisungen steuern.

 

2.2. Perimetrietest

2.2.1.Test zur Darstellung von Punkten

1. Während des Tests werden unterschiedlich große weiße Punkte angezeigt.

Reaktion:

“Man wird von den Punkten erschreckt, da sich die Größe der angezeigten Punkte sehr schnell ändert”.

Die “Meditation”, die durch das Brainwave ausgelesen werden, schwankt stark im höheren Bereich ( 47-100) Es treten sog. tiefe Entspannungsphasen auf (Meditation: 100)

 2. Während des Tests werden gleich große weiße Punkte angezeigt.

Reaktion:

Da der Kontrast zwischen den Punkten und dem Hintergrund zu stark ist, konnte sich die Testperson nach einer bestimmten Zeit  nicht mehr genau auf die Punkte konzentrieren. Daher schlug sie vor, das man grüne Punkte verwenden könne. Der Meditationwert liegt  bei 40-80.

 3Während des Tests werden gleich große grüne Punkte angezeigt

Reaktion:

Die grünen Punkte wirken entspannter, vor allem in Kombination mit der Entspannungsmusik. Die Testperson konnte sich besser auf die Punkte konzentrieren. Der Meditationswert liegt bei 50-91. Der Attentionwert( 70++) liegt auffällig hoch.

 2.2.2. Wirkung von Musik bei der Perimetriemessung

Messtechnik (Glaukom)

Einerseits gibt es Forschungen, die besagen, dass man bei klassische Musik  sich besser konzentrieren kann, jedoch kann dies von Person zu Person auch unterschiedlich sein.     ( Mozart Effekt )

Desweiteren wurde festgestellt ,dass Musik, die man mag, die Konzentration unter bestimmten Bedingungen fördern kann.

Folglich sollte eine ruhige, langsame, instrumentale Musik/ Klangkulisse, die vielen Menschen angenehmer ist als eine absolute Stille und zudem auch störende Geräusche maskieren kann, verwendet werden.

Ich hatte auch an eine dauerhaft begleitende Stimme (Idee von Meditaionsstimme) gedacht, jedoch könnte dies eher ablenken.

Abschließend führte ich Tests zur Perimetriemessung mit Entspannungsmusik und ohne Musik mit unterschiedlichen Testpersonen durch.

Test zur Perimetriemessung ohne Musik:

Allgemeine Situation:

Die Testperson XY führt den Perimetriesketch in einem dunklen Raum durch. Am Kopf befindet sich das Brainwave Headset, das die Gehirnströme ausliest.

Punktanzeige:

1. Während des Tests werden unterschiedlich große weiße Punkte angezeigt.

Reaktion:

“Man wird manchmal von den Punkten „erschreckt“, da man so konzentriert ist  und sich auf einmal die Größe so schnell/ stark ändert.”

Der Meditationswert schwankt überwiegend zwischen ( 37-77) (51 -61)(51-87)(43-75). Es treten keine tiefen Entspannungsphasen auf (Meditation: 100)

2. Während des Tests werden gleich große weiße Punkte angezeigt.

Reaktion:

Die gleich großen weißen Punkte wirken auf Dauer langweilig und einschläfernd. Der Meditationswert schwankt überwiegend zwischen (51 -61)( 43-75)(51-77)(37-87). Es treten keine Tiefe Entspannungsphasen auf (Meditation: 100)

Test zur Perimetriemessung mit Musik:

Allgemeine Situation:

Die Testperson XY  führt den Perimetriesketch in einem dunklen Raum durch. Am Kopf befindet sich das Brainwave Headset, dass die Gehirnströme ausliest und ein Kopfhörer, mit dem der Proband Entspannungsmusik wahrnimmt. Die Lautstärke kann vom Probanden selbstständig reguliert werden.

Reaktion:

Die Entspannungsmusik wirkt sehr positiv, da somit die Zeit „verkürzt“ wird bzw. kürzer wahrgenommen wird. Desweiteren kann man sich besser auf die Punkte konzentrieren und gleichzeitig entspannen.

Vorschlag: Angebot von unterschiedlichen Musikarten, somit kann eine breitere Kundengruppe angesprochen werden, da nicht jedem Entspanungs-/Relaxingmusik gefällt.

Weiterer Test zur Perimetriemessung (Extremsituation):

Schlafender Mensch:

Abschließend hab ich noch einen Test mit einer schlafenden Person durchgeführt, um Schlafphasen der Probanden genau zu erfassen und darauf reagieren zu können.

Ich wollte feststellen, inwieweit sich Meditation- und Attentionwert verändern.

Ergebnis:

Attention liegt maximal bei 50.( Überwiegend bei 30–)

Mediation  schwankt 30-70(Überwiegend bei -30+)

Zwickern = 0

Fazit:

Ich hatte mir erhofft, dass das Ergebnis des Schlafenden sehr heraus fällt, was leider nicht der Fall war. Lediglich kann man festhalten, dass im Schlaf nicht/ wenig gezwinkert wird.

(starkes Augenzucken wird auch als zwinkern erfasst)

Desweiterem ist auffällig, das (Entspannungs-)Musik eine positive Wirkung auf das Wohlbefinden des Probanden hat.

 Im Prototypen bin ich auf die Wünsche/ Hinweise der Testpersonen eingegangen. (Farbiger Punkt& verschiedene Musikrichtungen )

Da jede Musik unterschiedliche Auswirkungen zeigte, erstellte ich ein Auswertungsdiagramm für den Prototypen, bei dem die Gehirnwellen und die  Soundline verglichen werden. Dadurch kann der genaue Bezug von Musik erfasst werden.

 

2.3. Hardwaretests 

Tests zur Erhöhung der Genauigkeit

Zur Erhöhung der Genauigkeit des Testverfahrens wird das Wohlbefinden des Probanden genau ermittelt. Dadurch kann die Messung kundenspezifischer werden.

Hierfür habe ich unterschiedliche Tests mit dem Arduino Pulssensor und dem Mindwave Headset durchgeführt.

Arduino Pulssensor:

IMG_8631

Der Puls des Probanden wird durch den Arduino Pulssensor (Arduino Board + Finger LED) ausgelesen. Somit kann das Wohlbefinden genaustens erfasst werden.

Mindwave Headset:

brainwavestartermindwave

Das mobile EEG Headset erfasst die elektrische Gehirnaktivität im Bereich des linken Präfrontalkortex (Sitz der Aufmerksamkeit). Die Verbindung an den PC oder MAC erfolgt drahtlos über Bluetooth.

Dadurch kann die Messung an das Probandenempfinden genau angepasst werden.( z.B.: Der Test wird in einer Stresssituation angehalten)

Fazit:

Folglich habe ich mich, aufgrund der positiven Testergebnisse für das Headset entschieden.

Tests zum Eyetracking

brille_01 eyewriter_02-kl

Zum Auslesen der Pupillenbewegungen habe ich den Eyewriter nachgebaut. Die gesehenen Punkte werden durch die Kamera, die sich „hinter“ dem Bildschirm befindet erfasst. Dadurch kann die Genauigkeit erhöht werden und der User kann sich vollständig auf das Verfahren konzentrieren. Es besteht auch nicht die Gefahr des „Dauerdrückens/ Fehldrückens“, da die Kamera alle Bewegungen genau auslesen kann.

Eyetrackingkopfstütze

Zusätzlich erstellte ich eine Kopfstütze, sodass sie Pupillenbewegungen genau erfasst werden können.

 

2.4. Softwaretests

2.4.1. Perimetriemessung mit Processing:Screenshot-Perimetrietest

Erfassungsradius:  

Der Umkreis um einen Punkt, indem sich das Auge( Eyetrackingpunkt) befinden muss, sodass er im Diagramm als erkannt notiert werden kann.

Der Erfassungsradius von Punkten ist abhängig von der Genauigkeit der Kalibrierung.

Testdurchführung zur Ermittlung des Perimetriepunktumkreises:

Durchlauf 1:

Mausposition:

x = 120 ; y = 133

Eyetracking – Punkt – Position:

x = 147 – 182 ; y = 187 – 233

Distanz zwischen Perimetriepunkt und Eyetrackingpunkt:

max_x: 60 ; min_y: 100

Durchlauf 2:

Mausposition:

x = 1089 ; y = 455

Eyetracking – Punkt – Position:

x = 1076 – 1181 ; y = 340 – 396

Distanz zwischen Perimetriepunkt und Eyetrackingpunkt:

max_x: 120 ; min_y: 100

 

Durchlauf 3:

Mausposition:

x = 2351 ; y = 564

Eyetracking – Punkt – Position:

x = 1999 ; y = 430 – 480

Distanz zwischen Perimetriepunkt und Eyetrackingpunkt:

max_x: 350 ; min_y: 130

Zusammenfassung:

Radius um PP: ca.  300

2.4.2. Allgemeiner Sehtest mit Processing:

Sketchskizze:

Allgemeiner Sehtestsketch

Farbblinheitstest- Sketch- Screenshot-02

2.4.3. Farbenblindheitstest mit Processing:

Sketchskizze:

Farbblindheitssketch

Screenshot-Allgemeiner Sehtest

3. Projektergebnis                                                                                                   3.1. Zukunftsorientiertes Messgerät      

Messgerät

Mobiles Messgerät zur Erfassung von Augenkrankheiten mit Knochenleitungslautsprechern, Eyetrackingkamera & Webcam und Brainwavesensoren in Kooperation mit Zeiss Meditec. Der Arzt arbeitet ausschließlich mit einem Messgerät, dass der Patienten während des Messvorgangs individuell durch Sprachsteuerung regulieren kann. Dieses Gerät ist international nutzbar, da es auf alle Sprachen übertragbar ist.

Um das Wohlbefinden des Probanden zu steigern, wird der Patient durch langsames Abdunkeln des Realbildes an das Messverfahren herangeführt. Zusätzlich wird dieser Vorgang von akustischen Anweisungen begleitet, die er über die Knochenleitungslautsrecher aufnimmt. Diese befinden sich im Brillenbügel. Per Spracheingabe, die über kleine Lautsprecher an der Brillenunterseite aufgenommen wird, kann der Patient das Messverfahren nach seinen Belangen steuern.

Zur Erhöhung der Genauigkeit befinden sich Brainwavesensoren an der Brille. Dadurch können Situationen, in denen der Patient sich nicht konzentrieren kann( sog. „Aussetzer“) schnell erfasst und darauf reagiert werden. Hierbei hält das Messverfahren an.

Messungen:

Perimetrietest:
Die gesehenen Punkte werden durch die Eyetrackingkamera, die sich im Brillenglas befindet, erfasst. Dadurch kann die Genauigkeit erhöht werden und der User kann sich vollständig auf das Messverfahren konzentrieren. Es besteht auch nicht die Gefahr des „Dauerdrückens/ Fehldrückens“, da die Kamera alle Bewegungen genau auslesen kann.

Allgemeiner Sehtest:
Es werden bei jedem Durchgang 5 Zahlen einer Schriftgröße angezeigt, diese müssen vom Probanden aufgezählt werden.(Spracheingabe) Anschließend erscheint eine weitere Zahlenreihe einer bestimmten kleineren Schriftgröße. Die korrekten und falschen Antworten werden genau erfasst und können anschließend auf einem Diagramm abgelesen werden. Der Proband kann durch die Sprachsteuerung das Messverfahren genau nach seinen Belangen steuern.

Hierbei kann man den genauen Grad der Sehschwäche erfassen, indem der Arzt im nachhinein bei nicht erkannten Zahlen einer Schriftgröße, andere Zahlenreihen ähnlicher Schriftgröße anzeigen lassen kann. Somit kann er den genauen Grad der Sehschwäche feststellen.

Farbblindheitstest:
Bei jedem Durchgang wird eine Zahl einer Farbreihe angezeigt, die vom Probanden wiedergegeben werden muss.(Spracheingabe) Auf eine korrekte Antwort folgt eine weitere Zahl einer anderen  Farbreihe. Die Korrekten und falschen Antworten werden genau erfasst und können anschließend auf einem Diagramm abgelesen werden. Der Proband kann durch die Sprachsteuerung das Messverfahren genau nach seinen Belangen steuern. Dadurch kann der Arzt den genauen Grad der Sehschwäche feststellen.

Messablauf:

Bevor der Patient ins Besprechungszimmer geladen wird, verschafft sich der Arzt einen Überblick von ihrem Krankheitsbild, dass in der Krankenkartei der Praxis dokumetiert ist. Da die Patientin seit kuzem über Sehbeschwärden klagt, möchte der Arzt zur Kontrolle einen allgemeinen Sehtest durchführen.

Hierzu muss er zum Beginn der Untersuchung den passenden Test am Computer einstellen, der dann mit dem Messgerät im Anschluss durchgeführt werden kann.

Auf der Messsoftware kann er zwischen unterschiedlichen Augentests wählen.(Allgemeiner Sehtest, Farbenblindheitstest, Perimetrie)

Nachdem die Patientin in das Sprechzimmer geladen wurde, erklärt der Arzt kurz den Vorgang der Untersuchung. Er beginnt mit der Durchführung der Messung, indem er ihr das Messgerät aufsetzt.

Anfangs sieht der Patient die Ist-Situation am Bildschirm. Durch langsames Abdunkeln des Bildschirms und akustische Anweisungen wird der Patient an das Messverfahren herangeführ. Die Messung kann beginnen. Der Proband kann durch die Sprachsteuerung das Messverfahren genau nach seinen Belangen steuern.(Befehl: Start, Stop, weiter )

Der allgemeine Sehtest besteht aus 5. Durchgängen, bei dem in jedem Durchgang 5 Zahlen einer Schriftgröße angezeigt werden, die vom Probanden per Spracheingabe aufgezählt werden müssen. Nach Bestätigung eines Vorgangs erscheint eine neue Zahlenreihe einer kleineren Schriftgröße.
Die Grad der Sehschwäche kann genau erfasst werden.
Nach Beendigung des Tests wird das reale Bild/ Ist-Situation langsam eingeblendet und der Arzt kann den Patienten detaliert über dessen Krankheit/Sehschwäche informieren.

Zusammenfassung:

Plakat_Designblick _interaction DesignPlakat_Designblick _interaction Design2

Plakat_Designblick _interaction Design3

 

3.2. Prototyp

Messsoftware:

Zeiss Website_hauptseite

Allgemeiner Sehtest und Farbblindheitstest

IMG_9057präsentationsfilm.Standbild002

präsentationsfilm.Standbild005

Der Patient muss das Brainwave Headset und den Cinemizer aufsetzten. Zur Aufnahme der Sprache wird ein stehendes Mikrofon verwendet. Der Arzt wählt zu Beginn den Test per Tastendruck aus.
Das Umschalten zwischen dem Test und dem Diagramm ist per Tastendruck möglich.( A = Allgemeiner Sehtest; F = Farbenblindheitstest; D = Diagramm ;S = Save, B= Sprachaufnahme)
Während der Patient auf die Taste „B“ drückt wird die Spracheingabe aufgenommen. Der User muss die Zahlen von Links nach Rechts aufzählen. Bei korrekter Wiedergabe wird eine neue Zahlenreihe einer kleineren Schriftgröße generiert.

Auf dem Auswertungsbogen kann man genau ablesen, welche Zahlen einer Schriftgröße vom Patienten erkannt wurden.

Auswertungsdiagramm zum Allgemeinem Sehtest und Farbblindheitstest:

allgemeine sehtest_farbtest_zeiss-zahlen

Zusammenfassung:

Zusatz Interaction Design2

Perimetrietest

IMG_9384

präsentationsfilm.Standbild003

Zur Durchführung des Tests muss der Patient den Kopfhörer und das Brainwave aufsetzten und seinen Kopf auf die Eyetracking Stütze legen,sodass seine Augenbewegungen erfasst werden können. Zur Steigerung des Wohlbefindens wird  während des Messverfahren Musik abgespielt.

Der Arzt wählt zu Beginn den Test per Tastendruck aus.
Das Umschalten zwischen dem Test und der Auswertung ist per Tastendruck möglich.
( P = Perimetrietest; D = Diagramm; S = Save)
Der User muss den Punkten folgen, sodass sie im Diagramm als erfasst notiert werden können.

Im Liniendiagramm wird die Konzentrations-,Reaktions- und Soundkurve aufgezeichnet. Zusätzlich werden die gesehenene, mit den angezeigten Punkten verglichen.

Auswertungsdiagramm zum Perimetrietest:

präsentationsfilm.Standbild001

Zusammenfassung:

Zusatz Interaction Design

Ausstellung:

ausstellung

Ausstellungsplakate:

Plakat_Designblick _interaction Design Plakat_Designblick _interaction Design2 Plakat_Designblick _interaction Design3

Zusatz Interaction Design2 Zusatz Interaction Design

Ausstellungsfilm:

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Processing Sketches:

Allgemeiner Sehtest ( Mac Monitor Version):

Zip: Sehtests_kombination_diagramm_Mac_version_fertig 

Dropboxlink: https://www.dropbox.com/s/m5g0wwnw3fg85o1/Sehtests_kombination_diagramm_Mac_version_fertig.zip

Allgemeiner Sehtest ( Windows Laptop Version):

Zip: Sehtests_kombination_diagramm

Dropboxlink: https://www.dropbox.com/s/zzp8lvj7lcfdtvs/Sehtests_kombination_diagramm.zip

Perimetrietest:

Dropboxlink:https://www.dropbox.com/s/iohnlvk1ie9wiep/Graph__Perimetrietest_Alles.zip

 

weitere Bilder:

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