Research

Stellar i-ris

Unsere Technologie

Was ist Pupillometrie?

Unter dem Begriff der Pupillometrie versteht man die Messung der Veränderung der Pupillengröße (Durchmesser oder Fläche). Von besonderem Interesse ist der Befund, dass die menschliche Pupille in ihrer Kontraktion bei Lichteinfall unter anderem bedeutsame Veränderungen bei der kognitiven und emotionalen Verarbeitung spiegelt.

(Beyer, R. (2006). Pupillometrie. In J. Funke & P. Frensch (Hrsg.), Handbuch der Allgemeinen Psychologie: Kognition (S. 712–716). Göttingen: Hogrefe.)

Die Idee

Inspiriert von seiner Arbeit am Institut für technische Elektronik, Farbbildverarbeitung, in Aachen hatte Johannes Junggeburth bereits 1995 die Idee, dass der Pupillenlichtreflex ein Indikator für diverse Einflüsse, die den menschlichen Organismus beeinträchtigen, sein kann. Die Einschätzung der sichtbaren Veränderung der Pupillengröße (Helladaption) dient bereits standardmäßig als Notfall-Diagnose.

Was ist der Pupillenlichtreflex?

Das menschliche Auge passt sich durch Eng- und Weitstellung der Pupille den Licht-verhältnissen in der Umgebung an. Ist es hell, zieht sich die Pupille zusammen, bei Dunkelheit weitet sie sich. Diese Reaktion auf Licht kann nicht willkürlich beeinflusst werden und wird deshalb als Pupillenlichtreflex (PLR) bezeichnet. Der PLR bildet die aktuelle Funktionalität des autonomen Nervensystems ab. Durch die einfache Anwendung der Messtechnik wird es möglich im Selbsttest oder durch Fachpersonal individuelle Veränderungen in der Funktionalität des autonomen Nervensystems frühzeitig zu erkennen.

Die Firma Stellar hat ein Gerät entwickelt, mit dem der Pupillenlichtreflex ausgelöst und gemessen werden kann. Dieses Gerät heißt Stellar i-ris LAB.

Wie funktioniert das Stellar i-ris LAB?

Bei einer Messung wird das Auge kurz – für wenige Millisekunden – mit unterschiedlichen Wellenlängen, d. h. mit Licht in verschiedenen Farbtönen, beleuchtet.

Dabei wird gemessen, wie schnell die Pupille reagiert (Latenzzeit), wie stark sie sich zusammenzieht (Pupillendurchmesser) und wie lange es dauert, bis sie sich wieder öffnet (Relaxationszeit).

Bei einer Latenzzeit von 150-200 Millisekunden ist eine Auswertung der exakten Impulsantwort des Auges nur möglich, wenn der Messfehler kleiner zwei Prozent beträgt. Bei dieser Größenordnung ist eine Videoaufnahme der Impulsantwort des Auges mit mindestens 1.000 Bildern pro Sekunde erforderlich. Ein Algorithmus wertet die Bilddaten anschließend aus und wandelt diese innerhalb weniger Sekunden in eine Funktion um. Diese kann dann grafisch abgebildet und interpretiert werden.

Der Messablauf von Stellar i-ris LAB

Abb. 1: Schematischer Aufbau, Beschreibung Messablauf (1) Brille (2) LED-Setting (3) Kamera, hochauflösend (4) Controller, Hauptplatine (5) Rechner, Steuerung

Abb. 2: Schematischer Aufbau, Fokus optische Einheit: (1) Rechner, Steuerung (2) Controller, Hauptplatine (3) LED-Setting (4) Infrarot-Beleuchtung (5) Kamera, hochauflösend

Wo kann das Stellar i-ris Verfahren zum Einsatz kommen?

Wir wissen, dass eine Reihe von Faktoren das Verkleinern und Vergrößern der Pupille beeinflussen kann. Hierzu gehören zum Beispiel Ermüdung, Alkohol oder Drogen. Aber auch eine gestörte Signalübertragung auf den Nervenbahnen – wie es bei neurodegenerativen Erkrankungen der Fall ist – kann eine veränderte Reflexantwort der Pupille zu Folge haben. Alle diese Faktoren haben Einfluss auf die Konzentrations- und Reaktionsfähigkeit des menschlichen Körpers. Als Folge können sich Beeinträchtigungen bei der Teilnahme am Flug-, Bahn- und Autoverkehr oder am Arbeitsplatz ergeben.

Bisher gibt es nur unzureichende Messverfahren zur schnellen Erkennung einer akuten Arbeitsunfähigkeit. Deshalb hat sich die Firma Stellar mit Unterstützung der RWTH Aachen, gefördert durch die EU und durch das Wirtschaftsministerium, zur Aufgabe gemacht, ein dafür geeignetes Messverfahren zu entwickeln. Dieses Verfahren kann künftig potentiell in Anwendungsfeldern wie zum Beispiel der Verkehrssicherheit (insbesondere bei der Polizei), der Arbeitssicherheit oder auch in der Medizin zur (Früh-)Erkennung von neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt werden.

Worin liegt die Innovation des Stellar i-ris Messverfahrens?

Die Basis des neuen nicht-invasiven Verfahrens ist die exakte, reproduzierbare Messung des Pupillenlichtreflexes. Mit 1.000 Bilder pro Sekunde und hochauflösend wird die Reflexantwort des Auges durch das innovativen i-ris-Messverfahrens grafisch darstellbar und interpretierbar.

Anhand von 43 Parametern ist es erstmals möglich die „neuronale Fitness“ des autonomen Nervensystems zu erfassen und Biomarker für „Müdigkeit“, „Alkoholeinfluss“ und „Drogenkonsum“ mit prognostischer und/oder diagnostischer Aussagekraft zu definieren. Für die Bestimmung eines Biomarkers für neurodegenerative Erkrankungen und für Erkrankungen des Sehnervs und des Auges sind weitere klinische Studien in Planung.

Die nachstehende Abbildung zeigt einen klassischen Verlauf der Funktion bei einem gesunden Menschen zwischen 30 und 60 Jahren.

Abb. 3: Funktion eines Probanden aus der klinischen Studie (1) erster Lichtreiz, rot, (2) zweiter Lichtreiz, rot, (3) erster Lichtreiz, blau, (4) zweiter Lichtreiz, blau