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Polarization Modulation Using Wave Plates to Enhance Foveal Fixation Detection in Retinal Birefringence Scanning for Pediatric Vision Screening Purposes

Irsch, Kristina

German Title: Polarisations-Modulation mittels Verzoegerungsplatten zur Verbesserung der fovealen Fixationserkennung mit Hilfe der \"Retinal Birefringence Scanning\"-Methode zu Seh-Screening Zwecken von Kleinkindern

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Abstract

To enhance foveal fixation detection while bypassing the deleterious effects of corneal birefringence in binocular retinal birefringence scanning (RBS) for pediatric vision screening purposes, a new RBS design was developed incorporating a double-pass spinning half wave plate (HWP) combined with a fixed double-pass retarder into the optical system. The spinning HWP enables essential differential polarization detection with only one detector, easing constraints on optical alignment and electronic balancing, and together with a fixed wave plate, this differential RBS signal can be detected essentially independent of various corneal retardances and azimuths. Utilizing the measured corneal birefringence from a dataset of 300 human eyes, an algorithm was developed in MATLAB for optimizing the properties of both wave plates to statistically maximize the RBS signal, while having the greatest independence from left and right eye corneal birefringence. Foveal fixation detection was optimized with the HWP spun 9/16 as fast as the circular scan, with the fixed retarder having a retardance of 45 degrees and fast axis at 90 degrees. Combined with bull's-eye focus detection, this computeroptimized RBS design promises to provide an effective screening instrument for automatic identification of infants at risk for amblyopia, the leading cause of vision loss in childhood.

Translation of abstract (German)

Um die beidäugige foveale Fixationserkennung mit Hilfe der binokularen "Retinal Birefringence Scanning" (RBS)-Methode zu Seh-Screening Zwecken von Kleinkindern zu verbessern, wurde ein neues Verfahren entwickelt, welches auf der Verwendung eines rotierenden Lambda-Halbe-Plättchens und eines festen Wellenplättchens beruht. Das rotierende Lambda-Halbe-Plättchen ermöglicht differenzielle polarisationsempfindliche Detektion des Fixationssignals mit nur einem Detektor und überwindet damit Grenzen des vorherigen optisch-elektronischen Aufbaus mit zwei Photodetektoren. Mit Hilfe der festen Verzögerungsplatte kann dieses durch die doppelbrechende Eigenschaft der Henle-Faserschicht verursachte Fixationssignal quasi unabhängig von der störenden kornealen Doppelbrechung, welche von einem Auge zum anderen variiert, erfasst werden. Unter Zuhilfenahme gemessener Doppelbrechungswerte der Hornhaut von 300 repräsentativen menschlichen Augen wurde unter MATLAB ein Algorithmus und eine damit verbundene Computersoftware zur Optimierung der Eigenschaften beider Wellenplättchen entwickelt. Das Optimierungsverfahren bestand in der Maximierung des Fixationssignals bei gleichzeitiger Minimierung der inter- und intraindividuellen Variabilität aufgrund verschiedener Hornhautwerte. Rotiert man das Lambda-Halbe-Plättchen mit 9/16 der Scan-Frequenz und verwendet man ein Wellenplättchen mit einer Verzögerung von 45° und einer Orientierung von 90°, so wird das Fixationssignal optimiert. Kombiniert mit der "Bull's-Eye"-Methode zur Erkennung von Defokus eignet sich dieses computeroptimierte RBS-basierte Verfahren als gerätegestützte objektive Methode zur automatischen Erkennung eines Amblyopierisikos bei Kleinkindern, die Hauptursache des Sehverlustes im Kindesalter.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bille, Prof. Dr. Josef
Date of thesis defense: 17. December 2008
Date Deposited: 07. Jan 2009 10:44
Date: 2008
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Polarisiertes Licht, Doppelbrechung, Netzhaut, Schielen, Amblyopie
Uncontrolled Keywords: Retinal birefringence , polarization optics , eye fixation , strabismus , amblyopia
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