Energie- und speichereffiziente Berechnung des Akkommodationsbedarfs im Künstlichen Akkommodationssystem

Zusammenfassung

Presbyopie und Katarakt spielen in einer alternden Gesellschaft eine zunehmende Rolle. Beide altersbedingten Erkrankungen sind mit dem Verlust der Akkommodationsfähigkeit verbunden. Ein neuer Ansatz zur Wiederherstellung der Akkommodation ist das Künstliche Akkommodationssystem, das als intelligentes Mikrosystem anstelle einer starren Intraokularlinse im Kapselsack implantiert wird. Das Künstliche Akkommodationssystem soll je nach Akkommodationsbedarf vollständig autark die Brechkraft eines integrierten optischen Elements anpassen. Eine Möglichkeit, den Akkommodationsbedarf berührungsfrei zu ermitteln, stellt die Auswertung der Augenbewegung dar. In dieser Arbeit wird ein effizienter Algorithmus auf Basis des CORDIC-Verfahrens zur Berechnung des Akkommodationsbedarfs aus Magnetfeldsensordaten vorgestellt. Es wird gezeigt, dass sich durch spezialisierte Algorithmen die Rechenzeit erheblich verkürzen lässt, ohne vorgegebene Genauigkeitsforderungen zu verletzen. Zusätzlich wird eine Kommunikationsstrategie für den drahtlosen Austausch von Sensordaten zwischen den in beiden Augen implantierten Systemen vorgestellt, durch deren Einsatz die notwendige Anzahl an Rechenoperationen zur Akkommodationsbedarfsbestimmung um 50 % reduziert werden kann. Die präsentierten Maßnahmen führen in autonomen Mikrosystemen und speziell im Künstlichen Akkommodationssystem zu erheblichen Energieeinsparungen und einer Verlängerung der autonomen Betriebszeit.

Abstract

Presbyopia and cataract are gaining more and more importance in the ageing society. Both age-related complaints are accompanied with a loss of the eye’s ability to accommodate. A new approach to restore accommodation is the Artificial Accommodation System, an autonomous micro system, which will be implanted into the capsular bag instead of a rigid intraocular lens. The Artificial Accommodation System will, depending on the actual demand for accommodation, autonomously adapt the refractive power of its integrated optical element. One possibility to measure the demand for accommodation non-intrusively is to analyse eye movements. We present an efficient algorithm, based on the CORDIC technique, to calculate the demand for accommodation from magnetic field sensor data. It can be shown that specialised algorithms significantly shorten calculation time without violating precision requirements. Additionally, a communication strategy for the wireless exchange of sensor data between the implants of the left and right eye is introduced. The strategy allows for a one-sided calculation of the demand for accommodation, resulting in an overall reduction of calculation time by 50 %. The presented methods enable autonomous microsystems, such as the Artificial Accommodation System, to save significant amounts of energy, leading to extended autonomous run-times.

Schlüsselwörter

Katarakt - Akkommodation - intelligentes Implantat - Künstliches Akkommodationssystem - Algorithmus - drahtlose Kommunikation

Key words

Cataract - accommodation - intelligent implant - Artificial Accommodation System - algorithm - wireless communication

Literatur

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