JP2004008360A - Instrument and method for measuring visual field rocking amount, visual rocking amount measuring program , and recording medium with the program recorded thereon - Google Patents

Instrument and method for measuring visual field rocking amount, visual rocking amount measuring program , and recording medium with the program recorded thereon Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a visual field rocking amount measuring instrument and method for measuring the subjective and nonsubjective rocking of a visual field in a patient having visual function abnormality or in a healthy person objectively and quantatively. <P>SOLUTION: By using a pattern figure performing 1/f fluctuating displacement on the visual field as a model of imitating of the rocking behavior of the visual field, a velocity time-series generation part 1 composes the velocity time series of the fluctuating displacement with a translation movement time series. A visual sense display part 2 realizes visual movement stimulation based on the composed movement time series, and shows it to an observer to make the observer discriminate the direction of translation. A movement detection area measuring part 3 obtains a translation velocity which is required for making its right answer ratio exceed a fixed standard as a movement detection threshold. A rocking amount detection part 4 describes the movement detection threshold as the function of the amplitude of rocking displacement to estimate an amount equivalent to a rocking amount occurring inside the visual system of the observer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、動揺つき視覚刺激に対する運動検出課題を行った観察者の正答率から、視覚系内部で発生している動揺量を定量的に測定する方法と装置に関する技術である。
【0002】
【従来の技術】
視野の動揺を訴える患者について、その病態の大きさを評価する従来の方法として、注視対象の見かけ上の揺れの軌跡を、観察者には見えない位置に置いたペンで書いてもらうという「ポインティング法」がある(本田、1994、眼球運動と空間定位、東京:風間書房)。また、視野動揺の見かけ上の振幅と静止線分刺激との長さマッチングを実施したり、視野動揺の周波数を測定するために見かけ上の揺れの基本周波数成分をメトロノームにより視覚−聴覚マッチングしたりする試みがある(仲泊・伊藤・久田ら、1999、動揺視の3病態、神奈川リハビリテーション病院紀要、26、9−16)。健常者については視野動揺とその知覚課題への影響を評価する方法は皆無である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のポインティング法は臨床現場で施行するには容易であるが、客観性に欠け、視野動揺の指標を一次元の尺度で記述することができないだけでなく、マッチング過程そのものにおいて測定上の無視できない誤差が発生する。静止線分刺激との長さマッチングやメトロノームとの周波数マッチングは、一次元尺度の記述概念であるものの、視野動揺の大きさと定量比較できる尺度として適切な次元とは必ずしもいえず、またマッチング過程そのものにおいて測定上の無視できない誤差が発生する。したがって従来法での測定結果は、観察者の主観に依存し、尺度の意味が不明瞭で、精度が低いという問題点がある。
【0004】
また、これら従来法の全ては、現に訴えのある視野動揺の大きさを推定するための技術であり、患者の自覚できない視野動揺が何らかの視覚情報処理に悪影響をおよぼしているような病態の場合には用いることができない。この極端な場合が健常者であって、通常我々はわずかに発生している自己の視野動揺を自覚することはないので、これらの従来法ではそれを測定することができないという問題点がある。
【0005】
さらに従来法は、視野動揺の量、すなわち現象をデータ化しようという発想であって、測定データからその病態の責任病巣を推定する手がかりが得られないという問題点がある。
【0006】
この発明は、以上の従来法の問題点を解決するためのものであり、客観的で、尺度の意味が明瞭で、視機能異常の患者および健常者における自覚的・非自覚的な視野の動揺の大きさを客観的かつ定量的に、高い精度で測定でき、測定データからその病態の責任病巣を推定する手がかりが得られる視野動揺量の測定装置と測定方法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、生体内で発生する自覚的・非自覚的な視野の動揺の大きさを外界の物理量として客観的かつ定量的に測定する装置であって、生体内で発生する視野の動揺を内生雑音として捉え、該内生雑音と等価な量の外生雑音としての視覚運動刺激における速度時系列を生成する速度時系列生成部と、該速度時系列を元に視覚運動刺激を実現し観察者に課題として呈示する刺激表示部と、該課題に対する正答率が一定水準を越えるために必要となる運動速度を運動検出閾として測定する運動検出閾測定部と、該運動検出閾から観察者の視覚系内部で発生する動揺量と等価な量を推定し算出する動揺量算出部とを有することを特徴とする視野動揺量測定装置を解決の手段とする。
【0008】
あるいは、上記速度時系列生成部は、視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の水平軸動揺速度発生部と、該視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の垂直軸動揺速度発生部と、該水平軸動揺速度と該垂直軸動揺速度とを合成し速度に関する等方的な白色雑音、すなわち位置に関する等方的な1/f揺らぎ雑音をもつ揺らぎ速度時系列を生成する等方性動揺速度合成部と、1乃至複数の並進運動時系列を発生する並進運動速度発生部と、該揺らぎ速度時系列を該並進運動時系列と合成して任意の動揺振幅と並進運動速度の組み合わせからなる速度時系列を生成する動揺つき視覚運動刺激速度時系列合成部とを有することを特徴とする視野動揺量測定装置を解決の手段とする。
【0009】
あるいは、上記刺激表示部は、中心ランダムドットパターンを生成する中心ランダムドット生成部と、上記速度時系列生成部からの速度時系列に従って該中心ランダムドットパターンをコヒーレントに動かす刺激時空間表現決定部と、該中心ランダムドットパターンに対して空間的アンチエイリアシングを施し視覚運動刺激をディスプレイ上に実現するにあたって画素未満で変位する動画像を滑らかに実現する空間アンチエイリアシング部と、周辺ランダムドットパターンを生成する周辺ランダムドット生成部と、該周辺ランダムドットパターンを呈示する領域の輪郭近傍で輝度コントラストを連続的に変化させることにより輪郭を空間的にぼかす輪郭コントラストぼかし部とを有することを特徴とする視野動揺量測定装置を解決の手段とする。
【0010】
あるいは、上記運動検出閾測定部は、上記刺激表示部から呈示される特定の動揺振幅と特定の並進運動速度を組み合わせた視覚運動刺激に対して並進運動成分の方向を観察者に回答させ、特定の動揺振幅において並進運動速度の関数として正答率を求めて心理測定関数を得、一定の正答率をもたらす並進運動速度をもって運動検出閾と定義し、該運動検出閾をさまざまな動揺振幅において測定し記録するものであることを特徴とする視野動揺量測定装置を解決の手段とする。
【0011】
あるいは、上記動揺量算出部は、上記運動検出閾測定部で測定される運動検出閾を用いて、該運動検出閾が内生雑音分散と外生雑音分散との和の平方根に比例し、内生雑音をもたず最適効率で課題を遂行する理想的観察者の課題成績と実際の観察者の課題成績との比に反比例する、という数理モデルをあてはめることにより、該内生雑音分散を視野の動揺量の推定値として算出するものであることを特徴とする視野動揺量測定装置を解決の手段とする。
【0012】
あるいは、上記刺激表示部は、周辺に静止刺激パターンが同時呈示される場合とそうでない場合を設けるものであり、上記動揺量算出部は、それらの条件それぞれで内生雑音分散を動揺量と推定した後、該それぞれの動揺量により脳内の情報処理段階における絶対運動処理と相対運動処理の段階のいずれにおいて視野動揺が影響をおよぼしているのかを判定するものであることを特徴とする視野動揺量測定装置を解決の手段とする。
【0013】
あるいは、生体内で発生する自覚的・非自覚的な視野の動揺の大きさを外界の物理量として客観的かつ定量的に測定する方法であって、生体内で発生する視野の動揺を内生雑音として捉え、該内生雑音と等価な量の外生雑音としての視覚運動刺激における速度時系列を生成する手順と、該速度時系列を元に視覚運動刺激を実現し観察者に課題として呈示する手順と、該課題に対する正答率が一定水準を越えるために必要となる運動速度を運動検出閾として測定する手順と、該運動検出閾から観察者の視覚系内部で発生する動揺量と等価な量を推定し算出する手順とを有することを特徴とする視野動揺量測定方法を解決の手段とする。
【0014】
あるいは、上記生成する手順では、視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の水平軸動揺速度の発生手順と、該視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の垂直軸動揺速度の発生手順と、該水平軸動揺速度と該垂直軸動揺速度とを合成し速度に関する等方的な白色雑音、すなわち位置に関する等方的な1/f揺らぎ雑音をもつ速度時系列を生成する等方性動揺速度の合成手順と、1乃至複数の並進運動時系列を発生する並進運動速度の発生手順と、該揺らぎ速度時系列を該並進運動時系列と合成して任意の動揺振幅と並進運動速度の組み合わせからなる速度時系列を生成する動揺つき視覚運動刺激速度時系列の合成手順とを有することを特徴とする視野動揺量測定方法を解決の手段とする。
【0015】
あるいは、上記呈示する手順では、中心ランダムドットパターンを生成する中心ランダムドットの生成手順と、上記速度時系列生成部からの速度時系列に従って該中心ランダムドットパターンをコヒーレントに動かす刺激時空間表現の決定手順と、該中心ランダムドットパターンに対して空間的アンチエイリアシングを施し視覚運動刺激をディスプレイ上に実現するにあたって画素未満で変位する動画像を滑らかに実現する空間アンチエイリアシングの実施手順と、周辺ランダムドットパターンを生成する周辺ランダムドットの生成手順と、該周辺ランダムドットパターンを呈示する領域の輪郭近傍で輝度コントラストを連続的に変化させることにより輪郭を空間的にぼかす輪郭コントラストのぼかし手順とを有することを特徴とする視野動揺量測定方法を解決の手段とする。
【0016】
あるいは、上記測定する手順では、上記呈示する手順で呈示される特定の動揺振幅と特定の並進運動速度を組み合わせた視覚運動刺激に対して並進運動成分の方向を観察者に回答させ、特定の動揺振幅において並進運動速度の関数として正答率を求めて心理測定関数を得、一定の正答率をもたらす並進運動速度をもって運動検出閾と定義し、該運動検出閾をさまざまな動揺振幅において測定し記録することを特徴とする視野動揺量測定方法を解決の手段とする。
【0017】
あるいは、上記算出する手順では、上記測定する手順で測定される運動検出閾を用いて、該運動検出閾が内生雑音分散と外生雑音分散との和の平方根に比例し、内生雑音をもたず最適効率で課題を遂行する理想的観察者の課題成績と実際の観察者の課題成績との比に反比例する、という数理モデルをあてはめることにより、該内生雑音分散を視野の動揺量の推定値として算出することを特徴とする視野動揺量測定方法を解決の手段とする。
【0018】
あるいは、上記呈示する手順では、周辺に静止刺激パターンが同時呈示される場合とそうでない場合を設け、上記算出する手順では、それらの条件それぞれで内生雑音分散を動揺量と推定した後、該それぞれの動揺量により脳内の情報処理段階における絶対運動処理と相対運動処理の段階のいずれにおいて視野動揺が影響をおよぼしているのかを判定することを特徴とする視野動揺量測定方法を解決の手段とする。
【0019】
あるいは、上記視野動揺量測定方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとしたことを特徴とする視野動揺量測定プログラムを解決の手段とする。
【0020】
あるいは、上記視野動揺量測定方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとし、該プログラムを、該コンピュータが読み取りできる記録媒体に記録したことを特徴とする視野動揺量測定プログラムを記録した記録媒体を解決の手段とする。
【0021】
この発明では、視野上で1/f揺らぎ変位をする等方性動揺時系列を並進運動時系列と合成した視覚運動刺激を観察者に呈示し、観察者に並進運動の方向を判断させ、その正答率が一定水準を越えるために必要となる並進運動速度を運動検出閾として求め、動揺振幅の関数として運動検出閾を描くことで、観察者の視覚系内部で発生する動揺の量と等価な量を、揺らぎ変位の振幅という一意な尺度で、統計的に規定できる信頼区間の精度で推定する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。この発明は、生体内で発生する視野の動揺を雑音として捉え、該雑音と等価な量の雑音を視覚運動の刺激として生成する外界の物理量として測定する等価雑音解析法を利用して、自覚的・非自覚的な視野の動揺の大きさを、特定の視覚運動課題ごとに課題成績におよぼす影響の度合いとして客観的かつ定量的に測定する測定装置あるいは測定方法である。
【0023】
図1は、この発明の方法を実現するための構成の一実施形態を示すブロック図であり、図4は、この方法の処理の手順の一実施形態を示すフローチャートである。
【0024】
この実施形態では、速度時系列生成部1で、生体内で発生する視野の動揺を内生雑音として捉え、該内生雑音と等価な量の外生雑音としての視覚運動刺激における速度時系列を生成し、刺激表示部2で、該速度時系列を元に視覚運動刺激を実現し観察者に課題として呈示し、運動検出閾測定部3で、該課題に対する正答率が一定水準を越えるために必要となる運動速度を運動検出閾として求め、動揺量算出部4で、該運動検出閾から観察者の視覚系内部で発生する動揺量と等価な量を推定し算出する。
【0025】
すなわち、速度時系列生成部1では、視野動揺の振舞いを模倣するモデルとして、視野上で1/f揺らぎ変位をするパターン図形を用いて、その揺らぎ変位時系列を並進運動時系列と合成し、視覚表示部2では、合成された運動時系列を元に視覚運動刺激を実現して観察者に呈示し、観察者に並進運動の方向を判断させ、運動検出域測定部3では、その正答率が一定水準を越えるために必要となる並進運動速度を運動検出閾として求め、動揺量検出部4では、揺らぎ変位の振幅の関数として運動検出閾を描くことで、観察者の視覚系内部で発生する動揺の量と等価な量を推定する。
【0026】
まず、この実施形態に用いる動揺つき視覚運動刺激における速度時系列生成と刺激表示の方法を述べ、次に、運動検出閾測定と動揺量算出の方法を順に説明する。
【0027】
〈速度時系列生成〉
図2に速度時系列生成部1の構成を示したブロック図を、図5に速度時系列生成の方法の処理の手順を示したフローチャートを示す。
【0028】
ここで、雑音とは平均を0とし一定の標準偏差をもつ正規分布に従うランダム過程であるとし、速度に関する等方的な白色雑音、すなわち位置に関する等方的な1/f揺らぎ雑音をもつ時系列を生成して、観察者の視野動揺(すなわち内生雑音)を外界の刺激の動揺(すなわち外生雑音)で模倣する。
【0029】
動揺つき視覚運動刺激は、ランダムに揺らぐ動揺の成分と並進運動の成分とからなる。そのうち、動揺は以下のようにして生成する。呈示時間64[コマ〕を1[周期]としたときの速度の周波数表現において、DC成分を除く全ての周波数成分のパワースペクトルが一様で、かつ位相スペクトルがランダムになるような周波数表現をつくり、これを逆フーリエ変換して速度の時間表現とする。このようにして生成した動揺は速度に関する白色雑音となり、位置に関する1/f揺らぎの雑音となる。各コマの瞬間速度が平均0、標準偏差σの正規分布に従い、また呈示時間を1[周期]とする成分より低周波のものが含まれていないので、呈示時間全体における動揺の平均速度は0である。
【0030】
水平軸動揺速度発生部11においては水平方向の速度に関して、垂直軸動揺速度発生部12においては垂直方向の速度に関して、それぞれ独立にこのような時系列を生成し、等方性動揺速度合成部13において合成することにより、動揺に縦横二次元上の等方性をもたせる。
【0031】
次に、このようなランダムな運動をしながら平均的にはある一定の方向へ並進運動するような視覚刺激を実現するために、並進運動速度発生部14において360[度]を45[度]刻みで等分割した8方向のいずれかの角度への運動ベクトルを発生し、動揺付き視覚運動速度時系列合成部15において上述の速度時系列に加算する。
【0032】
〈刺激表示〉
図3に刺激表示部2の構成を示したブロック図を、図6に刺激表示の方法の処理の手順を示したフローチャートを示す。
【0033】
まず、刺激時空間表現決定部22は、上記の速度時系列をもつ視覚刺激を、中心ランダムドット生成部21で生成したランダムな位置に散りばめたドットからなる円形領域(以下「パッチ」と呼ぶ)とし、その周囲の背景は一様な平均輝度とし、ディスプレイに表示する。各ドットには等方性二次元ガウス関数(標準偏差5[min];分布の床は最低輝度に等しく、分布の頂点の高さは最高輝度に等しい)に従う輝度分布をもたせ、分布の頂点の位置の表現には実際のコンピュータ画素より細かい解像度をもたせる(一実施形態では1画素の1/65536)。
【0034】
次に、空間アンチエイリアシング部23において、これらのドットを実際のディスプレイへダウンサンプルして空間的アンチエイリアシングを行い、1画素未満で変位する動画像を滑らかに実現する。時間の関数として、これらのドットを上述の速度時系列に従いコヒーレントに動かすことにより、揺らぎつき視覚運動刺激を実現する。
【0035】
次に、輪郭コントラストぼかし部25において、円形の境界部分に関し、円形中心からの距離の関数として平均が半径に等しく標準偏差が25[min]であるような累積ガウス関数を刺激の輝度コントラストに乗ずることにより、空間的にぼかし、輪郭が参照枠としての運動検出手がかりとなることを防ぐ。周辺に静止パターンを同時呈示する条件では、パッチをとり囲む円形領域に、まず、周辺ランダムドット生成部24において生成したJulesz型ランダムドットパターン(10[min]×10[min]の正方形のドットを格子状に隙間なく配列し、それぞれ50%の確率で最高輝度あるいは最低輝度になるようにランダムに白黒を選ぶ)を呈示し、輪郭コントラストぼかし部25においてその内部に上述のパッチを同心円状に重ね、パッチ境界部分を同様に空間的にぼかす。パッチの輝度コントラスト分布は上述の累積ガウス関数とかけ合わせ、周辺のランダムドットパターンの輝度コントラスト分布は1から累積ガウス関数の値を減じたものとかけ合わせる。
【0036】
上述のように生成した動揺つき視覚運動刺激の画像データは記憶媒体に記録しておき、以下に述べる視覚検査時に適切なデータを読み出してディスプレイに呈示する。
【0037】
〈運動検出閾測定〉
運動検出閾測定の処理は運動検出閾測定部3にて行う。まず、各試行において、特定のσおよびμをもち、並進運動成分の方向を8方向のいずれかからランダムに選んだ視覚運動刺激の呈示に対して、観察者は、パッチ中に含まれる並進運動成分が8方向のいずれの方向であるかを回答する。反応データは記憶媒体に記録する。
【0038】
同一の検査セッション内では、σを固定としμを対数軸上で等間隔になるように変化させる。検査セッションの最初の試行は、明らかに並進運動方向がわかるようなμを用いる。観察者の反応にしたがって、原則的に、正反応の次の試行には並進運動速度を減少させ、誤反応の次の試行には増加させて、階段法に基づく系列で速度を試行間で変化させる。それぞれの速度のレベルにおいて、ひとつの検査セッション中には2〜6回程度、検査全体で10〜20回程度の繰り返し試行が含まれるようにする。用いた並進運動成分のそれぞれの速度ごとに記録した反応データから課題正答率を求め、累積ワイブル関数
Pc=0.125+0.875{1−exp[−(μ/β)α]}
でデータを曲線近似し、Pc=0.5334をもたらす(すなわち、信号検出理論において雑音に対する信号強度割合の指標として用いられる「検出力インデックス」で表せば、2のときに対応する)並進運動成分の速度μをもって、運動検出閾μthrと定義する。周辺のある場合、ない場合のそれぞれにおいて独立に、この心理測定関数モデルを最尤推定法によってデータにあてはめる。
【0039】
σを対数軸上で等間隔になるように変化させ、このような検査手続きをさまざまなσに関して繰り返す。
【0040】
〈動揺量推定〉
動揺量推定の処理は動揺量算定部4にて行う。従来の信号検出理論によれば、視覚刺激の検出課題成績は、視覚系内部で発生する雑音(すなわち内生雑音)に対する刺激の信号強度として定式化されるが(Macmillan,N.A.,& Creelman,C.D.,1991,Detection Theory:A User’s Guide,Cambridge:Cambridge University Press)、当該視覚課題に影響する内生雑音は一般に多次元であり、単一条件で検出閾を測定しただけでは内生雑音の量を特定することはできない。一次元尺度でその量を規定できる雑音(すなわち外生雑音)を視覚刺激そのものに付加して検出閾をさまざまな外生雑音レベルにて測定することにより、観察者の視覚系内部の内生雑音と等価な量の雑音(すなわち等価雑音)を推定することができる(Pelli,D.G.,& Farell,B.,1999,Why use noise? Journal of the Optical Society ofAmerica A,16,647−653.)。この等価雑音解析法を本発明に組み込むことにより、観察者の視野動揺の等価雑音を推定する。
【0041】
用いた視覚運動刺激は、並進運動速度μを信号にもち、平均0、標準偏差σの正規分布に従う外生雑音をもつ。また、生体内で等価雑音が平均0、標準偏差σの正規分布に従って存在するとおく。外生雑音と等価雑音とは互いに独立だから、検出課題を行うにあたっての雑音の総量の標準偏差σは、分散の加算性より
σ=(σ +σ 1/2
となる。信号検出理論により、検出力インデックスd’は雑音の標準偏差に対する信号の強さの比、すなわち
d’=μ/σ=μ/(σ +σ 1/2
と定義される。等価雑音のみが言果題成績に悪影響を与えるという仮定のもとで、検出力インデックスが適当なある一定の値、d’=d’thrになるようなμの値をもって検出閾μthrとすれば、
μthr=d’thr(σ +σ 1/2
となる。
【0042】
内生雑音を全くもたない(σ=0)理想的観察者において検出閾は、
μthr−i=d’thrσ
となる。上述の関係により、σ≫σのとき、実際の観察者の検出閾は理想的観察者のそれと一致するはずであるが、実際の観察者は理想的観察者と同じく最適効率で課題を遂行することはないため、一般に両者は一致しない。そこで、σ≫σにおける実際の観察者の検出閾を2乗したもの(検出閾における信号エネルギー)(μthrに対する、理想的観察者の検出閾を2乗したもの(μthr−iの比をとり、計算効率ηと表す。また本発明の一実施形態において運動刺激を一定時間持続して呈示し、速度を各コマでランダムに変化させるのに対し、並進運動成分はコマ間にまたがって常に同一方向・同一速度である。したがって観察者は各々の試行において、信号と雑音とを含んだ分布からの独立標本の観測をN回行うことができ、それらに基づいて最終的な反応を1回だけすることができる。このとき検出力インデックスは
d’=N1/2μ/σ=N1/2μ/(σ +σ 1/2
となる。ηとNを考慮に入れ、実際の観察者の検出閾μthrは最終的に
μthr=d’thr(σ +σ 1/2/(ηN)1/2
として定式化される。これを等価雑音解析法のモデルとして用いて検査データにあてはめることにより、σとηとをパラメータ推定することができる。
【0043】
なお、上記刺激表示部2において、周辺に静止刺激パターンが同時呈示される場合とそうでない場合を設け、上記動揺量算出部4において、それらの条件それぞれで内生雑音分散を動揺量と推定した後、それぞれの動揺量により脳内の情報処理段階における絶対運動処理と相対運動処理の段階のいずれにおいて視野動揺が影響をおよぼしているのかを判定することが可能である。
【0044】
〈一実施形態の効果の具体例〉
以下に、この発明の一実施形態の効果を具体例で示す。
【0045】
パッチの大きさは半径4.17[deg]とし、ドット密度は9.04[dots/deg]とした。周辺の静止パターンの大きさは半径8.33[deg]とした。観察距離は84[cm]とし、両眼観察した。視野動揺を訴える患者および健常観察者を用いた。σは12段階に変化させた(σ=0.004185×2[deg/s]、ここでi=0,1,2,…,11)。並進運動ベクトルの速度μは11段階に変化させた(0.01221×2[deg/s]、ここでi=0,1,2,…,10)。
【0046】
まず、健常者の等価雑音の例を、周辺に静止刺激パターンがある場合とない場合とで示す(図7)。横軸に示した外生雑音の標準偏差σの関数として、運動検出閾は定数から右上がりへと屈曲をもつ関数となり、等価雑音解析法のモデルでよく近似でき、等価雑音σと計算効率ηの値が得られた。周辺刺激の有無によってηにはあまり違いがないが、σは周辺刺激のある場合には0.102[deg/s]、ない場合には0.595[deg/s]となり、周辺刺激の存在によってσは無視できる程度にまで減少した。このことから、視野動揺は絶対運動検出課題成績に影響をおよぼすが、相対運動検出課題はほとんど影響を受けないことがわかる。
【0047】
次に、視野動揺を訴える患者で同じ測定を行った結果を示す(図8)。σは周辺刺激のある場合には0.959[deg/s]、ない場合には1.678[deg/s]となり、健常者と比較して、周辺刺激の有無にかかわらずσが有意に大きく、また周辺刺激がある場合の方がない場合に比べてσが減少した。この結果は、眼球の固視微動を原因とする視野動揺の他に、脳内運動処理機構の内部で新たに発生する成分があることを示唆する。
【0048】
以上のとおり、顕著な視野動揺の愁訴の有無にかかわらず、視野動揺の視覚運動刺激検出課題におよぼす影響を測定できることから、観察者の自覚できない微細な動揺であっても客観的にその量を推定することができる。さらに本発明は、周辺の静止パターン図形の有無によって相対運動検出と絶対運動検出という脳内処理段階の異なる知覚課題を設定し、それらに同一の検査方法を用いて視野動揺のおよぼす影響をそれぞれ測定することによって、視野動揺を生じさせる責任病巣が運動情報処理の脳内処理段階のどこに位置しているのかに関する手がかりを与えることができる。
【0049】
なお、図1〜図3で示した装置における各部の一部もしくは全部の機能をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータを用いて実行して本発明を実現することができること、あるいは、図4〜図6で示した処理の手順をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータに実行させることができることは言うまでもなく、コンピュータでその機能を実現するためのプログラム、あるいは、コンピュータにその処理の手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、FD(フレキシブルディスク))や、MO、ROM、メモリカード、CD、DVD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記のプログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
【0050】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、顕著な視野動揺の愁訴の有無にかかわらず、視野動揺の視覚運動刺激検出課題におよぼす影響を測定できることから、観察者の自覚できない微細な動揺であっても客観的にその量を推定することができる。さらに本発明は、周辺の静止パターン図形の有無によって相対運動検出と絶対運動検出という脳内処理段階の異なる知覚課題を設定し、それらに同一の検査方法を用いて視野動揺のおよぼす影響をそれぞれ測定することによって、視野動揺を生じさせる責任病巣が運動情報処理の脳内処理段階のどこに位置しているのかに関する手がかりを与えることができる。また、相対運動検出と絶対運動検出という異なる脳内処理に視野動揺のおよぼす影響をそれぞれ独立に測定して診断に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明における、視野動揺量測定装置の一実施形態の機能構成を示すブロック図。
【図2】この発明における、速度時系列生成部の一実施形態の機能構成を示すブロック図。
【図3】この発明における、刺激表示部の一実施形態の機能構成を示すブロック図。
【図4】この発明における、視野動揺量測定方法の一実施形態の処理手順を示すフローチャート。
【図5】この発明における、速度時系列生成方法の一実施形態の処理手順を示すフローチャート。
【図6】この発明における、刺激表示方法の一実施形態の処理手順を示すフローチャート。
【図7】この発明により、ある健常観察者の視野動揺の量を推定した結果であって、横軸に外生雑音の標準偏差をとり、周辺に静止刺激のある場合、ない場合の運動検出閾をそれぞれ黒丸、白丸で示し、等価雑音解析法モデルを最適あてはめしたパラメータ推定値σおよびηを最適あてはめ曲線近傍に付した図。
【図8】この発明により、ある視機能異常患者の視野動揺の量を推定した結果を、図4と同じ書式で記した図。
【符号の説明】
1…速度時系列生成部
11…水平軸動揺速度発生部
12…垂直軸動揺速度発生部
13…等方性動揺速度合成部
14…並進運動速度発生部
15…動揺付き視覚運動刺激速度時系列合成部
2…刺激表示部
21…中心ランダムドット生成部
22…刺激時空間表現決定部
23…空間アンチエイリアシング部
24…周辺ランダムドット生成部
25…輪郭コントラストぼかし部
3…運動検出閾測定部
4…動揺量算出部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique and a method for quantitatively measuring the amount of fluctuation occurring inside the visual system from the correct answer rate of an observer who has performed a motion detection task for a visual stimulus with fluctuation.
[0002]
[Prior art]
As a conventional method of evaluating the magnitude of the condition of a patient who complains of visual field sway, a `` pointing '' method is to have the trajectory of the apparent swaying of the gaze target be written with a pen placed in a position invisible to the observer. (Honda, 1994, eye movement and spatial orientation, Tokyo: Kazama Publishing). It also performs length matching between the apparent amplitude of visual field sway and the stimulus of the stationary line segment, and performs visual-auditory matching of the fundamental frequency component of the apparent sway with a metronome to measure the frequency of the visual field sway. (Nakadomari, Ito, Hisada et al., 1999, three pathological conditions of swaying, Bulletin of Kanagawa Rehabilitation Hospital, 26, 9-16). There is no method for evaluating the sway of the visual field and its effect on the perceptual task for healthy subjects.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional pointing method is easy to perform in clinical settings, but lacks objectivity, and not only can the indices of visual field sway be described on a one-dimensional scale, but also cannot be ignored in the matching process itself. An error occurs. Length matching with stationary line segment stimuli and frequency matching with metronome are descriptive concepts of a one-dimensional scale, but they are not necessarily the appropriate dimensions for quantitative comparison with the magnitude of visual field sway, and the matching process itself Causes a non-negligible error in measurement. Therefore, the measurement result by the conventional method has a problem that the meaning of the scale is unclear and the accuracy is low, depending on the subjectivity of the observer.
[0004]
In addition, all of these conventional methods are techniques for estimating the magnitude of visual complaints that are actually appealing, and are used in cases where visual perturbations that the patient cannot perceive have some adverse effect on visual information processing. Cannot be used. This extreme case is a healthy person, and since we usually do not recognize the slight fluctuation of our visual field, there is a problem that these conventional methods cannot measure it.
[0005]
Further, the conventional method is an idea of converting the amount of visual field fluctuation, that is, the phenomenon into data, and has a problem that a clue for estimating a responsible lesion of the pathological condition cannot be obtained from the measured data.
[0006]
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the conventional method, and it is objective, the meaning of the scale is clear, and subjective and unconscious visual field fluctuations in patients with visual dysfunction and healthy subjects. It is an object of the present invention to provide a measuring device and a measuring method for the amount of visual field sway, which can objectively and quantitatively measure the size of the visual field with high accuracy, and obtain a clue for estimating a responsible lesion of the pathological condition from the measured data.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is an apparatus that objectively and quantitatively measures the magnitude of subjective and non-conscious visual field fluctuations occurring in a living body as a physical quantity in the outside world, A velocity time series generation unit that captures the fluctuation of the visual field generated in the camera as endogenous noise, and generates a velocity time series in visual motion stimulation as an external noise of an amount equivalent to the endogenous noise; A stimulus display unit that realizes a visual motion stimulus and presents it to the observer as a task, a motion detection threshold measurement unit that measures a motion speed required for a correct answer rate for the task to exceed a certain level as a motion detection threshold, According to another aspect of the present invention, there is provided a visual field fluctuation amount measuring apparatus including: a fluctuation amount calculation unit configured to estimate and calculate an amount equivalent to the fluctuation amount generated in the visual system of the observer from the motion detection threshold.
[0008]
Alternatively, the speed time series generation unit includes a horizontal axis oscillating speed generating unit for a model figure that simulates the behavior of the visual field sway, a vertical axis sway speed generating unit for the model graphic that simulates the behavior of the visual field sway, and the horizontal axis An isotropic oscillating speed synthesizer that synthesizes the oscillating speed and the vertical axis oscillating speed to generate an isotropic white noise related to the speed, that is, a fluctuation speed time series having an isotropic 1 / f fluctuation noise related to the position; A translation speed generator that generates one or a plurality of translation time series, and synthesizes the fluctuation speed time series with the translation time series to generate a speed time series including a combination of an arbitrary oscillation amplitude and a translation speed. A visual field fluctuation amount measuring device, characterized in that the visual field fluctuation amount measuring device includes a generated visual motion stimulus velocity time series synthesizing unit.
[0009]
Alternatively, the stimulus display unit includes a center random dot generation unit that generates a center random dot pattern, and a stimulus space-time expression determination unit that coherently moves the center random dot pattern according to the speed time series from the speed time series generation unit. A spatial anti-aliasing unit for performing spatial anti-aliasing on the center random dot pattern and smoothly realizing a moving image displaced by less than a pixel when realizing a visual motion stimulus on a display; and generating a peripheral random dot pattern. A field fluctuation comprising: a peripheral random dot generation unit; and a contour contrast blur unit that spatially blurs a contour by continuously changing a luminance contrast near a contour of a region where the peripheral random dot pattern is presented. Quantitative measuring devices as a solution .
[0010]
Alternatively, the motion detection threshold measurement unit causes the observer to answer the direction of the translational motion component with respect to the visual motion stimulus that combines the specific sway amplitude and the specific translational speed presented from the stimulus display unit. The psychological measurement function is obtained by obtaining the correct answer rate as a function of the translational motion speed at the motion amplitude, and the motion detection threshold is defined as the translational motion speed that provides a constant correct answer rate, and the motion detection threshold is measured at various motion amplitudes. A field-of-view fluctuation amount measuring device characterized by recording is used as a solution.
[0011]
Alternatively, the motion amount calculation unit uses the motion detection threshold measured by the motion detection threshold measurement unit, and the motion detection threshold is proportional to the square root of the sum of the endogenous noise variance and the external noise variance. By applying a mathematical model that is inversely proportional to the ratio between the task performance of an ideal observer and the performance performance of an actual observer who perform a task with optimal efficiency without raw noise, the variance of the intrinsic noise variance can be observed. The visual field fluctuation amount measuring device is characterized in that it is calculated as an estimated value of the fluctuation amount of the visual field.
[0012]
Alternatively, the stimulus display unit provides a case where a stationary stimulus pattern is simultaneously presented in the vicinity and a case where it is not present. The sway amount calculation unit estimates the endogenous noise variance as the sway amount under each of these conditions. Determining whether the visual field sway affects the absolute motion processing or the relative motion processing in the information processing step in the brain based on the respective amounts of motion. The quantity measuring device is the means of solution.
[0013]
Alternatively, a method of objectively and quantitatively measuring the magnitude of subjective and non-conscious visual field fluctuations occurring in a living body as an external physical quantity. And a procedure for generating a velocity time series in visual motion stimulus as an external noise of an amount equivalent to the endogenous noise, and realizing the visual motion stimulus based on the velocity time series and presenting it to the observer as a task A procedure, a step of measuring, as a motion detection threshold, a movement speed required for the correct answer rate for the task to exceed a certain level, and an amount equivalent to the amount of fluctuation generated in the observer's visual system from the movement detection threshold. And a procedure for estimating and calculating the visual field fluctuation amount.
[0014]
Alternatively, in the generating procedure, a procedure of generating a horizontal axis sway speed of a model figure that simulates the behavior of the field sway, a procedure of generating a vertical axis sway speed of the model figure that simulates the behavior of the field sway, A synthesizing procedure of an isotropic oscillating speed for synthesizing the oscillating speed and the vertical axis oscillating speed to generate an isotropic white noise related to the speed, that is, a speed time series having an isotropic 1 / f fluctuation noise related to the position; A translational motion generation sequence for generating one or a plurality of translational motion time series, and a velocity time series comprising a combination of an arbitrary oscillation amplitude and a translational motion speed by combining the fluctuation speed time series with the translational motion time series. And a procedure for synthesizing a time series of visual motion stimulus speed with shaking.
[0015]
Alternatively, in the presenting procedure, a central random dot generating procedure for generating a central random dot pattern and a stimulus spatio-temporal expression for moving the central random dot pattern coherently according to a speed time series from the speed time series generating unit are determined. A procedure for performing spatial anti-aliasing on the center random dot pattern and implementing a spatial anti-aliasing for smoothly realizing a moving image displaced by less than a pixel when realizing a visual motion stimulus on a display; A method of generating peripheral random dots for generating a pattern, and a procedure of blurring an outline contrast by spatially blurring an outline by continuously changing a luminance contrast near an outline of an area where the peripheral random dot pattern is presented. Visual field motion characterized by The amount measuring method and device resolution.
[0016]
Alternatively, in the measuring procedure, the observer may answer the direction of the translational motion component with respect to the visual motion stimulus that combines the specific sway amplitude and the specific translational speed presented in the presenting procedure. Obtain the psychometric function by obtaining the correct answer rate as a function of the translational movement speed in amplitude, define the motion detection threshold with the translational movement speed that provides a constant correct answer rate, and measure and record the motion detection threshold at various shaking amplitudes A method of measuring the amount of fluctuation of the visual field characterized by the above feature is a means for solving the problem.
[0017]
Alternatively, in the calculating step, using the motion detection threshold measured in the measuring step, the motion detection threshold is proportional to the square root of the sum of the intrinsic noise variance and the extraneous noise variance, and the intrinsic noise is calculated. By applying a mathematical model that is inversely proportional to the ratio between the task performance of an ideal observer and the task performance of an actual observer who performs a task with optimal efficiency, the endogenous noise variance is calculated as the amount of field fluctuation. A method for measuring the amount of visual field fluctuation, characterized in that the method is calculated as an estimated value, is a means for solving the problem.
[0018]
Alternatively, in the presenting procedure, a case where a static stimulus pattern is simultaneously presented in the vicinity and a case where the static stimulus pattern is not present are provided, and in the above-described calculating procedure, the endogenous noise variance is estimated as a fluctuation amount under each of those conditions, A method for measuring the amount of visual field fluctuation characterized by determining whether the visual field fluctuation affects the absolute motion processing step or the relative motion processing step in the information processing stage in the brain based on each fluctuation amount. And
[0019]
Alternatively, a solution to the visual field fluctuation amount measurement program is a program for causing a computer to execute the procedure in the visual field fluctuation amount measurement method.
[0020]
Alternatively, a recording medium recording a visual field fluctuation measurement program, wherein the program in the method for measuring the visual field fluctuation amount is a program for causing a computer to execute the program, and the program is recorded on a recording medium readable by the computer. Is the means of solution.
[0021]
In the present invention, a visual motion stimulus obtained by synthesizing an isotropic oscillating time series having a 1 / f fluctuation displacement on a visual field with a translational time series is presented to an observer, and the observer is allowed to determine the direction of the translational movement. The translational speed required for the correct answer rate to exceed a certain level is calculated as the motion detection threshold, and the motion detection threshold is drawn as a function of the motion amplitude, which is equivalent to the amount of motion generated inside the visual system of the observer. The quantity is estimated with a unique measure of the amplitude of the fluctuation displacement, with a confidence interval that can be defined statistically.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention uses an equivalent noise analysis method that captures fluctuations in a visual field generated in a living body as noise and measures the amount of noise equivalent to the noise as a physical quantity of an external world generated as a stimulus of visual movement. A measurement device or method that objectively and quantitatively measures the magnitude of unconscious visual field fluctuation as a degree of effect on task performance for each specific visual motor task.
[0023]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a configuration for realizing the method of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of a processing procedure of the method.
[0024]
In this embodiment, the speed time series generation unit 1 captures the fluctuation of the visual field generated in the living body as endogenous noise, and calculates the speed time series in the visual motion stimulus as an external noise of an amount equivalent to the endogenous noise. In order to generate a visual motion stimulus based on the speed time series on the stimulus display unit 2 and present it to the observer as a task, the motion detection threshold measurement unit 3 sets the correct answer rate for the task to exceed a certain level. The required motion speed is obtained as a motion detection threshold, and the motion amount calculation unit 4 estimates and calculates an amount equivalent to the motion amount generated in the visual system of the observer from the motion detection threshold.
[0025]
That is, the speed time series generation unit 1 combines the fluctuation displacement time series with the translational motion time series by using a pattern figure that makes a 1 / f fluctuation displacement in the field of view as a model that imitates the behavior of the visual field fluctuation, The visual display unit 2 realizes a visual motion stimulus based on the synthesized motion time series and presents it to the observer, and allows the observer to determine the direction of the translational motion. Is obtained as a motion detection threshold, and the motion detection unit 4 draws the motion detection threshold as a function of the amplitude of the fluctuation displacement, thereby generating the motion within the visual system of the observer. Estimate the amount equivalent to the amount of swaying.
[0026]
First, a method of generating a speed time series and displaying a stimulus in a swaying visual motion stimulus used in this embodiment will be described. Next, a method of measuring a motion detection threshold and calculating a sway amount will be described in order.
[0027]
<Speed time series generation>
FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the speed time series generation unit 1, and FIG. 5 is a flowchart illustrating the processing procedure of the speed time series generation method.
[0028]
Here, it is assumed that noise is a random process following a normal distribution with a mean of 0 and a constant standard deviation, and a time series having isotropic white noise related to speed, that is, isotropic 1 / f fluctuation noise related to position. To simulate the observer's visual field fluctuation (ie, endogenous noise) with the fluctuation of external stimulus (ie, external noise).
[0029]
The swaying visual motion stimulus is composed of a swaying component that fluctuates randomly and a translational component. The sway is generated as follows. In the frequency expression of the speed when the presentation time 64 [frames] is 1 [period], a frequency expression is made such that the power spectra of all the frequency components except the DC component are uniform and the phase spectrum is random. , Which are subjected to inverse Fourier transform to obtain a time expression of the velocity. The fluctuation generated in this way becomes white noise related to speed, and 1 / f fluctuation noise related to position. Instantaneous speed of each frame is 0 on average, standard deviation σ0The average speed of the sway over the entire presentation time is 0 since the frequency distribution does not include components having a lower frequency than the component whose presentation time is 1 [period].
[0030]
The horizontal axis speed generator 11 generates such a time series independently for the horizontal speed, and the vertical axis speed generator 12 generates the time series independently for the vertical speed. By combining in the above, the agitation is given two-dimensional isotropy in the vertical and horizontal directions.
[0031]
Next, in order to realize a visual stimulus that translates in a certain direction on average while performing such random motion, 360 [degree] is converted to 45 [degree] in the translation speed generator 14. A motion vector to any one of the eight directions, which is equally divided at intervals, is generated, and added to the above-mentioned speed time series in the visual motion speed time series synthesis unit 15 with shaking.
[0032]
<Stimulus display>
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the stimulus display section 2, and FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the stimulus display method.
[0033]
First, the stimulus spatiotemporal expression determination unit 22 determines a circular area (hereinafter, referred to as a “patch”) composed of dots in which the visual stimulus having the above-described velocity time series is scattered at random positions generated by the center random dot generation unit 21. And the surrounding background has a uniform average luminance and is displayed on the display. Each dot is given a luminance distribution according to an isotropic two-dimensional Gaussian function (standard deviation 5 [min]; the floor of the distribution is equal to the lowest luminance, and the height of the vertex of the distribution is equal to the highest luminance). The representation of the position is given a resolution finer than the actual computer pixels (in one embodiment, 1/65536 of a pixel).
[0034]
Next, in the spatial anti-aliasing unit 23, these dots are down-sampled to an actual display to perform spatial anti-aliasing, thereby smoothly realizing a moving image displaced by less than one pixel. By moving these dots coherently as a function of time according to the above-described velocity time series, a flickering visual motion stimulus is realized.
[0035]
Next, in the contour contrast blurring unit 25, the luminance contrast of the stimulus is multiplied by a cumulative Gaussian function such that the average is equal to the radius and the standard deviation is 25 [min] as a function of the distance from the center of the circle. In this way, it is possible to prevent spatial blurring and the outline from serving as a clue for motion detection as a reference frame. Under the condition that a static pattern is simultaneously presented in the periphery, a Julesz-type random dot pattern (10 [min] × 10 [min] square dots) generated by the peripheral random dot generation unit 24 is first placed in a circular area surrounding the patch. Arrange them in a grid pattern without any gaps, and randomly select black and white so that they have the highest luminance or the lowest luminance with a probability of 50%, respectively), and superimpose the above-mentioned patches concentrically inside the contour contrast blur part 25. , And also spatially blur the patch boundaries. The luminance contrast distribution of the patch is multiplied by the above-described cumulative Gaussian function, and the luminance contrast distribution of the surrounding random dot pattern is multiplied by 1 minus the value of the cumulative Gaussian function.
[0036]
The image data of the swaying visual motion stimulus generated as described above is recorded in a storage medium, and appropriate data is read out and presented on a display at the time of a visual inspection described below.
[0037]
<Motion detection threshold measurement>
The motion detection threshold measurement process is performed by the motion detection threshold measurement unit 3. First, in each trial, a specific σ0In response to the presentation of a visual motion stimulus having a direction of the translational motion component randomly selected from any of the eight directions and a translation motion component included in the patch, Answer if there is. The reaction data is recorded on a storage medium.
[0038]
Within the same inspection session, σ0Is fixed, and μ is changed so as to be equally spaced on a logarithmic axis. The first trial of the inspection session uses μ such that the translation direction is clearly known. According to the observer's response, the translational speed is reduced in the next trial of the correct response and increased in the next trial of the incorrect response, and the speed changes between trials in a series based on the staircase method. Let it. At each speed level, a test session may include about 2 to 6 repetitions, and the entire test may include about 10 to 20 repetitions. The task correct answer rate is calculated from the response data recorded for each velocity of the translational motion component used, and the cumulative Weibull function
Pc = 0.125 + 0.875 {1-exp [− (μ / β)α]}
, Which gives Pc = 0.5334 (i.e., the translational motion component corresponding to 2 when represented by "power index" used as an index of the signal strength ratio to noise in signal detection theory). With the speed μ, the motion detection threshold μthrIs defined. This psychometric function model is independently applied to the data by the maximum likelihood estimation method in each of the cases with and without the surroundings.
[0039]
σ0Are changed so as to be equally spaced on the logarithmic axis, and such an inspection procedure is changed to various σ0Repeat for
[0040]
<Estimation of sway amount>
The processing for estimating the amount of sway is performed by the sway amount calculator 4. According to conventional signal detection theory, the task performance of a visual stimulus detection task is formulated as the signal strength of the stimulus with respect to noise generated inside the visual system (ie, endogenous noise). (Macmilllan, NA, & Creelman, CD, 1991, Detection Theory: A \ User's Guide, Cambridge: Cambridge \ University \ Press, the endogenous noise affecting the visual task is generally multidimensional, and the detection threshold was measured under a single condition. It is not possible to specify the amount of endogenous noise alone. By adding noise that can define its amount on a one-dimensional scale (ie, external noise) to the visual stimulus itself and measuring the detection threshold at various external noise levels, the endogenous noise inside the observer's visual system is measured. (Pelli, DG, & Farell, B., 1999, Why \ use \ noise? \ Journal \ the \ Optical \ Society \ of America \ A, 16, 647-653). .). By incorporating this equivalent noise analysis method into the present invention, the equivalent noise of the visual field fluctuation of the observer is estimated.
[0041]
The visual movement stimulus used has a translational movement speed μ as a signal, an average of 0, and a standard deviation of σ.0With external noise that follows the normal distribution of In addition, the equivalent noise in the living body has a mean of 0 and a standard deviation of σ.iIt exists according to the normal distribution of. Since the external noise and the equivalent noise are independent of each other, the standard deviation σ of the total amount of noise in performing the detection task is
σ = (σi 2+ Σ0 2)1/2
It becomes. According to signal detection theory, the power index d 'is the ratio of the signal strength to the standard deviation of the noise, i.e.
d ′ = μ / σ = μ / (σi 2+ Σ0 2)1/2
Is defined as Under the assumption that only the equivalent noise has an adverse effect on the performance of the word, the power index is an appropriate constant value, d '= d'thrDetection threshold μ with a value of μ such thatthrgiven that,
μthr= D 'thri 2+ Σ0 2)1/2
It becomes.
[0042]
No endogenous noise (σi= 0) In an ideal observer, the detection threshold is
μthr-i= D 'thrσ0
It becomes. From the above relationship, σ0≫σi, The detection threshold of the actual observer should match that of the ideal observer, but since the actual observer does not perform the task with the same optimal efficiency as the ideal observer, in general, It does not match. Then, σ0≫σi(The signal energy at the detection threshold) (μ)thr)2, The square of the detection threshold of the ideal observer (μthr-i)2And the ratio is expressed as calculation efficiency η. Also, in one embodiment of the present invention, while the motion stimulus is presented for a certain period of time and the speed is randomly changed for each frame, the translational motion component is always in the same direction and the same speed across the frames. Thus, in each trial, the observer can make N observations of the independent samples from the signal and noise containing distribution and make only one final response based on them. At this time, the power index is
d '= N1/2μ / σ = N1/2μ / (σi 2+ Σ0 2)1/2
It becomes. Taking into account η and N, the actual observer detection threshold μthrFinally
μthr= D 'thri 2+ Σ0 2)1/2/ (ΗN)1/2
Formulated as By using this as a model for the equivalent noise analysis method and applying it to inspection data, σiAnd η can be parameter estimated.
[0043]
In the stimulus display unit 2, a case where a stationary stimulus pattern is simultaneously presented in the periphery and a case where it is not provided are provided, and the endogenous noise variance is estimated as the amount of fluctuation under each of these conditions in the amount of fluctuation calculation unit 4. Thereafter, it is possible to determine which of the absolute motion processing and the relative motion processing in the information processing stage in the brain is affected by the visual field sway based on the respective amounts of sway.
[0044]
<Specific example of effect of one embodiment>
Hereinafter, the effects of the embodiment of the present invention will be shown by specific examples.
[0045]
The patch size has a radius of 4.17 [deg], and the dot density is 9.04 [dots / deg].2]. The size of the peripheral stationary pattern was set to a radius of 8.33 [deg]. The observation distance was set to 84 [cm], and both eyes were observed. Patients complaining of visual field sway and healthy observers were used. σ0Was changed in 12 steps (σ0= 0.004185 x 2i[Deg / s], where i = 0, 1, 2,..., 11). The velocity μ of the translational motion vector was changed in 11 steps (0.01221 × 2i[Deg / s], where i = 0, 1, 2,..., 10).
[0046]
First, examples of the equivalent noise of a healthy person are shown with and without a stationary stimulus pattern in the vicinity (FIG. 7). Standard deviation σ of external noise shown on the horizontal axis0As a function of, the motion detection threshold is a function having a bend from a constant to the right, and can be well approximated by a model of the equivalent noise analysis method.iAnd the value of the calculation efficiency η were obtained. There is not much difference in η depending on the presence or absence of peripheral stimulus, but σiIs 0.102 [deg / s] when there is a peripheral stimulus, and 0.595 [deg / s] when there is no peripheral stimulus.iHas been reduced to negligible levels. This indicates that visual field sway affects the performance of the absolute motion detection task, but the relative motion detection task is hardly affected.
[0047]
Next, the result of performing the same measurement in a patient who complains of visual field sway is shown (FIG. 8). σiIs 0.959 [deg / s] when there is a peripheral stimulus, and 1.678 [deg / s] when there is no peripheral stimulus.iIs significantly larger, and σiDecreased. This result suggests that there is a component newly generated inside the motion processing mechanism in the brain, in addition to the sway of the visual field caused by the eye movements.
[0048]
As described above, the effect of visual field fluctuation on visual motion stimulus detection task can be measured regardless of the presence or absence of noticeable visual field fluctuation complaints. Can be estimated. In addition, the present invention sets perceptual tasks of different brain processing stages, relative motion detection and absolute motion detection, depending on the presence or absence of peripheral stationary pattern figures, and measures the effects of visual field sway using the same inspection method on each. By doing so, it is possible to provide a clue as to where the responsible lesion causing the visual field sway is located in the brain processing stage of the motor information processing.
[0049]
A part or all of the functions of each unit in the apparatus shown in FIGS. 1 to 3 may be configured by a computer program, and the program may be executed by a computer to realize the present invention. It is needless to say that the procedure of the processing shown in FIGS. 4 to 6 can be constituted by a computer program, and that the program can be executed by the computer. A program for executing the procedure is recorded on a computer-readable recording medium, for example, an FD (flexible disk), an MO, a ROM, a memory card, a CD, a DVD, a removable disk, and stored. , And can be distributed. Further, it is also possible to provide the above program through a network such as the Internet or e-mail.
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, regardless of the presence or absence of a complaint of noticeable visual field fluctuation, the effect of visual field fluctuation on the visual motion stimulus detection task can be measured. Even if it is upset, the amount can be estimated objectively. In addition, the present invention sets perceptual tasks of different brain processing stages, relative motion detection and absolute motion detection, depending on the presence or absence of peripheral stationary pattern figures, and measures the effects of visual field sway using the same inspection method on each. By doing so, it is possible to provide a clue as to where the responsible lesion causing the visual field sway is located in the brain processing stage of the motor information processing. In addition, the effects of visual field sway on different brain processes such as relative motion detection and absolute motion detection can be independently measured and used for diagnosis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment of a visual field fluctuation amount measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment of a speed time series generation unit according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment of a stimulus display unit according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of an embodiment of a visual field fluctuation amount measuring method according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of an embodiment of a speed time series generation method according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of an embodiment of a stimulus display method according to the present invention.
FIG. 7 shows the result of estimating the amount of visual field sway of a healthy observer according to the present invention, taking the standard deviation of external noise on the horizontal axis, and detecting motion with or without a static stimulus in the vicinity. The thresholds are indicated by black circles and white circles, respectively, and the parameter estimation value σ is obtained by optimally applying the equivalent noise analysis method model.iFIG. 4 is a diagram in which η and η are assigned near the optimal fitting curve.
FIG. 8 is a diagram showing the result of estimating the amount of visual field sway of a certain visual impairment patient in the same format as in FIG. 4 according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Speed time series generation unit
11 Horizontal axis oscillation speed generator
12: Vertical axis oscillation speed generator
13 ... Isotropic oscillating velocity synthesizer
14: Translation speed generator
15 Visual motion stimulus velocity time series synthesis unit with shaking
2. Stimulus display
21: Central random dot generation unit
22 ... Stimulation spatiotemporal expression determination
23: Spatial anti-aliasing unit
24: peripheral random dot generation unit
25: Contrast contrast blur part
3… Motion detection threshold measurement unit
4: Sway amount calculation unit

Claims (14)

生体内で発生する自覚的・非自覚的な視野の動揺の大きさを外界の物理量として客観的かつ定量的に測定する装置であって、
生体内で発生する視野の動揺を内生雑音として捉え、該内生雑音と等価な量の外生雑音としての視覚運動刺激における速度時系列を生成する速度時系列生成部と、
該速度時系列を元に視覚運動刺激を実現し観察者に課題として呈示する刺激表示部と、
該課題に対する正答率が一定水準を越えるために必要となる運動速度を運動検出閾として測定する運動検出閾測定部と、
該運動検出閾から観察者の視覚系内部で発生する動揺量と等価な量を推定し算出する動揺量算出部とを有する
ことを特徴とする視野動揺量測定装置。
A device that objectively and quantitatively measures the magnitude of subjective and unconscious visual field fluctuations occurring in a living body as an external physical quantity,
A speed time series generation unit that captures the fluctuation of the visual field generated in the living body as endogenous noise, and generates a speed time series in visual motion stimulation as an external noise of an amount equivalent to the endogenous noise,
A stimulus display unit that realizes a visual motion stimulus based on the speed time series and presents it to the observer as a task,
A motion detection threshold measurement unit that measures a motion speed required for the correct answer rate for the task to exceed a certain level as a motion detection threshold,
A visual field fluctuation amount measuring device, comprising: a fluctuation amount calculating section for estimating and calculating an amount equivalent to the fluctuation amount generated in the visual system of the observer from the motion detection threshold.
上記速度時系列生成部は、
視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の水平軸動揺速度発生部と、
該視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の垂直軸動揺速度発生部と、
該水平軸動揺速度と該垂直軸動揺速度とを合成し速度に関する等方的な白色雑音、すなわち位置に関する等方的な1/f揺らぎ雑音をもつ揺らぎ速度時系列を生成する等方性動揺速度合成部と、
1乃至複数の並進運動時系列を発生する並進運動速度発生部と、
該揺らぎ速度時系列を該並進運動時系列と合成して任意の動揺振幅と並進運動速度の組み合わせからなる速度時系列を生成する動揺つき視覚運動刺激速度時系列合成部とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の視野動揺量測定装置。
The speed time series generation unit,
A horizontal axis sway speed generator for a model figure that mimics the behavior of the field of view
A vertical axis oscillating speed generator for a model figure that mimics the behavior of the visual field sway,
An isotropic oscillating speed that combines the horizontal axis oscillating speed and the vertical axis oscillating speed to generate an isotropic white noise related to the speed, that is, a fluctuation speed time series having an isotropic 1 / f fluctuation noise related to the position. A synthesis unit;
A translation speed generator that generates one or more translation time series;
Having a shaking visual motion stimulus speed time series synthesizing unit for synthesizing the fluctuation speed time series with the translational motion time series to generate a speed time series consisting of a combination of an arbitrary shaking amplitude and a translational motion speed. The visual field fluctuation amount measuring device according to claim 1.
上記刺激表示部は、
中心ランダムドットパターンを生成する中心ランダムドット生成部と、
上記速度時系列生成部からの速度時系列に従って該中心ランダムドットパターンをコヒーレントに動かす刺激時空間表現決定部と、
該中心ランダムドットパターンに対して空間的アンチエイリアシングを施し視覚運動刺激をディスプレイ上に実現するにあたって画素未満で変位する動画像を滑らかに実現する空間アンチエイリアシング部と、
周辺ランダムドットパターンを生成する周辺ランダムドット生成部と、
該周辺ランダムドットパターンを呈示する領域の輪郭近傍で輝度コントラストを連続的に変化させることにより輪郭を空間的にぼかす輪郭コントラストぼかし部とを有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の視野動揺量測定装置。
The stimulus display section,
A center random dot generation unit that generates a center random dot pattern;
A stimulation spatiotemporal expression determining unit that coherently moves the center random dot pattern according to the speed time series from the speed time series generation unit,
A spatial anti-aliasing unit that performs spatial anti-aliasing on the center random dot pattern and smoothly realizes a moving image that is displaced by less than a pixel when realizing a visual motion stimulus on a display,
A peripheral random dot generation unit that generates a peripheral random dot pattern;
3. The field of view according to claim 1, further comprising: a contour contrast blur portion that spatially blurs a contour by continuously changing a luminance contrast near a contour of a region where the peripheral random dot pattern is presented. Motion measurement device.
上記運動検出閾測定部は、
上記刺激表示部から呈示される特定の動揺振幅と特定の並進運動速度を組み合わせた視覚運動刺激に対して並進運動成分の方向を観察者に回答させ、特定の動揺振幅において並進運動速度の関数として正答率を求めて心理測定関数を得、一定の正答率をもたらす並進運動速度をもって運動検出閾と定義し、該運動検出閾をさまざまな動揺振幅において測定し記録するものである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の視野動揺量測定装置。
The motion detection threshold measurement unit,
The observer answers the direction of the translational motion component to the visual motion stimulus that combines the specific motion amplitude and the specific translation speed presented from the stimulus display unit, and as a function of the translation speed at the specific motion amplitude. A psychometric function is obtained by obtaining a correct answer rate, a motion detection threshold is defined as a translational motion speed that provides a constant correct answer rate, and the motion detection threshold is measured and recorded at various shaking amplitudes. The visual field fluctuation amount measuring device according to claim 1.
上記動揺量算出部は、
上記運動検出閾測定部で測定される運動検出閾を用いて、該運動検出閾が内生雑音分散と外生雑音分散との和の平方根に比例し、内生雑音をもたず最適効率で課題を遂行する理想的観察者の課題成績と実際の観察者の課題成績との比に反比例する、という数理モデルをあてはめることにより、該内生雑音分散を視野の動揺量の推定値として算出するものである
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の視野動揺量測定装置。
The swing amount calculation unit is
Using the motion detection threshold measured by the motion detection threshold measurement unit, the motion detection threshold is proportional to the square root of the sum of the endogenous noise variance and the exogenous noise variance, and has no endogenous noise and optimal efficiency. By applying a mathematical model that is inversely proportional to the ratio of the task performance of the ideal observer performing the task to the task performance of the actual observer, the endogenous noise variance is calculated as an estimated value of the amount of fluctuation of the visual field. The visual field fluctuation amount measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
上記刺激表示部は、周辺に静止刺激パターンが同時呈示される場合とそうでない場合を設けるものであり、
上記動揺量算出部は、それらの条件それぞれで内生雑音分散を動揺量と推定した後、該それぞれの動揺量により脳内の情報処理段階における絶対運動処理と相対運動処理の段階のいずれにおいて視野動揺が影響をおよぼしているのかを判定するものである
ことを特徴とする請求項5に記載の視野動揺量測定装置。
The stimulus display unit provides a case where a static stimulus pattern is simultaneously presented in the vicinity and a case where it is not,
The sway amount calculation unit estimates the endogenous noise variance as the sway amount under each of these conditions, and then uses the respective sway amounts to determine the visual field in either the absolute motion process or the relative motion process in the information processing stage in the brain. 6. The visual field fluctuation amount measuring apparatus according to claim 5, wherein it is determined whether or not the fluctuation has an influence.
生体内で発生する自覚的・非自覚的な視野の動揺の大きさを外界の物理量として客観的かつ定量的に測定する方法であって、
生体内で発生する視野の動揺を内生雑音として捉え、該内生雑音と等価な量の外生雑音としての視覚運動刺激における速度時系列を生成する手順と、
該速度時系列を元に視覚運動刺激を実現し観察者に課題として呈示する手順と、
該課題に対する正答率が一定水準を越えるために必要となる運動速度を運動検出閾として測定する手順と、
該運動検出閾から観察者の視覚系内部で発生する動揺量と等価な量を推定し算出する手順とを有する
ことを特徴とする視野動揺量測定方法。
A method of objectively and quantitatively measuring the magnitude of subjective and non-conscious visual field fluctuations occurring in a living body as a physical quantity of the outside world,
A procedure of capturing the fluctuation of the visual field generated in the living body as endogenous noise, and generating a velocity time series in visual motion stimulation as an external noise of an amount equivalent to the endogenous noise,
A procedure for realizing a visual motion stimulus based on the speed time series and presenting it to the observer as a task,
A procedure of measuring a movement speed required for the correct answer rate for the task to exceed a certain level as a movement detection threshold,
Estimating and calculating an amount equivalent to the amount of fluctuation occurring inside the visual system of the observer from the motion detection threshold.
上記生成する手順では、
視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の水平軸動揺速度の発生手順と、
該視野動揺の振舞いを模倣するモデル図形の垂直軸動揺速度の発生手順と、
該水平軸動揺速度と該垂直軸動揺速度とを合成し速度に関する等方的な白色雑音、すなわち位置に関する等方的な1/f揺らぎ雑音をもつ速度時系列を生成する等方性動揺速度の合成手順と、
1乃至複数の並進運動時系列を発生する並進運動速度の発生手順と、
該揺らぎ速度時系列を該並進運動時系列と合成して任意の動揺振幅と並進運動速度の組み合わせからなる速度時系列を生成する動揺つき視覚運動刺激速度時系列の合成手順とを有する
ことを特徴とする請求項7に記載の視野動揺量測定方法。
In the above generation procedure,
The generation procedure of the horizontal axis sway speed of the model figure that mimics the behavior of the visual field sway,
A procedure for generating a vertical axis sway speed of a model figure that mimics the behavior of the visual field sway,
The horizontal axis oscillating speed and the vertical axis oscillating speed are combined to generate an isotropic white noise related to the speed, that is, a speed time series having an isotropic 1 / f fluctuation noise related to the position. A synthesis procedure;
A procedure for generating a translational velocity that generates one or more translational time series;
Synthesizing the fluctuation speed time series with the translational motion time series to generate a speed time series consisting of a combination of an arbitrary fluctuation amplitude and a translational motion speed. The visual field fluctuation amount measuring method according to claim 7, wherein
上記呈示する手順では、
中心ランダムドットパターンを生成する中心ランダムドットの生成手順と、
上記速度時系列生成部からの速度時系列に従って該中心ランダムドットパターンをコヒーレントに動かす刺激時空間表現の決定手順と、
該中心ランダムドットパターンに対して空間的アンチエイリアシングを施し視覚運動刺激をディスプレイ上に実現するにあたって画素未満で変位する動画像を滑らかに実現する空間アンチエイリアシングの実施手順と、
周辺ランダムドットパターンを生成する周辺ランダムドットの生成手順と、
該周辺ランダムドットパターンを呈示する領域の輪郭近傍で輝度コントラストを連続的に変化させることにより輪郭を空間的にぼかす輪郭コントラストのぼかし手順とを有する
ことを特徴とする請求項7または8に記載の視野動揺量測定方法。
In the procedure presented above,
A center random dot generation procedure for generating a center random dot pattern,
A determination procedure of a stimulus space-time expression that coherently moves the center random dot pattern according to the speed time series from the speed time series generation unit,
When performing spatial anti-aliasing on the center random dot pattern and realizing a visual motion stimulus on a display, a spatial anti-aliasing implementation procedure for smoothly realizing a moving image displaced by less than a pixel,
A procedure for generating a peripheral random dot for generating a peripheral random dot pattern,
9. The method according to claim 7, further comprising: a step of blurring the contour spatially by continuously changing the brightness contrast in the vicinity of the contour of the area where the peripheral random dot pattern is presented. Field of view fluctuation measurement method.
上記測定する手順では、
上記呈示する手順で呈示される特定の動揺振幅と特定の並進運動速度を組み合わせた視覚運動刺激に対して並進運動成分の方向を観察者に回答させ、特定の動揺振幅において並進運動速度の関数として正答率を求めて心理測定関数を得、一定の正答率をもたらす並進運動速度をもって運動検出閾と定義し、該運動検出閾をさまざまな動揺振幅において測定し記録する
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の視野動揺量測定方法。
In the above measurement procedure,
The visual motion stimulus that combines the specific sway amplitude and the specific translation speed presented in the above presented procedure causes the observer to answer the direction of the translational motion component in response to the visual motion stimulus, and as a function of the translation speed at the specific sway amplitude. 8. The method according to claim 7, further comprising: obtaining a psychological measurement function by obtaining a correct answer rate; defining a motion detection threshold with a translational motion speed that provides a constant correct answer rate; and measuring and recording the motion detection threshold at various shaking amplitudes. 10. The visual field fluctuation amount measurement method according to any one of claims 9 to 9.
上記算出する手順では、
上記測定する手順で測定される運動検出閾を用いて、該運動検出閾が内生雑音分散と外生雑音分散との和の平方根に比例し、内生雑音をもたず最適効率で課題を遂行する理想的観察者の課題成績と実際の観察者の課題成績との比に反比例する、という数理モデルをあてはめることにより、該内生雑音分散を視野の動揺量の推定値として算出する
ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の視野動揺量測定方法。
In the above calculation procedure,
Using the motion detection threshold measured in the above measuring procedure, the motion detection threshold is proportional to the square root of the sum of the endogenous noise variance and the exogenous noise variance. By applying a mathematical model that is inversely proportional to the ratio of the task performance of the ideal observer to the task performance of the actual observer to perform, the endogenous noise variance is calculated as an estimated value of the amount of fluctuation of the visual field by applying a mathematical model. The method for measuring a visual field fluctuation amount according to any one of claims 7 to 10, wherein:
上記呈示する手順では、周辺に静止刺激パターンが同時呈示される場合とそうでない場合を設け、
上記算出する手順では、それらの条件それぞれで内生雑音分散を動揺量と推定した後、該それぞれの動揺量により脳内の情報処理段階における絶対運動処理と相対運動処理の段階のいずれにおいて視野動揺が影響をおよぼしているのかを判定する
ことを特徴とする請求項11に記載の視野動揺量測定方法。
In the presenting procedure, a case where a stationary stimulus pattern is simultaneously presented in the vicinity and a case where it is not provided are provided,
In the above calculation procedure, the endogenous noise variance is estimated as the amount of sway under each of these conditions, and the amount of sway is used to determine the visual field sway in either the absolute motion process or the relative motion process in the information processing stage in the brain. The method according to claim 11, wherein it is determined whether or not is affected.
請求項7乃至12のいずれかに記載の視野動揺量測定方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとした
ことを特徴とする視野動揺量測定プログラム。
13. A visual field fluctuation amount measurement program, wherein the procedure in the visual field fluctuation amount measurement method according to claim 7 is a program for causing a computer to execute the procedure.
請求項7乃至12のいずれかに記載の視野動揺量測定方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとし、
該プログラムを、該コンピュータが読み取りできる記録媒体に記録した
ことを特徴とする視野動揺量測定プログラムを記録した記録媒体。
A program for causing a computer to execute the procedure in the visual field fluctuation amount measurement method according to any one of claims 7 to 12,
A recording medium recording a visual field fluctuation amount measurement program, wherein the program is recorded on a recording medium readable by the computer.
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