JP7141396B2 - 刺激及び視標追跡システム - Google Patents
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Description
・対象の眼の正面において、
〇少なくとも1つの視覚刺激要素をディスプレイ上に表示し、且つ(対象によって知覚されるように)その可視性を変化させること、又は
〇一連の少なくとも1つの視覚刺激要素を、後に表示された要素が、先に表示された要素に対して(対象によって知覚されるように)異なる可視性を有するように表示すること
により、OKNを誘発するのに有効な視覚刺激を提供することと、
・刺激を見ている対象の眼のビデオを記録することと、
・ビデオを画像処理してOKNを検出することと
を含む方法を含む。
・ディスプレイであって、少なくとも1つの視覚刺激要素又は一連の少なくとも1つの視覚刺激要素を表示し、且つ(対象によって知覚されるように)その可視性を、後に表示された要素が、先に表示された要素に対して(対象によって知覚されるように)異なる可視性を有するように変化させるように配置されたディスプレイと、
・刺激を見ている対象の眼のビデオを記録するように配置されたカメラと、
・ビデオを画像処理してOKNの存在又は強さを検出するように配置された画像処理システムと
を含む視標追跡システムを含む。
・背景より暗い周縁部境界を有する周縁部及び背景より明るい中央部境界を有する中央部、並びに/又は
・背景より明るい周縁部境界を有する周縁部及び背景より暗い中央部境界を有する中央部
を含む。
本発明の方法において述べたように、視覚刺激の可視性は、OKNを介して視覚機能の評価を可能にするため又は後述のような他の査定を行うために変化される。刺激の可視性は、例えば、刺激の可視性を、複数回のトライアルを通じてOKNが終了するか又はOKNの強さ基準未満になるまで徐々に低下させることによって変化させることができる(下降極限法)。刺激の可視性は、不可視レベル(すなわち刺激が観察者にとって「消失」状態にある)から、OKNが始まるか又は強さにおいて強さ基準を超えるように増大する点まで徐々に増大させることができる(上昇極限法)。刺激の可視性は、適応的階段アルゴリズムに従って変化させることができ、これは、患者のOKN応答に応じて一連のトライアルを通じて刺激の可視性を変化させ、刺激の可視性の予想閾値レベルを提供する(階段法)。刺激は、ある刺激範囲において、所定、疑似ランダム又はランダム順に複数回提示することができる。次に、結果として得られたデータに、可視性閾値の計算を可能にする適当な関数を適合させることができる(一定刺激の方法)。試験者は、例えば、ダイヤル又はタッチパッドを用いて、観察者のOKNが停止するか又は強さ基準より低くなるまで刺激の可視性を直接調節し得る(試験者の制御による調節方法)。
OKN検出又は査定のためのビデオ処理は、例えば、オプティカルフローアルゴリズム又は点追跡アルゴリズムを用いてビデオから眼球速度及び/又は変位情報を抽出することを含み得る。ビデオ映像は、対象が視覚刺激を見ているときの眼の速度及び/又は変位の推測を行うため、例えばオプティカルフロー及び/又は点追跡と呼ばれる画像処理アルゴリズムを適用することにより、大まかに特定された眼の角膜輪部領域及び/又は瞳孔領域の内側にあるピクセルの速度及び/又は変位予測を特定するために使用される。好ましい実施形態において、Lucas-Kanadeオプティカルフロー及び/若しくはKanade-Lucas-Tomasi(KLT)又は他の点追跡アルゴリズムが使用され得る。オプティカルフロー及び/又は点追跡アルゴリズムにより提供される速度及び/又は変位推定は、大まかに特定された角膜輪部及び/又は瞳孔領域内のピクセル速度及び/又は変位の平均である。ヒューリスティック分析及び/又はテンプレートマッチングアルゴリズムは、OKNの存在及び方向を特定するために変位及び/及び速度推定に適用され得る。また、速度及び変位推定情報を手作業で健康な眼の速度及び/又は変位情報、並びに特にOKNが存在しなくなるか、若しくはOKNの強さの所定の閾値より低くなる速度閾値と比較して、眼機能及び/又は視経路の比較判定を行い得る。速度及び/又は変位推定は、人の注視方向を追跡するためにも使用され得る。注視方向は、ある人の行動特性、例えばどのような視覚刺激がその人の注意を引くか等の情報を判断するために使用され得る。幾つかの実施形態において、オプティカルフロー及び/又はKLTアルゴリズムは、幾つかのリセットイベントに対応する長さのビデオ映像の連続フレーム間のピクセル速度及び/又は変位情報を特定するために適用される。
消失ディスクに基づく刺激が、ETDRS視力表により特定されるような視力を推定する能力をテストした。OKNに基づくテストの再テスト信頼性は、視力表のものよりも高いことがわかった。無矯正の屈折異常を有する成人コホートについて(右眼のみ)、ETDRSとOKN視力データとの間にロバストな相関関係(R2=0.9)が見られた。再校正後の最良適合直線は、テスト(c)の「適合」最低感度を示し、これは、-0.01 logMARであり、視力(m)との一致は、OKN法/VA法で1.04 logMARであった。第二の実験を行い、0.0~0.5 logMARの範囲をテストするためにブラーリングを使用した。2つの刺激パラメータ設定をテストし、それぞれR2=0.76及び0.86という良好な線形適合結果を得た。適合直線係数は、(m=0.62、c=0.05)及び(m=0.50、c=0.21)であった。より薄い刺激では、適合最低感度が最良であり、全体としての視力表との一致が改善されたが、より濃い刺激では感度が最悪であり(c=0.21)、全体としての一致が最低であった(m=0.50)。全体として、OKN及びETDRSを用いた視力間に線形の関係が見られ、さらに、アルファパラメータを調節するのみで視運動性応答を操作することができた。
方法
参加者:School of Optometry and Vision Scienceにおいて健康な参加者(人数=18名、平均年齢=29±6歳)を募集した。
図11は、テストセッション及び再テストセッションのETDRS視力表並びにOKNにより特定された視力のBland-Altmanグラフを含み、テスト及び再テストの結果を示す。ETDRSチャートの平均差は、0.059であり、一致限界は、それぞれ0.12及び0.24(1.96δ=0.18)であった。OKNに基づく表の平均差は、0.056であり、一致限界は、-0.036~0.15(1.96δ=0.09)であった。結果は、OKNに基づく方法の再テスト性能が視力表の場合より良好であることを示した。図12は、無矯正の参加者に関するETDRSチャートにより得られた視力表と、OKNにより特定された視力との間で得られた相関関係(右眼に適用され、テスト及び再テストデータの両方にわたり蓄積)を示す。この結果は、2つのVA測定値との間の良好な一致(0.90及び高いR2決定係数)及び最良相関ラインとの一致を示し、推定勾配1.04、y切片c=-0.01である。
実験1でETDRSチャートについて得られた無矯正視力の範囲は、0.32~1.40(メジアン=0.88、IQR=[0.61,1.18])であった。しかしながら、logMAR 0.0~0.3のより低い範囲の査定成績がその臨床的重要性から関心を引いた。したがって、この範囲を含む視力が得られるようにするために意図的にブラーリングされた観察者について、実験1に記載したプロトコルを繰り返した。また、パラメータを変化させる効果についてもテストし、したがってα=2及びα=3について実験を繰り返した。
参加者:参加研究チームに属する健康な参加者(人数=2名、平均年齢=30)。ベースライン屈折矯正は、主観的屈折率により特定された。次に、2名の観察者において、右眼の視力不良(ブラーリング)を、正の屈折力のトライアルレンズをベースライン矯正に+0.25D刻みで追加し、テスト対象ではない方の眼を覆うことによりシミュレートした。ブラーリングエンドポイントは、視力を≧logMAR 0.6に下げるのに必要な正のレンズの最も高い屈折力であった。各ブラーリングステップでの視力を、実験1に記載したように、ETDRS VAチャート(オーストラリアのMedmont社のAT-20P Medmont Acuity Tester)で測定した。
α=2及びα=3の刺激に対するOKNによるVAとチャートによるVAとの相関関係が図12及び13に示されている。実験1のような校正は行わなかったため、2つを比較することができた。それでも、生の(校正なしの)線形適合の結果は良好であった(それぞれR2=0.76及び0.86)。適合ラインの勾配は、チャートによるVAの1 logMARの変化を通じたOKNによるVAの0.12 logMARの差と同等の差に匹敵した(α=2についてm=0.62、α=3についてm=0.50)。主な相違は、より濃い刺激の結果が縦軸に沿って縦方向にシフトし、最小感度c=0.21 logMARであることである(α=2のc=0.05 logMARと対照的)。その結果、適合ライン、したがってデータは、チャートによるより高いVA閾値において最良相関ライン(すなわちVAチャートとの最良の一致が見られる位置)を超えてシフトしたことが観察された。図11において、これは、0.12 logMARで発生し、図12では0.41 logMARで発生する。この所見は、刺激が「最良」の動作点を有することを示唆しており、これは、パラメータを適切に選択することにより変更できる。
目的:この調査の目的は、成人グループにおける単眼視力の、標準的な文字視力表の測定と比較した主観視力OKNシステムと刺激との間の一致の程度を査定することである。測定は、屈折率矯正を行わない場合と屈折異常を完全に矯正した場合とについて行った。これらの測定は、自動ETDRS視力表及びOKN視力測定システムを用いて行った。
移動する刺激を、対象から3メートル離して設置された27インチDELL S2716DG LEDモニタで提示してOKNを誘発させた。刺激は、パターン化されたディスク形の円であり、明るい内側の円及びより暗い外側のリングで構成される。他の制御可能なパラメータには、ディスクの大きさ、間隔及び移動速度が含まれる。下表は、各レベルでの各刺激の特性を示す。
ステップ1:初期ベースラインとして、少なくとも3つのOKNがあった最低ラインを特定する。その後、ボトムラインとして、少なくとも2つのOKNがあった最低ラインを特定する。初期ベースラインとボトムラインとが2つのライン内にある場合、初期ベースライン=最終ベースラインである。差が3つのラインより多い場合、ベースラインとして、少なくとも2つのOKNがあった最低ラインを引き続き探す。
ステップ2:視力スコア=最終ベースライン-N×0.02、Nは最終ベースライン未満のOKNの数。
OKN視力測定システムを用いて行われた測定と、ETDRSチャートを用いて行われたそれとの間に有意な正の相関関係が見られた(ピアソンの積率相関係数0.787、p<.0001)。これは、OKNに基づく測定がETDRS測定とよく相関しており、OKN視力測定システムが視力を有効に査定できることを示す。
対象:4カ所の臨床機関(オークランド大学、ニュージーランドのオークランド、米国のテキサス州及びオーストラリアのメルボルン)から3~7歳の小児を募集した。
23名の参加者(46眼)の分析が行われた。OKN視力測定システムの視覚的問題検出のための特異度及び感度は、83.33%及び62.5%であった。これは、特異度100%、感度31.25%のHOTVテストと有利に匹敵した。これらの結果は、OKN視力測定システムが未就学児及び学齢児童の視覚的問題のスクリーニングにおいて、現在の黄金律であるHOTVテストと同程度に有効に又はそれを上回って機能することを示す。
Claims (32)
- 視覚運動性眼振(OKN)の存在又は強さの特定に有用である、刺激及び視標追跡のための、視標追跡システムによって実行される方法であって、
・視標追跡システムのディスプレイ上の対象の眼の正面において、
〇少なくとも1つのディスプレイを横切るように移動する視覚刺激要素をディスプレイ上の背景に対して表示し、且つ(前記対象によって知覚されるように)可視性を変化させること、又は
〇一連の少なくとも1つのディスプレイを横切るように移動する視覚刺激要素を、後に表示されたディスプレイを横切るように移動する要素が、先に表示されたディスプレイを横切るように移動する要素に対して(前記対象によって知覚されるように)異なる可視性を有するように表示すること
〇ここで、前記移動する視覚刺激要素は中央部とこれと対比される周縁部とを有し、周縁部は背景よりも暗くかつ中央部は背景よりも明るく、及び/又は、周縁部は背景よりも明るくかつ中央部は背景よりも暗く、
により、OKNを誘発するのに有効な視覚刺激を提供することと、
・前記刺激を見ている前記対象の眼のビデオを、視標追跡システムのカメラによって記録することと、
・視標追跡システムの画像処理システムによって前記ビデオを画像処理してOKNを検出することと
を含む方法。 - 前記視覚刺激要素の前記可視性を変化させることは、前記視覚刺激要素を(前記対象によって知覚されるように)消失又は出現させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素の前記可視性を変化させること又は前記視覚刺激要素を消失若しくは出現させることは、前記視覚刺激要素又は視覚刺激要素の境界の強度、対比、大きさ及び/又は幅を減少又は増大させることを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 1つ又は複数の前記視覚刺激要素は、
・背景より暗い周縁部境界を有する周縁部及び前記背景より明るい中央部境界を有する中央部、並びに/又は
・背景より明るい周縁部境界を有する周縁部及び前記背景より暗い中央部境界を有する中央部
を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記周縁部は、外径又は横断寸法OD=αSWと、厚さSW(α-1)/2とを有し、ここで、SWは、前記中央部の直径又は横断寸法であり、及びαは、1~5の範囲である、請求項4に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素の前記可視性を変化させることは、前記視覚刺激要素の前記中央部に対する前記周縁部の又は背景に対する前記周縁部の強度、対比又は大きさ及び/若しくは幅を減少又は増大させることを含む、請求項4又は5に記載の方法。
- 前記視覚刺激の空間コンテンツ、速度、時間周波数、色特性、視差及び刺激の回転又は回転速度(回転対称でない場合)は、変化する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素は、前記ディスプレイを横切って移動し、前記視覚刺激要素が前記ディスプレイを横切って移動するにつれて可視性が変化する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ディスプレイを横切って移動する、後に表示される要素は、前記ディスプレイを横切って移動する、先に表示される要素に対してより低い又はより高い可視性を有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素の前記周縁部は、前記背景及び中央部よりも暗く、前記視覚刺激要素の前記中央部の強度は、最大強度の0.5~1.0倍であり、前記視覚刺激要素の周縁部の強度は最大強度の0~0.5倍である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素は、円及び/又は楕円及び/又はディスクを含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素を1つの行又は列、又は、2つ又はそれ以上の行及び/又は2つ又はそれ以上の列、又は、群列、又は、ディスクの場として表示することを含む、請求項11に記載の方法。
- ディスプレイを横切って移動する複数の円及び/又は楕円及び/又はディスクを含む複数の視覚刺激要素を表示することを含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- ディスプレイを横切って左から右に、又は、その逆に、又は、1つの行又は列、又は、2つ又はそれ以上の行及び/又は2つ又はそれ以上の列、又は、群列、又は、ディスクの場として移動する複数の視覚刺激要素を表示することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記視覚刺激要素は、周縁部又は環状部又は外側ディスクによって囲まれた中央部又は中央のディスクを含む、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の方法。(
- 前記視覚刺激要素は、明るい内側の円及びより暗い外側のリング、又はその逆のものを含むパターン化されたディスク形の円の形態である、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。
- 視標追跡システムであって、
・ディスプレイであって、背景に対して
〇少なくとも1つの視覚刺激要素を表示し、且つ(対象によって知覚されるように)その可視性を変化させること、又は
〇少なくとも1つの一連の視覚刺激要素を、後に表示される要素が、先に表示される要素に対して(前記対象によって知覚されるように)異なる可視性を有するように表示すること、
〇ここで、前記視覚刺激要素は中央部とこれと対比される周縁部とを有し、周縁部は背景よりも暗くかつ中央部は背景よりも明るく、及び/又は、周縁部は背景よりも明るくかつ中央部は背景よりも暗く、
を行うように配置されたディスプレイと、
・刺激を見ている前記対象の眼のビデオを記録するように配置されたカメラと、
・前記ビデオを画像処理してOKNの存在又は強さを検出するように配置された画像処理システムと、
を含む視標追跡システム。 - 前記視覚刺激要素を(前記対象によって知覚されるように)消失又は出現させることにより、前記視覚刺激要素の前記可視性を変化させるように配置された、請求項17に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素又は視覚刺激要素の境界の強度、対比、大きさ及び/又は幅を減少又は増大させることにより、前記視覚刺激の前記可視性を変化させるか、又は前記視覚刺激要素を消失若しくは出現させるように配置された、請求項17又は18に記載のシステム。
- 1つ又は複数の前記視覚刺激要素は、
・背景より暗い周縁部境界を有する周縁部及び前記背景より明るい中央部境界を有する中央部、並びに/又は
・背景より明るい周縁部境界を有する周縁部及び前記背景より暗い中央部境界を有する中央部
を含む、請求項17乃至19のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記周縁部は、外径又は横断寸法OD=αSWと、厚さSW(α-1)/2とを有し、ここで、SWは、前記中央部の直径又は横断寸法であり、及びαは、1~5の範囲である、請求項20に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素の前記中央部に対する前記周縁部の又は背景に対する前記周縁部の強度、対比又は大きさ及び/若しくは幅を減少又は増大させることにより、前記視覚刺激要素の前記可視性を変化させるように配置される、請求項1乃至21のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記視覚刺激の空間コンテンツ、速度、時間周波数、色特性、視差及び視覚の回転又は回転速度を変化させるように配置される、請求項17乃至22のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素を前記ディスプレイを横切って移動させ、前記視覚刺激要素が前記ディスプレイを横切って移動するにつれて可視性が変化するよう配置された、請求項17乃至23のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ディスプレイを横切って移動する後に表示された要素を、前記ディスプレイを横切って移動する先に表示された要素に対してより低い又はより高い可視性を有するように移動させるよう配置された、請求項17乃至24のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素は、背景及び中央部よりも暗い周縁部を有し、前記視覚刺激要素の前記中央部の強度は最大強度の0.5~1.0倍であり、前記視覚刺激要素の前記周縁部の強度は、最大強度の0~0.5倍である、請求項11乃至19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素は、円及び/又は楕円及び/又はディスクを含む、請求項17乃至26のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素を1つの行又は列、又は、2つ又はそれ以上の行及び/又は2つ又はそれ以上の列、又は、群列、又は、ディスクの場として表示するよう配置された、請求項27に記載のシステム。
- ディスプレイを横切って移動する複数の円及び/又は楕円及び/又はディスクを含む複数の視覚刺激要素を表示するよう配置された、請求項17乃至26のいずれか一項に記載のシステム。
- ディスプレイを横切って左から右に、又は、その逆に、又は、1つの行又は列、又は、2つ又はそれ以上の行及び/又は2つ又はそれ以上の列、又は、群列、又は、ディスクの場として移動する複数の視覚刺激要素を表示するよう配置された、請求項29に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素は、周縁部又は環状部又は外側ディスクによって囲まれた中央部又は中央のディスクを含む、請求項17乃至30のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記視覚刺激要素は、明るい内側の円及びより暗い外側のリング、又はその逆のものを含むパターン化されたディスク形の円の形態である、請求項17乃至31のいずれか一項に記載のシステム。
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