CN110167421A - 整体地测量视觉功能的临床参数的系统 - Google Patents
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Abstract
用于整体测量视觉功能的临床参数的系统，包括：用于表示具有3D对象的场景的显示单元(20)，3D对象具有可变特征，如3D对象在场景中的虚拟位置和虚拟体积；用于检测用户头部的位置和与显示单元(20)的距离的运动传感器(60)；用于检测用户瞳孔的位置和瞳孔距离的跟踪传感器(10)；用于用户与场景之间的交互的接口(30)；以及用于基于来自传感器(60，10)和接口(30)的数据以及结合三维对象的特征变化，并基于与双眼视、调节、眼球运动和视觉感知相关的视觉功能的多个临床参数的估计而分析用户响应的处理装置(42，44)。
Description
技术领域
本发明属于测量视觉功能的临床参数的系统和方法的领域。更具体地，涉及使用沉浸式虚拟现实技术来测量这类参数。
背景技术
目前，测量这类视觉功能的临床参数需要临床专家进行其中通过多次测试和视标对患者进行检查的会诊。通常，测量过程中的个人及人工组成部分提供主观的、难以重现的、并且仅仅是定性的结果。
另一方面，测量是基于要检查的视觉功能独立执行的。由于没有考虑其他因素的影响，有时结果并不有效。例如，众所周知，患者通常用其他视觉功能的整体使用来补偿其视觉功能的特殊异常或损伤。
简而言之，目前还没有考虑到患者的适应能力，因此，旨在纠正具体异常的行动在实践中可能导致患者视力的总体恶化。此外，对患者的测量和测试受到进行测量和测试的专家的主观性的影响，从而大大限制了获得的实验结果的重复性和一致性。
发明内容
本发明涉及一种用于整体地测量(优选地实时测量)眼部、动眼神经和视觉功能参数，以及生成用于视觉功能改善的疗法和训练的系统。
为此，使用检测用户瞳孔的位置的跟踪传感器，以及使用具有预定的关于尺寸、形状、颜色、速度等特性的3D对象为用户再现某些场景的三维显示单元(3D)。这两者是根据作为会诊的部分所执行的测试类型选择的。运动传感器检测用户运动，使得显示单元能够适应场景并为其提供沉浸式特性。
系统还包括用户可以交互的接口。特别地，接口接收来自用户的命令以与显示系统进行交互。这些命令可以通过多种不同方式进行注册(通过控制按钮、语音命令、手套等)。
系统还实现以协调方式对显示单元、传感器和接口进行管理的处理装置。因此，在显示单元中产生的对视觉刺激的用户响应被传感器检并被发送到处理装置用于测量临床参数。
本发明的重点在于允许生成与用户交互的环境的基于虚拟现实的技术。特别地，所寻求的是沉浸于虚拟环境的能力。这对于为用户创建与真实环境相似的条件来说格外有趣，因此如果需要的话，允许重复其再现数次。为此目的，显示单元需要与用户携带的运动传感器耦合。在一些实施例中，显示单元可以是虚拟现实眼镜，在另一些实施例中是3D屏幕和偏振光眼镜。在任何情况下，耦合运动传感器和显示单元允许使显示的3D图像适应于人的运动或位置，让用户感觉像沿着显示的虚拟环境运动，也就是说，感觉自己沉浸在其中，优选地用最低60°的视野，从而能够对视觉功能进行适当的评价、治疗和训练。为了实现上述目标，参加会诊的元素之间的准确协调是重要的。因此，首先为用户引入3D虚拟现实环境，让用户沉浸其中。在所述3D环境中，一些3D对象将以“视标”的方式显示，这些“视标”旨在用作用户必须聚焦其视线于其上的刺激，并且与要执行的测试相关。
附图说明
图1示出根据本发明的可能实施例的简化框图。
图2A和2B示出正在查看具有运动3D对象的场景的健康用户的测量的示例。
图3A和3B示出正在查看具有运动3D对象的场景的患有功能障碍的用户的测量的示例。
图4示出在实施例中实现的一般步骤的概括图。
具体实施方式
参照前面的图，进一步详细说明示例性非限制实施例。
图1示出实时地整体测量视觉功能的临床参数的系统，包括多个组件。存在用于定期检测用户瞳孔的位置的跟踪传感器10。因此，不仅可以测量方向变化，还可以测量速度。通常，跟踪传感器10允许基于会诊中执行的特定测试测量多个参数。图2和图3进一步详细说明了本发明的这方面。例如，跟踪传感器10可以对左右眼的位置、用户(通过双眼和单眼)正在看的对象的位置、眼传感器距离、瞳孔大小、瞳孔间距、眼球运动的速度等进行取值。一般来说，为了执行测量操作，跟踪传感器10包括旨在用于聚焦于用户的眼睛并捕捉他们的运动和位置的一对照相机。这需要足够高的采样频率来捕捉眼睛的快速运动。还必须计算生成的虚拟环境中用户正在查看的位置。跟踪传感器10是正确的验光测量所必需的。大量功能障碍是通过眼睛对几种刺激的异常运动来检测的。为了清晰的原因，图2和图3分别示出传感器10、60所进行的测量如何与用户的视觉条件相关联，存在或不存在可能的功能障碍。
具有3D沉浸能力的显示单元20为用户再现或投影具有深度特征的场景(包括在尺寸、形状、颜色、景物位置、与用户的距离、静止或运动等方面具有预定属性的3D对象)。这些包括3D对象的场景作为视标工作，并且可以在系统中根据要执行的测试的类型被选择，这样允许在用户中产生特定的视觉刺激。因此，可以为用户设计具有不同视觉挑战和刺激的多个场景，用于视觉功能的评价、治疗或训练。
系统还包括用于用户交互的接口30。特别地，接口接收来自用户的命令来控制显示单元20和系统的其他组件。接口30还可以反过来向用户发送测试指令。因此，系统可以测量对用户动作的响应(运动，3D环境中的位置，按键等)。
系统还包括处理装置40，优选地实现为服务器42和终端44，它们协调地共享显示单元20，传感器10和接口30控制的管理，使得来自用户的视觉响应可以被传感器10检测并被传输到服务器42，用于测量视觉功能的临床参数。此外，显示单元20允许根据用户运动来调整所表示的3D图像。显示单元20可以包括分离系统(如偏振光眼镜等)。
优选地，通过3D接口开始测试。在对具体场景进行可视化时，传感器10在给定时间已经检测到的用户视觉刺激与显示单元20中在该时间处表示的3D对象相关联。这些用户瞳孔位置的变化被检测到，并与用户头部进行的运动相结合，这些运动通过运动传感器60检测到。连接运动传感器60和显示单元20允许显示适应于人的运动或位置的3D图像，让用户感觉他们好像实际上在可视化的虚拟环境中运动，也就是说，就像是沉浸其中。
数据被处理，并且3D对象的属性与传感器10、60检测到的生成刺激相关联。这允许在可重现和可控的条件下测量视觉功能的临床参数。因此，通过对获得的数据进行适当的处理，可以得知用户的视觉行为、眼球运动、收敛等。此外，还可以将视觉功能的临床参数与预期范围进行比较，以便评估是否存在任何问题。
如上所述，连同显示单元20中的3D对象可视化，跟踪传感器10在虚拟现实环境中跟踪用户的视线。跟踪传感器10记录：
-眼睛(左眼和右眼)的位置
-每只眼睛(分别)注视的位置
-用户通过组合使用双眼在3D环境中查看的位置。
同时，还可以显示指令，通过解释用户必须在每个时刻做什么而指导用户。这些指令可以通过文本或音频的方式通过接口30实现。所述接口30还允许用户与显示单元20所表示的场景中的3D对象交互。与用户的交互从那时开始，必须记录对显示的刺激给出的响应(即测量值)。
例如，用户的这些响应可以包括：
-设备的运动(在空间中的任何方向)
-设备在虚拟现实环境中的位置
-按下设备的按钮
-语音命令。
在上述情况下，对于前述的任务，尽管这些任务已经从外部服务器42提供(下载)，该过程优选地在客户端终端44中执行。分布式环境允许降低终端44的技术要求，不同用户中执行的测试的集中控制，对统计数据的访问等。例如，最繁重的操作和计算可以在服务器42中执行，从终端44卸载处理工作负载。同样，可以从服务器42定义为测试而建立的特征：
-要使用的虚拟现实环境
-3D对象及其特征(尺寸、距离、颜色、运动……)
-给用户什么样的指令
-何时用跟踪传感器10捕获信息
-什么时候用用户接口30捕获信息
-记录和输出哪些数据作为执行任务的结果。
关于需要记录的数据，有来自传感器10、60的数据，也有来自与用户交互的接口30的数据。
一旦整个数据的本地处理完毕，它们被分组并发送到服务器42进行存储和后续分析。因此，可以进行统计、新测试、建议、治疗等。
例如，根据服务器42中存储的科学研究，可以验证给定参数的获取值是否在公差范围内。另一方面，可以设计新场景作为建议，作为用于改进测试提供较差结果的一些功能的治疗或训练。
图2A和图2B示出用户在两个时刻与系统交互的示例。在初始时刻t＝ti时，系统在显示单元30中表示对应于一列火车沿着铁路运行的3D模型。
用户携带运动传感器60，用于在两个时刻处记录头部运动(Xic，Yic)、(Xfc，Yfc)和与显示单元20的距离Dic，Dfc。类似地，跟踪传感器10记录用户在两个时刻的瞳孔运动，提供了关于两个瞳孔的位置的更多信息。右边：(xi1,yi1,zi1)，(xf1,yf1,zf1)；左边：(xi2,yi2,zi2)，(xf2,yf2,zf2)。
另一方面，显示单元20在两个不同的虚拟位置(xio、yio、zio)、(xfo、yfo、zfo)，并在每个时刻以两个不同体积Vio，Vfo表示3D对象。其他属性如3D对象的颜色，可能会随着会诊中要执行测试的功能而变化。
当对上述值进行处理时，检查用户的眼睛是否与场景中的3D对象运动适当地协调。视觉行为与健康个体相对应。
图3A和图3B示意性地示出上述情况，其中用户的视觉行为对刺激没有适当的响应。如图3A所示，用户不将其左眼(xi2，yi2，zi2)的视轴正确对齐到感兴趣的对象(Vio)上，显示出双眼视觉的局限性(斜视)。在这种情况下，偏移角(图3B)通过移动感兴趣的对象(Vfo)保持不变，这表明共同性病情，也就是说，它在查看的不同位置有相同的偏移角。这个信息对于确定病情的严重程度以及推荐的视觉治疗类型至关重要，以便重新建立患者的双眼视。
显然，选择的场景只是示例。其他场景可以是具有有不同形状、颜色和大小的鱼不断出现和消失的水族馆；车辆正在接近用户的道路；鼹鼠随机跑出来的洞穴，等等。在这些场景中，可以客观地同时测量所有参数(不低估彼此之间存在的影响)。
图4简要地说明了系统用于测试的操作期间可能的一系列动作。第一步骤50中，注册用户的个人相关信息。优选地，所介绍的数据为：性别、年龄、习惯等，为此，可使用接口30。用户通过终端44作为客户端向服务器42发出请求，并安装与所选测试类型相关联的应用程序。
用户位于显示单元20的前方，指令通过接口30或显示单元20给到用户，以便正确放置跟踪传感器10或根据运动传感器60相对于显示单元将跟踪传感器10坐落在适当的位置。然后，在步骤51处，使用一个或多个3D对象表示与所选择的测试相关的场景，这些对象的属性随着时间或用户交互而变化。
用户和显示单元在步骤52处通过接口30进行交互。一般来说，用户可以在测试期间使用图形或音频得到指令。例如，接口30可以包含任何元素，以便用户更容易地与显示单元20中表示的场景30的3D对象进行交互。
在步骤53处，传感器10，60在场景重现时检测值。这些数据必须以最小延迟发送到终端44。
在步骤54处，终端44接收捕获的数据并对其进行预处理和发送到服务器42，以获得视觉功能的临床参数值。
当测试或具有不同测试的会诊完成后，终端44将获得的数据发送到服务器42进行存储和进一步处理。特别地，在步骤55处，将参数与用户配置文件的预期范围进行比较。
在步骤56处，当服务器42处理所获得的数据时，它将这些数据与可能的功能障碍相联系。
最后，在步骤57处，服务器生成改进功能障碍的可能建议，并将这些建议发送到终端44，以便将它们连同获得的结果一起显示给用户。
由于使用的这项技术，测试以客观、整体以及定制的方式执行，并允许识别不同的视觉功能障碍。特别地，那些功能障碍限制眼睛对准感兴趣的对象的能力(收敛性不足，发散性过剩，转动不灵活)，或限制聚焦能力(调节不足，调节过多，调节不灵活)，或限制从一个对象到另一个对象的查看变化(眼球跳动)，或限制跟踪对象(平稳跟随运动)，或限制识别和管理环境信息所需的视觉感知能力。所有这些都可以通过定制的方式进行评估和训练(不仅基于执行测试的条件，还基于每个工作会诊的开发)。另一方面，多种多样的视觉化可被提供给相同的练习，这允许更好地适应日常的视觉需求，并在练习中保持兴趣和注意力。
应当注意的是，本发明不仅可用于识别功能障碍，还可通过视觉刺激和挑战训练健康用户的身体和技术活动。可以直接应用于体育人士和儿童，也可以扩展到特定的专业人士(司机、飞行员……)以及业余人士(处理微型画、娱乐游戏……的能力)的视觉需求。
应当注意的是，本发明特征的优点之一是只需要容纳必要设备的减少的空间。例如，对于使用配置为显示单元20的屏幕的实施例，任何东西都可以放在离用户一定距离的桌子上，用户优选地坐在50厘米到1米之间，再加上一台计算机作为处理装置40的一部分。其余的部件由用户用头和手携带(控制设备、手套等)。还有更少的元件的情况，假如在实施例中显示单元20是一副VR眼镜。
Claims (13)
1.一种用于整体地测量视觉功能的临床参数的系统，其特征在于，包括：
-显示单元(20)，被配置用于表示其中至少3D对象具有用于促进用户的视觉响应的可变特征的场景，其中所述可变特征至少包括场景中所述3D对象的虚拟位置(Xo，Yo，Zo)和虚拟体积(Vo)；
-多个运动传感器(60)，被配置用于检测用户头部位置(Xc，Yc)和用户头部与所述显示单元(20)的距离(Dc)；
-多个跟踪传感器(10)，被配置用于检测所述用户瞳孔位置(Xp，Yp，Zp)和瞳孔直径(dp)；
-接口(30)，被配置用于允许所述用户在场景上进行交互；
-处理装置(42，44)，被配置用于基于以下分析用户响应：
将来自所述传感器(60，10)和所述接口(30)的数据与所述显示单元中表示的3D对象的特征变化相关联；
评估用户视觉功能的多个临床参数。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述特征是根据预定的程序设计而作为时间的函数可变的。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述可变特征还包括所述3D对象的颜色。
4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述特征作为通过所述接口(30)的所述用户交互的函数是可变的。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述接口(30)包括以下中的至少一个：数码笔、手套、控制设备等。
6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述显示单元(20)包括3D屏幕。
7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述显示单元(20)包括虚拟现实眼镜。
8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述显示单元(20)包括分离系统。
9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述处理装置(42，44)还被配置为将所述视觉功能的估计临床参数与存储的参考值范围进行比较，并基于所述比较建立可能的视觉功能障碍。
10.如权利要求8或9所述的系统，其中基于包含至少年龄信息的用户配置文件实现与参考值范围的比较。
11.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述处理装置包括客户端终端(44)和服务器(42)，其中所述客户端终端(44)被配置用于接收和处理由传感器(10，60)测量的数据并将其发送到所述服务器(42)。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述服务器(42)被配置用于将所述值与具有参考值的数据库进行比较。
13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中临床参数的视觉功能涉及以下中的至少一个：双眼视、调节、眼球运动和视觉感知。
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