ES2257898B1 - Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculograficas para la deteccion de desviaciones oculares respecto a unas señales patron de seguimiento ocular. - Google Patents

Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculograficas para la deteccion de desviaciones oculares respecto a unas señales patron de seguimiento ocular. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular. Procedimiento que se caracteriza por el hecho de que comprende el seguimiento de una de las señales patrón, la obtención de señales electrooculográficas, la amplificación, el filtrado (9) y la digitalización de dichas señales, el registro (7) y la aplicación de una función de regresión lineal (10), que permite aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales, en diferentes intervalos de tiempo.

Description

Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular.
La presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular.
Antecedentes de la invención
Son conocidos procedimientos de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón que comprenden una lectura por parte del sujeto de una señal patrón introducida en un ordenador, y unos electrodos fijados sobre el sujeto que permiten obtener señales electrooculográficas en función de la lectura realizada del seguimiento ocular de la señal patrón realizado por el sujeto de la señal patrón. Sin embargo, dichos procedimientos no incorporan la combinación de pares de electrodos para obtener una pluralidad de canales de registro. Este hecho hace que no se puedan medir las componentes horizontal y vertical de la señal electrooculográfica y por tanto, que no se pueda conocer la posición ocular del sujeto en cada intervalo de tiempo.
Se conocen también procedimientos que permiten registrar las señales electrooculográficas y compararlas con una señal patrón, pero sólo son válidos si las lecturas de las señales patrón por parte del sujeto se realizan con movimientos oculares sacádicos (movimientos oculares rápidos). Además, dichos procedimientos, filtran paso alto a una frecuencia muy cercana a 0 Hz, para eliminar el problema de deriva introducido en la señal, pero este hecho, hace que se pierda una parte importante de la información sobre la posición ocular.
Son conocidas también, aplicaciones de funciones matemáticas basadas en reglas de conjuntos difusos, que usan características de la señal electrooculográfica como son la velocidad, la aceleración y los cambios de dirección, para poder separar los movimientos oculares de la deriva introducida en la señal. Sin embargo, dichas funciones matemáticas, sólo contemplan los movimientos oculares sacádicos y no resultan válidos para movimientos oculares lentos.
Descripción de la invención
El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas que permite detectar las desviaciones oculares respecto a unas señales patrón y aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales.
De acuerdo con este objetivo, el procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de la presente invención, se caracteriza por el hecho de que comprende las siguientes etapas:
a)
Seguimiento por parte del sujeto de una de las señales patrón introducidas en el ordenador.
b)
Obtención de señales electrooculográficas a partir de los electrodos fijados sobre el sujeto y en función de la lectura de la señal patrón, adaptando la velocidad del cursor de la señal patrón a la velocidad del ojo del sujeto.
c)
Obtención de una pluralidad de canales de registro mediante la combinación de pares de electrodos.
d)
Amplificación y filtrado de las señales electrooculográficas obtenidas.
e)
Digitalización de dichas señales electrooculográficas.
f)
Registro de las señales digitalizadas a un ordenador donde se halla la señal patrón.
g)
Sobreposición de las señales registradas y la señal patrón, que permite comparar dichas señales.
h)
Aplicación de una función de regresión lineal a las señales electrooculográficas registradas y a la señal patrón, que permite aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales, en diferentes intervalos de tiempo.
Las etapas a), b), c), d), e) y f) se realizan en cada para cada intervalo de movimiento de la señal patrón de seguimiento ocular y que dichos intervalos son parametrizables en espacio y tiempo para cada ensayo. Mientras que las etapas g) y h) se realizan a posteriori.
De acuerdo con el mismo objetivo de la presente invención, en la etapa d) se amplifican una parte de la pluralidad de canales para medir la componente continua de la señal, se filtra el resto de la pluralidad de canales a la menor frecuencia permitida y se filtra, toda la pluralidad de canales a través de un filtro paso bajo. Una parte de la pluralidad de canales miden la componente horizontal de la señal, y el resto de canales mide la componente vertical, siendo este número de canales restante superior al número de canales que mide la componente horizontal.
Gracias a las características de este procedimiento es posible medir las componentes horizontal y vertical de la señal electrooculográfica, y por lo tanto conocer la posición ocular del sujeto, que permite detectar desviaciones oculares.
Además, gracias a este procedimiento, es posible ajustar la velocidad de la señal patrón a la velocidad de lectura seguimiento del sujeto, por lo que se pueden obtener registros válidos tanto para movimientos oculares sacádicos como para movimientos oculares lentos.
Preferiblemente, en la etapa g) se compara dichas señales a las señales patrón y se las ajusta, aplicando un factor de escalado y offset. Esto permite suavizar las señales y medir las diferencias de nivel entre distintos puntos de la señal para determinar el valor de deriva en un intervalo de tiempo específico, y poder finalmente obtener registros válidos.
Ventajosamente, la etapa a) comprende la lectura de nueve señales patrón, que tienen forma horizontal, vertical, diagonal hacia arriba, diagonal hacia abajo, sinusoidal, cosinusoidal, circular, pulso rectangular y diente de sierra,; aunque pueden añadirse otras. Estas señales patrón son parametrizables y de fácil análisis, para que la comparación entre la señal electrooculográfica registrada y las señales patrón se pueda realizar a través de la aplicación de una función matemática de regresión lineal, que obtiene la posición ocular del sujeto, en diferentes intervalos de tiempo.
Breve descripción de los dibujos
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
En dichos dibujo,
la figura 1 muestra el diagrama de bloques del paradigma experimental,
la figura 2 muestra el diagrama de bloques de los cinco módulos integrados en el ordenador, que realizan el control de los parámetros del paradigma y el análisis posterior del resultado.
Descripción de una realización preferida
La figura 1 muestra mediante un diagrama de bloques, las diferentes etapas que constituyen el procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares. Inicialmente se carga en el ordenador 1 los módulos 1a que realizan el control de digitalización, la generación de patrones y el registro de respuestas. El monitor 2 muestra los patrones de movimiento del cursor que debe seguir el sujeto 3 sin mover la cabeza. Antes de empezar a registrar la señal, es necesario ajustar el offset de cada canal. Para ello, el sujeto 3 debe mantener la mirada fija en posición neutra (vista al centro). Dichas señales patrón tienen forma horizontal, vertical, diagonal hacia arriba, diagonal hacia abajo, sinusoidal, cosinusoidal, circular, pulso rectangular y diente de sierra, y permiten obtener las señales electrooculográficas que entran en el polígrafo 4, que las amplifica y las filtra.
Mediante la combinación de pares de electrodos se obtienen seis canales de entrada al polígrafo 4. Los canales uno, tres y cinco miden la componente continua de la señal, y a los canales dos, cuatro y seis se les aplica un filtro paso alto a la menor frecuencia permitida. En los canales que miden la componente continua se utiliza una menor sensibilidad para evitar, en lo posible, la saturación de los amplificadores. Los canales uno y dos de salida del polígrafo 4, registran la componente horizontal del movimiento y los canales tres, cuatro, cinco y seis de salida, registran la componente vertical del movimiento. Dichas señales se digitalizan a través de la una tarjeta de digitalización 5 para cada intervalo de movimiento de la señal patrón.
Una vez obtenidas las señales digitales, se graban en un fichero del ordenador 1, junto con la señal patrón para poder realizar el control de los parámetros del paradigma y el análisis posterior del resultado.
La figura 2 muestra el diagrama de bloques de los cinco módulos integrados en el ordenador 1. El módulo de configuración 6, permite seleccionar los parámetros de adquisición de la tarjeta de digitalización 5 y visualizar las señales electrooculográficas en tiempo real. La gráfica que aparece en pantalla permite ajustar los parámetros de filtrado del polígrafo 4, que más adelante se introducen en el programa. Se crea un directorio de registro 11 con formato "AAMMDD-hh.mm.ssMontaje.cfg". Con esto, el sistema está preparado para realizar los paradigmas experimentales.
El módulo de registro 7, genera los estímulos del paradigma experimental, y recoge y graba, juntamente con dichos estímulos, las señales electrooculográficas en el fichero creado en el módulo de configuración 6. En primer lugar, se introducen los parámetros de configuración que son: patrón de movimiento, tiempo entre cada movimiento del cursor (ISI: InterStimuli Interval), nº de iteraciones, margen lateral del monitor 2 y nº de puntos generados que recorre el cursor (variable x). En segundo lugar, se configura la tarjeta de digitalización 5 para adquisición de la señal sin bufferen tiempo real, es decir, el valor de la señal electrooculográfica que se obtiene en cada instrucción de lectura de la tarjeta de digitalización 5 se corresponde con el momento de la lectura. En tercer lugar, se crea el archivo de registro en el directorio de registro 11 especificado en el módulo de configuración 6. El paradigma experimental empieza con el posicionamiento del cursor en el punto inicial del monitor 2 y con la generación de una señal acústica para avisar al sujeto del comienzo de la sesión. La iteración central realiza la secuencia de estímulos y recoge las muestras de manera síncrona. Este procedimiento controla que cada iteración se realice en un periodo de tiempo igual al ISI. El procedimiento de cálculo estadístico utiliza el vector de tiempo para calcular la mediana aritmética, la desviación estándar y los valores máximos y mínimos del ISI. Los resultados del paradigma experimental dependen de los parámetros de configuración internos (ISI, x) y también, de los factores externos como son la velocidad de la unidad central del ordenador 1, la tarjeta gráfica, el tamaño del monitor 2 y la distancia del sujeto 3 al monitor 2. La velocidad de la unidad central del ordenador 1 y la tarjeta gráfica, determinan el valor mínimo del ISI. El tamaño del monitor 3 afecta a la velocidad real del movimiento del cursor.
El módulo comparador 8, compara las señales registradas en el módulo de registro 7 con sus respectivos patrones de movimiento, y establece los factores de escalado y offset que mejor ajustan ambas señales. Este módulo suaviza las señales aplicándoles un filtro de mediana móvil parametrizable, y también mide las diferencias de nivel entre diferentes puntos de la señal, para determinar los valores de deriva en un intervalo específico de tiempo.
El módulo de filtrado 9 compara las señales electrooculográficas respecto a sus señales patrones. Además, ajusta la frecuencia de corte de un filtro paso alto, que aísla los parpadeos involuntarios del sujeto 3, que se introducen dentro de la señal electrooculográfica.
El módulo de regresión lineal 10 aproxima la posición ocular del sujeto 3 a partir de las señales electrooculográficas de uno o más ficheros de registro, utilizando los patrones de movimiento del cursor. Para realizar dicha aproximación, se plantean dos sistemas de ecuaciones lineales con los patrones de movimientos oculares y los registros oculares, de la siguiente forma:
Px(i) = ao + a1C1(i) + ... + anCn (i) i=1,2,..,m
y
Py(i) = bo + b1C1(i) + ... + bnCn (i) i=1,2,..,m
Donde;
Px es la componente horizontal del patrón de movimiento del cursor,
Py es la componente vertical del patrón de movimiento del cursor,
C1 corresponde a los canales de las señales electrooculográficas de registro,
“ai” corresponde a los coeficiente de la componente horizontal,
“bi” corresponde a los coeficientes de la componente vertical,
“n” es el número de canales de registro y,
y,
“m” es el número de muestras del intervalo a tratar.
A partir de cada sistema de ecuaciones, se calculan los coeficientes utilizando el método de mínimos cuadrados. En función de dichos coeficientes, se obtienen las respectivas funciones de filtrado Fx(i) y Fy(i), donde;
Fx(i) corresponde a la función de filtrado de la componente x,
y,
Fy(i) corresponde a la función de filtrado de la componente y,
Estas funciones, permiten obtener la reconstrucción de cada una de las componentes del movimiento ocular.
A continuación, se calcula el error cuadrático medio (mse) para cada componente, según las siguientes funciones:
msex = 1/m*S((Fx(i)-Px(i))^{2} S de 1 a m
y
msey = 1/m*S((Fy(i)-Py(i))^{2} S de 1 a m
donde;
“msex” corresponde al error cuadrático medio de la componente x,
“msey” corresponde al error cuadrático medio de la componente y,
y,
S corresponde al sumatorio de 1 a m.
El proceso de cálculo se realiza de forma interactiva, con lo que es posible comparar fácilmente distintos valores del filtro o de distintas partes de la señal y observar el error cometido en la aproximación.

Claims (7)

1. Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular, caracterizado por el hecho de que comprende las siguientes etapas:
a)
Seguimiento por parte del sujeto (3) de una de las señales patrón introducidas en el ordenador (1).
b)
Obtención de señales electrooculográficas a partir de los electrodos fijados sobre el sujeto (3) y en función de la lectura de la señal patrón, adaptando la velocidad del cursor de la señal patrón a la velocidad del ojo del sujeto (3).
c)
Obtención de una pluralidad de canales de registro mediante la combinación de pares de electrodos.
d)
Amplificación y filtrado (9) de las señales electrooculográficas obtenidas.
e)
Digitalización (5) de dichas señales electrooculográficas.
f)
Registro (7) de las señales digitalizadas a un ordenador (1) donde se halla la señal patrón.
g)
Sobreposición de las señales registradas y la señal patrón, que permite comparar (8) dichas señales.
h)
Aplicación de una función de regresión lineal (10) a las señales electrooculográficas registradas y a la señal patrón, que permite aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales, en diferentes intervalos de tiempo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en la etapa d), se amplifican una parte de la pluralidad de canales para medir la componente continua de la señal, y se filtra el resto de la pluralidad de canales a la menor frecuencia permitida.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la pluralidad de canales se filtra, además, a través de un filtro paso bajo.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por el hecho de que de la pluralidad de canales tratados en la etapa d), una parte de ellos mide la componente horizontal de la señal, y el resto de canales mide la componente vertical.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa g) compara dichas señales y las ajusta aplicando un factor de escalado y offset.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa a) comprende por lo menos, la lectura de nueve señales patrón.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las señales patrón tienen por lo menos forma horizontal, vertical, diagonal hacia arriba, diagonal hacia abajo, sinusoidal, cosinusoidal, circular, pulso rectangular y diente de sierra.
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