FR3110076A1 - Analyse du mouvement des yeux dans l’espace réel 3D en direction et en profondeur - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de traitement de données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne, le procédé comprenant les étapes suivantes :- stimulation de la motricité binoculaire d’une personne au moyen d’un dispositif (21) de stimulation de la motricité binoculaire configurés pour stimuler de manière spécifique des saccades, des vergences ou une combinaison des deux ou un test (22) de lecture ; stimuli physiques dans l’espace réel 3D vus avec les deux yeux naturellement (sans artifices) ;- acquisition pendant ladite stimulation du mouvement de l’œil droit (OD) et de l’œil gauche (OG) d’une personne (P) et, le cas échéant d’un signal de stimulation issu du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire ; le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une unité (3) de traitement ;- détermination à partir du mouvement de l’œil gauche (OG) et de l’œil droit (OD), d’une trajectoire effective (Tr1) des yeux en réponse à chaque stimulation, une trajectoire effective correspondant à une saccade et/ou à un mouvement de vergence des yeux. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne le domaine du traitement des données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne, la motricité binoculaire ayant été stimulée au moyen d’un test visuel par exemple au moyen d’un dispositif dédié à la stimulation de la motricité binoculaire ou au moyen d’un test de lecture. Et l’invention s’applique notamment au diagnostic de pathologies ayant un lien avec la motricité binoculaire. Elle s’applique aussi à la recherche sur le développement ou vieillissement normal, et en fin, à des applications ergonomie du travail, et à la lecture ou exploration des textes ou des images
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les tests binoculaires et en particulier ceux visant à tester la motricité binoculaire sont souvent utilisés pour détecter différentes pathologies neurologiques.
En effet, les troubles de la motricité binoculaire peuvent traduire différentes pathologies binoculaires mais surtout neurologiques.
Il existe donc un besoin d’avoir des modalités de test de la motricité binoculaire
pour pouvoir détecter efficacement des pathologies neurologiques c’est-à-dire qui soit le moins possible subjective et dépendant du praticien.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention répond à ce besoin.
A cet effet, l’invention propose un procédé de traitement de données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- stimulation de la motricité binoculaire d’une personne au moyen d’un dispositif de stimulation de la motricité binoculaire configurés pour stimuler de manière spécifique des saccades, des vergences ou une combinaison des deux ou un test de lecture de texte ou d’image :
- acquisition pendant ladite stimulation du mouvement de l’œil droit et de l’œil gauche d’une personne et, le cas échéant d’un signal de stimulation issu du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire ; le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une unité de traitement ;
- détermination à partir du mouvement de l’œil gauche et de l’œil droit, d’une trajectoire effective des yeux en réponse à chaque stimulation, une trajectoire effective correspondant à une saccade et/ou à un mouvement de vergence des yeux ;
- détermination, pour chaque stimulation d’une trajectoire représentative des yeux ;
- comparaison de chaque trajectoire effective à la trajectoire représentative correspondante de manière à éliminer les trajectoires effectives erronées les plus éloignées de la trajectoire effective et ainsi obtenir des trajectoires retenues pour chaque stimulation ;
- traitement de chaque trajectoire retenue de manière à obtenir des paramètres de saccade et/ou de vergence, les paramètres étant caractéristiques d’une pathologie éventuelle d’une personne.
Le procédé selon l’invention est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la détermination consiste à traiter toutes les trajectoires effectives pour une stimulation donnée de manière à obtenir une trajectoire représentative de cette stimulation ;
- le procédé comprend une étape d’affichage d’une image du dispositif de stimulation sur laquelle les trajectoires du mouvement des yeux sont représentées ;
- la trajectoire effective correspondant à une saccade est obtenue en calculant un signal conjugué définit par la moyenne de la position de l’œil gauche avec la position de l’œil droit ;
- la trajectoire effective correspondant à une vergence est obtenue en calculant un signal non conjugué définit par la différence de la position de l’œil gauche avec la position de l’œil droit ;
- le mouvement de l’œil droit et de l’œil gauche sont acquis avec des cibles présentées dans l’espace réel 3D, le procédé comprenant une étape de transformation du mouvement de l’œil droit et de l’œil gauche en degrés ;
- un paramètre de saccade est la vitesse maximale de la saccade, la vitesse moyenne ;
- un paramètre de saccade est l’amplitude d’une saccade, l’amplitude étant définie entre le début de la saccade et la fin de la saccade, le début de la saccade étant défini par l’instant pour lequel la saccade présente une vitesse supérieure de x% à la vitesse maximale de la saccade, la fin de la saccade étant définie par l’instant pour lequel la saccade présente une vitesse inférieure de x% à la vitesse maximale, x étant compris entre 5 et 15 ;
- le test visuel consiste à soumettre la personne à un premier stimulus visuel ou audiovisuel puis à le soumettre à un deuxième stimulus visuel ou audiovisuel localisé à un endroit différent du premier stimulus visuel ou audiovisuel, un paramètre de saccade étant une latence définie par la durée entre l’instant d’activation du deuxième stimulus visuel et le début de la trajectoire des yeux pour passer du premier stimulus visuel ou audiovisuel au deuxième stimulus visuel ou audiovisuel; ces stimuli étant physiques, présentés dans l’espace réel, et vus par la personne naturellement avec les deux yeux (sans les artifices connus ex : lunettes de stéréovision, réalité virtuelle écrans 3D, ou autre procédé créant une vision artificielle de la profondeur)
- un paramètre de saccade est la durée de la saccade définie par la durée entre la fin du mouvement des yeux et le début du mouvement des yeux ;
- un paramètre de saccade est l’amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début de la saccade et la fin de la saccade ;
- un paramètre de saccade est l’un des paramètres de dis-conjugaison : obtenu sur la base du signal de la différence entre la position de l’œil gauche et de l’œil droit ;
- un paramètre de dis-conjugaison, est l’un des paramètres suivants :
. amplitude de la dis-conjugaison exprimée en degrés de la saccade définie : amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début et la fin de la saccade ;
. dérive 1 exprimée en degrés : amplitude de la dis-conjugaison entre la fin de la saccade et jusqu’à 80 ms après la fin de la saccade ;
. dérive 2 exprimée en degrés : amplitude de la dis-conjugaison entre la fin de la saccade et jusqu’à 160 ms après la fin de la saccade ;
- un paramètre de vergence est l’amplitude d’une vergence, l’amplitude étant définie entre le début de la vergence et la fin de la vergence, le début de la vergence étant défini par l’instant pour lequel la vergence présente une vitesse supérieure de x% à la vitesse maximale de la vergence, la fin de la vergence étant définie par l’instant pour lequel la vergence présente une vitesse inférieure de x% à la vitesse maximale, x étant compris entre 5 et 15 ;
- le test visuel ou audiovisuel consiste à soumettre la personne à un premier stimulus visuel ou audiovisuel puis à le soumettre à un deuxième stimulus visuel ou audiovisuel localisé à un endroit différent du premier stimulus visuel ou audiovisuel, un paramètre de vergence étant une latence définie par la durée entre l’instant d’activation du deuxième stimulus visuel et le début de la trajectoire des yeux pour passer du premier stimulus visuel au deuxième stimulus visuel ;
- un paramètre de vergence est la durée de la vergence définie par la durée entre la fin du mouvement des yeux et le début du mouvement des yeux ;
- un paramètre de vergence est l’amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début du mouvement de vergence et la fin du mouvement de vergence ;
- un paramètre de vergence est l’amplitude de la dérive de vergence pendant les 80 ms ou 160 ms après la fin du mouvement de vergence ;
- un test visuel est un test de lecture d’un texte, les trajectoires étant des saccades progressives vers la droite et/ou des saccades de régression c’est-à-dire des retours vers le mot précédent. Cela peut être également un test de lecture d’une image.
Avec l’invention il est donc possible de tester et analyser les mouvements des deux yeux en 3D (en directions et en profondeur : saccades et vergences).
En outre, les stimulations sont physiques : par exemple des cibles visuelles ou audiovisuelles ancrées à des excentricités et profondeurs sur la surface du dispositif de stimulation (REMOBI), ou pendant la lecture de texte, ou la lecture d’une image. La personne voit naturellement avec les deux yeux – c’est dire, qu’aucun procédé des lunettes de stéréovision, de réalité virtuelle, ou d’écran 3D est utilisé. Ainsi la vision de la personne est naturelle. Il s’agit donc des stimulations dans l’espace réel 3D.
L’invention permet de traiter des données des mouvements des yeux d’une personne stimulée par des cibles visuelles ou audiovisuelles placées dans l‘espace réel à des excentricités et profondeurs comme fournies notamment par le dispositif REMOBI, ou pendant la lecture de texte (sur livre ou écran) ou lecture d’image sur livre ou écran. Toutes les stimulations utilisées dans l’invention sont physiques et vues naturellement avec les deux yeux. Par conséquent, aucun procédé de lunettes de stéréovision, de réalité virtuelle, ou autre procédé de vision artificielle est utilisé.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la vie de tous les jours des sujets effectuent constamment, à peu près trois fois par seconde des mouvements des yeux pour explorer l’environnement 3D. Les mouvements essentiels sont les saccades et les mouvements de vergence.
Les saccades sont des mouvements rapides de refixation du regard d'un point à l'autre en latéralité, en verticalité ou les deux à la fois (on parle alors des saccades obliques).
Les mouvements de vergence sont des mouvements des yeux dans le sens opposé : pour fixer un objet proche, l’œil gauche tourne à droite et l’œil droite tourne à gauche ; ce mouvement convergent des yeux permet d’augmenter l’angle de la convergence des axes.
Pour fixer un objet lointain l’œil gauche tourne à gauche, et l’œil droit tourne à droite ; ce mouvement divergent permet de diminuer l'angle de la convergence des deux axes optiques, en mettant les axes optiques quasi parallèles.
Habituellement, des mouvements combinant saccades et vergences sont effectués ensemble. Ces mouvements se réalisent en quasi simultanéité, du moins pendant un certain temps : en effet, la vergence étant plus lente que la saccade, lorsqu’elle est combinée avec la saccade elle s’accélère considérablement, puis se poursuit après la saccade si nécessaire.
On présente ci-dessous les notions de saccade et de mouvement de vergence.
Une saccade correspond à un changement de la position du regard. Elle se traduit par une rotation des globes binoculaires permettant à une nouvelle cible d'être projetée sur la fovéa des deux rétines. Une saccade est très rapide (jusqu'à 800°/s) et est donc de très faible durée (50 à 150ms). Il s'agit du mouvement le plus rapide qu'un être humain peut produire. Une saccade sert normalement à changer de point de fixation, donc d'aller chercher de l'information ailleurs dans le champ visuel. Elle n'apporte pas, en elle-même, de l'information au niveau visuel, bien que les rétines et le système visuel fonctionnent toujours normalement pendant son occurrence.
Les mouvements de vergence permettent une rotation des yeux dans des directions opposées. Ce sont les seuls mouvements binoculaires dis-conjugués du système visuel. Les mouvements de vergence permettent de voir à différentes distances en profondeur. Les yeux convergent pour voir une cible plus proche et divergent pour fixer une cible plus éloignée. Cette adaptation à la distance se fait grâce à la triade d'accommodation, ou triade de la vision de près (en anglais, «near triad»), comprenant les mouvements de vergence (convergence de fusion), l'accommodation (déformation du cristallin) et dans une moindre mesure, la contraction / décontraction de la pupille. Ces trois composantes de la vision sont très étroitement liées.
Bien que ces paramètres soient classiquement utilisés pour l’étude et le diagnostic de différentes pathologies, le Demandeur s’est aperçu qu’il n’existait pas à ce jour d’analyse automatique, rapide, de ces mouvements tenant compte des deux yeux, en directions et en profondeur.
En relation avec la , un système 1 de traitement de données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne P comprend une partie stimulation 2, un système d’acquisition et d’enregistrement 11 du mouvement des yeux d’une personne P, en particulier, les mouvements de l’œil droit OD et de l’œil gauche OG d’une personne. En outre, le système comprend une unité de traitement 3 configurée pour mettre en œuvre des étapes d’un procédé de traitement de données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne P et qui sera décrit ci-après. Un tel procédé permet notamment d’obtenir des paramètres de saccade PARAM 1 et/ou de mouvements de vergence PARAM 2.
Avantageusement, à partir des paramètres de saccade PARAM 1 et/de mouvement de paramètres de vergences PARAM 2 il est possible d’évaluer un trouble d’une personne.
Tests visuels
La partie stimulation 2 comprend avantageusement deux types de stimulation de la motricité binoculaire d’une personne P. Ces stimulations ont pour effet de provoquer chez la personne des saccades ou des vergences et des mouvements combinant saccades et vergences.
Un premier type de stimulation est mis en œuvre au moyen d’un dispositif permettant de stimuler la motricité binoculaire par des moyens de stimulation sensorielles tels que des diodes et des moyens de diffusion sonores sont disposés le long de différents arcs d’iso-vergences en face d’une personne : un arc d’iso vergence est tel que l’angle de vergence des deux yeux requis pour fixer chaque point sur cet arc est le même. Ce dispositif comprend avantageusement quatre arcs d’iso vergence. De préférence les moyens de stimulation sensorielles sont disposés sur un support plan. Un tel dispositif utilisé pour le premier type de stimulation est décrit dans le brevet EP 2 512 395 B1, le brevet CA 2 784 541 C, le brevet FR 2 953 711 B1, le brevet JP 5 671 055 B2, le brevet US 8 851 669 B2. Ce dispositif est appelé dispositif REMOBI.
Les moyens de stimulations sensorielles sont arrangés sur des arcs à des distance comprise entre 20 et 150 cm d’une personne et entre chaque moyen de stimulation placé sur le même arc il existe un angle de 10 degrés. Le support est avantageusement monté sur un pied réglable en hauteur permettant le positionnement adéquate dispositif au niveau du visage d’une personne P. Le support des moyens de stimulation sensorielles est de préférence trapézoïdal et comporte des dimensions appropriées pour tester la palette naturelle entière des mouvements des yeux (saccades à différentes profondeurs arcs d’iso-vergence, vergences le long du plan médian, mouvements combinant saccades et vergences) et réhabiliter la motricité binoculaire en direction (saccades), en profondeur (vergences) ou les combinant. La stimulation proposée par ce type de dispositif est modulable, elle peut être audiovisuelle (grâce aux diodes lumineuses et aux moyens sonores), uniquement sonore ou uniquement visuelle. Les moyens de stimulation visuelle et sonore constituent des cibles pour la personne. Chaque moyen de stimulation sensorielle est représenté par une tension de sorte qu’il est possible d’acquérir un signal de sortie correspondant permettant d’identifier les cibles actives et, donc, le type de mouvement pouvant être engendré par la stimulation.
Le dispositif est avantageusement piloté par un microprocesseur embarqué qui autorise une activation spatio-temporelle contrôlée des diodes et des hauts parleurs. Différents protocoles de stimulation, adaptés à différents types de pathologies, peuvent être ainsi utilisés et implémentés pour faire le diagnostic et la réhabilitation de troubles de ses mouvements des yeux. Ces protocoles reposent sur la base de séquences permettant des mouvements des yeux en latéral et/ou en profondeur.
On a illustré sur lesfigures 2a,2bet2ctrois modalités de stimulation utilisant le dispositif de stimulation de la motricité binoculaire. On considère, de manière non limitative une stimulation visuelle au moyen de diodes. Les diodes sont allumées une par une, une diode est éteinte avant d’allumer la suivante de sorte qu’une diode n’est allumée à la fois. Sur la , un test de vergence est illustré : la diode à la position F est initialement allumée, puise celles à la position T puis T’sont allumées. Sur la : un test de saccade est illustré : la diode à la position F est initialement allumée, puise celles à la position T puis T’sont allumées ; le test des saccades peut être fait, de manière non limitative, avec les cibles à 40 cm comme illustré à la figure 2B, mais aussi à 20, 70 ou 150 cm. Sur la : un test de mouvements combinés est illustré : la diode à la position F est initialement allumée, puis celles à la position T puis T’, T’’ et T’’’ sont allumées. La durée d’allumage des diodes fait partie des modalités des tests et dépendant des pathologies étudiées. D’autres tests utilisent le paradigme dit de double saut de la cible et servent à la réhabilitation de la motricité binoculaire : la diode à la position F est initialement allumée, puis celles à la position T puis T’ et 200 ms plus tard la T’’ est allumée ; avec la répétition le cerveau apprend vite de programmer un seul mouvement accéléré et ample visant la deuxième position de la cible T’’. On pourra aussi se référer aux modalités décrites dans le document EP 2 512 395 B1.
Un deuxième type de stimulation visuelle est celle mise en œuvre au moyen d’un test de lecture 22. Cette stimulation consiste simplement à faire lire un texte à la personne P et à acquérir et enregistrer le mouvement des yeux au cours de la lecture. Le test est avantageusement tenu par la personne à une position lui offrant un confort de lecture. Également, ce test de lecture comprend la visualisation d’une image qui est « lue » par une personne P. Également, le test peut être du type « test de barrage de cloches » 23. (voir la figure 1) un tel test consiste à reconnaitre un caractère parmi d’autres identiques. Sur la figure 1, le test 23 comprend plusieurs lettres B parmi lesquelles sont disposées des chiffres 8, le test consiste à identifier les 8. La trajectoire suivie par les yeux sera enregistrée. Une alternative à ce test est de positionner la lettre L parmi plusieurs caractères représentant un symbole ‘’. Le test consiste à identifier le L, là encore la trajectoire des yeux sera enregistrée pendant cette identification.
Au cours des stimulations décrites ci-dessus, la personne est équipée d’un système d’acquisition et d’enregistrement des mouvements des yeux (voir ci-après) afin de pouvoir acquérir et enregistrer les mouvements suite aux différentes stimulations ou pendant la lecture.
De manière avantageuse, chaque test sur le dispositif REMOBI comprend vingt répétitions de façon pseudo-aléatoire pour chaque cible (ex : saccades à gauche, saccade à droite, convergence ou divergence). Également, on peut prévoir une trajectoire type pour toutes les saccades vers la droite lors de la lecture
Système d’acquisition et d’enregistrement des mouvements des yeux
Un système d’acquisition et d’enregistrement des mouvements des yeux 11 permet de mesurer le mouvement binoculaire, et plus précisément l’image de la pupille, constituant le centre d’analyse. Il recouvre les domaines suivants :
- le suivi (de la direction) du regard d’un sujet (être humain) ;
- la commande binoculaire, c’est-à-dire l’utilisation du regard pour activer/valider une fonction comme par exemple cliquer sur une icône, déplacer la souris etc.
Le système d’acquisition et d’enregistrement des mouvements des yeux fonctionne avantageusement avec un vidéoculographe, à savoir des micro-caméras qui concentrent leurs objectifs sur les deux yeux et enregistrent leurs mouvements lorsque la personne fixe le dispositif de permettant de stimuler la motricité binoculaire 21 ou lorsqu’il est en train de lire un test de lecture 22.
Dans ce cas, pour ce faire, les micro-caméras captent le contraste entre la rétine et la pupille à l’aide d’une projection de lumière infra-rouge, en analysant la lumière réfléchie par la cornée de l’œil humain. Par alternance des réflexions contrastées de la pupille (clair/foncé), il devient donc possible « de suivre le mouvement de l’œil.
Un tel système est par exemple un oculomètre de la société Pupil Labs™ qui permet non seulement d’avoir la position des yeux mais aussi d’autres paramètres ainsi que la vidéo des yeux et de ce que la personne voit. Toutefois, seule la position des yeux est utile dans ce qui va être décrit. Un autre type de sytème d’acquisition du mouvement des yeux est le Powref III de la société PlusOptix™. Un tel type de système se place à distance de la personne, par exemple en face de la personne sur le support du REMOBI. Ce système permet de mesurer le mouvement des yeux mais aussi, à distance, le changement de l’accommodation des yeux pour et pour tracer des positions des yeux mais aussi le tracé du changement de l’accommodation des yeux. A ce titre, on peut se référer au document « HSOA Journal of Clinical Studies and Medical Case Reports », Kapoula Z, et al., J Clin Stud Med Case Rep 2019, 6 : 74. La illustre une personne en face du dispositif REMOBI avec un système d’acquisition du mouvement des yeux disposé sur le support. La personne est soumise à un test de vergences selon les modalités illustrées sur cette figure. Le mouvement de vergence et le changement d’accommodation sont enregistrés et illustrés sur cette figure également.
Procédé de traitement (appelé AIDEAL pour en anglais, «
Automatic Intelligent Eye Movement AnaLysis
»)
La illustre des étapes d’un procédé de traitement de données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne.
La motricité binoculaire d’une personne P est stimulé E1 au moyen d’un dispositif 21 de stimulation de la motricité binoculaire ou par un test 22 de lecture du texte ou d’image
Au cours de la stimulation 21, l’acquisition E2 du mouvement de l’œil droit et de l’œil gauche est effectuée.
En outre, si le dispositif 21 de stimulation de la motricité binoculaire est utilisé, l’acquisition E2’ d’un signal de stimulation indiquant quel(s) moyens de stimulation sensorielle est activé au cours du temps est mise en œuvre : quelles diodes, quel hautparleur le cas échéant.
Les données acquises relatives au mouvement des yeux sont horodatées en seconde de même que le signal de stimulation.
Ainsi, à l’issue des étapes d’acquisition E2, E2’ on obtient E3 des données regroupées dans une matrice comprenant neuf colonnes :
- colonne 1 : échelle du temps correspondant au signal émis par le dispositif de stimulation de la motricité binoculaire (en seconde) ;
- colonne 2 : signal émis par le dispositif de stimulation de la motricité binoculaire, ce signal correspond à l’allumage des diodes lumineuses (en volt) ;
- colonne 3 : échelle du temps correspondant aux positions (en seconde) ;
- colonnes 4, 5, 6 : position en x, y, z de l’œil droit (en unité arbitraire) ;
- colonnes 7, 8, 9 : position en x, y, z de l’œil gauche (en unité arbitraire).
On comprendra que si le test de lecture est utilisé alors les deux premières colonnes ne sont pas remplies.
De manière avantageuse, les données correspondant à la position de l’œil dans un espace 3D de l’œil sont converties E3’ en degrés comme cela s’exprime habituellement. En effet, les yeux font des rotations autour de l’axe vertical ou horizontal et ces rotations se mesurent en degrés angulaires.
A partir, de ces données, le procédé comprend une détermination E4 d’une trajectoire effective (Tr1) des yeux en réponse à chaque stimulation, une trajectoire effective correspondant à une saccade et/ou à un mouvement de vergence des yeux. En effet, on part du principe que l’on sait quel test a été utilisé pour stimuler un mouvement enregistré.
En particulier, la trajectoire correspondant à une saccade est obtenue en calculant un signal conjugué définit par la moyenne de la position de l’œil gauche avec la position de l’œil droit.
On note que le type de mouvement dépend du test mis en œuvre. Une séquence de test de saccade (voir la ) ne peut provoquer que des mouvements des saccades ; un test de type vergence (voir la ) ne peut provoquer que des mouvements de vergence.
Également, la trajectoire effective correspondant à une vergence est obtenue en calculant un signal non conjugué définit par la différence de la position de l’œil gauche avec la position de l’œil droit.
Si le dispositif 21 de stimulation de la motricité binoculaire est utilisé, les différentes saccades et mouvement de vergences sont classifiés E5 pour tenir compte de la localisation du moyen de stimulation sensorielle utilisé lorsque les mouvements des yeux correspondants sont analysés. En effet, pour tester les performances oculomotrices physiologiques naturelles il est important de faire mélanger de façon imprédictible les cibles à gauche ou à droite du point de fixation (pour les saccades) ou en avant ou arrière pour les vergences. Ainsi la personne ne peut pas anticiper la direction ou la profondeur à laquelle son regard devrait bouger. Pour l’analyse des propriétés des mouvements des yeux il est important de caractériser les paramètres séparément pour chaque sous classe des mouvements. En effet, il est possible d’avoir des déficits spécifiques à la direction (gauche vs droite) ou au type de vergence (convergence ou divergence). Il existe même des asymétries naturelles entre différents sous groups des mouvements (ex : convergence plus forte que divergence, ou saccades à droite meilleures que saccades à gauche même dans la population normale)
S’agissant des saccades, on effectue une classification des signaux selon la diode allumée (pour une diode à droite signal conjugué de la saccade vers le haut, pour une diode à gauche de la diode de fixation, signal conjugué de la saccade vers le bas). Deux matrices des données sont créées (pour des mouvements à droite et à gauche).
S’agissant des mouvements de vergence, on effectue la classification selon la diode allumée, pour la convergence (signal vers le haut) pour la divergence (signal vers le bas).
On comprend que l’on obtient un ensemble de trajectoires Tr1 issus des signaux acquis.
La illustre plusieurs trajectoires des yeux effectuant une convergence.
Toutefois, Certaines trajectoires peuvent être erronées. A ce titre le procédé comprend un traitement des trajectoires décrit ci-dessous (étape E7).
On calcule (étape E71) un ensemble de trajectoire représentative Tr2 du mouvement des yeux pour une stimulation donnée. Pour ce faire, on utilise toutes les trajectoires mesurées concernant cette stimulation. Ensuite (étape E72) on compare pour chaque stimulation la trajectoire Tr1 issue de la mesure à la trajectoire représentative Tr2 pour cette stimulation de manière à éliminer les trajectoires erronées et ainsi obtenir des trajectoires retenues Tr.
En particulier, la comparaison (étape E72) consiste à calculer une distance entre la trajectoire effective et la trajectoire théorique et si la distance est supérieure à un seuil fixé, la trajectoire est éliminée. De ce fait, seules les mesures qui correspondent à la stimulation considérée.
L’élimination des trajectoires erronées est mise en œuvre au moyen d’un algorithme DTW (en anglais, «Dynamic Time Warping» pour déformation temporelle dynamique).
Un tel algorithme permet de mesurer la similarité entre deux suites qui peuvent varier au cours du temps.
L'algorithme DTW est classiquement exploité en vidéo, audio, graphique par ordinateur, bio-informatique et peut être appliqué dans toute situation où les données peuvent être transformées en une représentation linéaire.
De façon générale, l’algorithme DTW est une méthode qui recherche un appariement optimal entre deux séries temporelles, sous certaines restrictions. Les séries temporelles sont déformées par transformation non-linéaire de la variable temporelle, pour déterminer une mesure de leur similarité, indépendamment de certaines transformations non-linéaires du temps. Cette méthode d'alignement de séries temporelles est souvent utilisée dans le contexte de modèles de Markov cachés.
Dans le cas ici décrit, il s’agit d’éliminer les trajectoires trop éloignées des trajectoires théoriques.
La illustre un indicateur traduisant la distance entre la trajectoire théorique (trait épais) et la trajectoire mesurée (trait plus fin). L’indicateur (61,1331 ; 85,3046 ; 123,4698 ; 140,7682) étant par exemple élevé, indique que la trajectoire mesurée est éloignée de la trajectoire théorique. Dans cet exemple, sont éliminés tous les cas avec un indicateur supérieur à 10, soit 5 ici.
Pour chaque trajectoire, le début et la fin du mouvement des yeux est détecté en calculant la vitesse du signal de la trajectoire acquis (la dérivée du signal de la position instantané des yeux). En particulier, le début de la saccade est le point où la vitesse dépasse 10% de la vitesse maximale, et la fin de la saccade est le moment ou le où la vitesse est inférieure à 10% de la vitesse maximale. D’autres critères de vitesse, par ex : une vitesse > à 45 degrés par seconde pour le début de la saccade et inférieure à 45 degrés par seconde peuvent être utilisés.
Ensuite, une fois que les trajectoires sont bien sélectionnées, le procédé comprend une étape traitement E8 de chaque trajectoire retenue Tr de manière à obtenir des paramètres de saccade et/ou de vergence, les paramètres étant caractéristiques d’une pathologie éventuelle d’une personne.
On décrit ci-dessous chaque paramètre de saccade et de vergence.
Avant de décrire les paramètres, on note que le traitement des données relatives à la stimulation par le test de lecture est similaire à celui pour les saccades. En effet, pendant la lecture les yeux font une succession de saccade suivie de fixation, progressivement de gauche à droite, puis une grande saccade à gauche et vers le bas pour aller à la ligne suivante.
Paramètres de saccades
- Détection du début signal de stimulation (l’allumage de la diode cible du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire) en utilisant la vitesse du signal. Ce signal cible sert de mesurer la latence de la saccade (voir ci-après) ;
- Latence (en ms) est le temps entre l’allumage de la diode cible et le début de la saccade (lorsque la stimulation est effectuée au moyen du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire) ;
- Amplitude : différence en degrés entre la fin de la saccade et le début de la saccade. Le début de la saccade est défini par l’instant pour lequel la saccade présente une vitesse supérieure de x% à la vitesse maximale de la saccade, la fin de la saccade étant définie par l’instant pour lequel la saccade présente une vitesse inférieure de x% à la vitesse maximale, x étant compris entre 5 et 15, de préférence 10. On note qu’il est possible de paramétrer d’autres critères que le x% de vitesse maximale, comme par exemple un critère de vitesse ajustée selon l’ampleur des saccades étudiées : par exemple pour des saccades amples (10, ou 20 degrés) une vitesse supérieure ou inférieure à 45 degrés par /sec permet de discerner le début et la fin de la saccade avec une bonne précision ;
- Durée (ms) : le temps en msec entre le début et la fin du mouvement ;
- Vitesse maximale (degré/s) : valeur maximale du signal de la vitesse de la saccade ;
- Vitesse moyenne (degré/s) : amplitude de la saccade en degrés divisée par le la durée de la saccade (en secondes) ;
- Paramètres de dis-conjugaison : obtenu sur la base du signal de la différence entre position de l’œil gauche OG – œil droit OD :
- Amplitude de la dis-conjugaison (en degrés) de la saccade définie : amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début et la fin de la saccade (cela équivaut à la différence de l’amplitude de la saccade entre les deux yeux) ;
- Dérive 1 (en degrés) : amplitude de la dis-conjugaison entre la fin de la saccade et jusqu’à 80 ms après la fin de la saccade ; on prend la différence entre ces deux points pour mesurer l’amplitude. Mais on peut aussi moyenner les valeurs de dis-conjugaison entre tous les points allant de la fin de la saccade jusqu’à 80 ms après ;
- Dérive 2 (en degrés) : amplitude de la dis-conjugaison entre la fin de la saccade et jusqu’à 160 ms après la fin de la saccade.
Paramètres des mouvements de vergence
- Détection du début signal de stimulation en utilisant la vitesse du signal de la diode du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire. A partir de ce signal on mesure la latence de la vergence (voir ci-après) ;
- Latence (ms) : temps (en ms) entre l’allumage de la diode cible et le début de la vergence (lorsque la stimulation est effectuée au moyen du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire) ;
- Amplitude : différence en degrés entre la fin de la vergence (le point où la vitesse de la vergence tombe à moins que 5 degrés/sec, et point du début du mouvement (point ou la vitesse est supérieure à 10% de la vitesse maximale). En fonction de la qualité bruité ou pas du signal des mouvements des yeux on peut moyenner cinq points autour de cette valeur pour être certain que le début ou la fin de la vergence est bien identifié ;
- Durée (ms) : temps entre le début et la fin du mouvement considéré ;
- Vitesse maximale (degré/s) : valeur maximale du signal de vitesse ;
- Vitesse moyenne (degré/s) : amplitude du mouvement en degrés divisée par le la durée du mouvement (en secondes) ;
- Dérive 1 (degrés) : amplitude du signal de la vergence durant les 80 msec suivant la fin du mouvement ; à noter que la moyenne peut aussi être considérée ;
- Dérive 2 (degrés) : amplitude du signal de la vergence durant les 160 msec suivant la fin du mouvement ; à noter que le moyenne peut aussi être considérée.
Les paramètres de saccade et de vergence peuvent être utilisés seuls ou en combinaison. Dans le cas des mouvements combinés, ces derniers comportent une composante saccade (signal conjuguée, à savoir, œil gauche + œil droit /2) et la composante de la vergence (œil gauche – œil droit).
Dans ce cas, les données relatives aux mouvements des yeux sont traitées en deux fois : une fois pour traiter les saccades et une fois pour traiter les vergences.
Les paramètres calculés pour chaque composante sont les mêmes que ceux indiqués auparavant pour saccade et vergence. On obtient alors les paramètres respectifs relatifs aux saccade et vergence.
De manière complémentaire, il est possible de traiter de manière interdépendante les données obtenues. On parle alors d’analyse combinée. Pour cela, on se base sur des critères de détection des saccades et on évalue la vergence (amplitude, durée, vitesse,) pendant la saccade et 80 et 160 msec après la saccade. On obtient alors deux fois plus de paramètres, à savoir : saccades droite et divergence, saccade gauche et divergence, saccade à droite et convergence, saccade gauche et convergence. Ces deux analyses correspondent à deux hypothèses différentes physiologiques : contrôle indépendant de deux systèmes physiologiques des saccades et de vergence ; hypothèse d’interaction et interdépendance entre les deux, la saccade guidant et accélérant la vergence.
A titre illustratif, on a illustré sur la , une trajectoire concernant une convergence et en dessous, le signal de vitesse correspondant.
La illustre des trajectoires de type saccades vers la droite (en haut) et vers la gauche (en bas). Ces trajectoires sont superposées au moment de l’allumage d’une diode sur le dispositif REMOBI. L’allumage de la cible est indiqué sur cette figure par les traits horizontaux placés à 20 degrés à gauche, 20 degrés à droite.
La illustres des trajectoires de type vergences : convergences (en haut, divergences (en bas). Ces trajectoires sont superposées au moment de l’allumage d’une diode sur le dispositif REMOBI. L’allumage de la cible est indiqué sur cette figure par les trais horizontaux placés à 9 degrés (convergence) et -6,5 degrés (divergence). Rappelons que la diode fixation est à 40 cm des yeux de la personne, pour lequel l’angle de vergence requise est 9 degrés ; la cible de convergence est à 20 cm des yeux pour lequel l’angle de convergence requis est 18 degrés ; l’amplitude du mouvement de convergence requis est donc de 8 degrés. La cible de divergence étant à 150 cm ou l’angle de vergence requis est 3,5 degrés. L’amplitude du mouvement de divergence requis est donc de 6,5 degrés.
Dans le cas du test de lecture, les saccades sont traitées de la même façon que les saccades obtenues après stimulation au moyen du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire. Seule différence, la latence n’est pas mesurable puis qu’il n’y a pas de signal cible et c’est le lecteur lui-même qui décide à quel moment il déclenche la saccade suivante. On mesure en revanche la durée de fixation, à savoir, la durée entre des saccades. On mesure également la vitesse de la lecture, à savoir le nombre des mots lus par minute. On distingue les saccades vers la droite, saccades de progression, les saccades vers la gauche sur la même ligne (saccades de régression) et les grandes saccades à gauche de retour à la ligne suivante.
La illustre le parcours régulier des yeux d’un lecteur qui ne souffre d’aucune pathologie. Sur cette figure, en abscisses x on a le temps ; en y le signal conjugué des deux yeux en degrés, montrant la succession des saccades vers la droite suivie des fixations fixant les mots l’un après l’autre, puis la grande saccade à gauche pour commencer à lire la ligne suivante
La illustre un bilan complet d’une personne dyspraxique. Trajectoires des saccades et vergences superposées testées en position débout vs assis.
Pour le test de saccade, les tracés en hauts sont les saccades à droite acquises dans le test des saccades ; les tracés en bas sont les saccades à gauche acquises dans le même test. Pour le test des vergences, les tracés en haut sont les convergences et les tracés en bas les divergences. Ces tests étant faits en position debout ou assise on peut voir quelques différences liées au positionnement du corps interagissant avec les tracés des mouvements oculaires.
Au milieu sont illustrées des saccades et fixations lors de la lecture de quatre lignes de texte (à gauche) ou d’une ligne (à droite). Le tracé bleu est le signal conjugué horizontal (œil gauche + œil droit /2). Les saccades sont les traits verticaux et les fixations les traits horizontaux. Les grands traits verticaux sont les grandes saccades à gauche pour fixer la ligne suivante du texte. Le signal d’amplitude la plus faible est la disconjugaison ou vergence (œil gauche – œil droit). Les pics de ce signal montrent qu’au début de chaque saccade la vergence change puis vers la fin de la saccade elle revient à son angle initial. Les pics de disconjugaison sont majorés pendant les grandes saccades.
Affichage (appelé EYESCANART)
A titre complémentaire, le procédé comprend une étape d’affichage (étape E9) d’une image du dispositif de stimulation sur laquelle les trajectoires du mouvement des yeux sont représentées.
Par exemple, on peut représenter sur l’image du dispositif REMOBI la superposition des trajectoires des yeux suivant les diodes allumées selon le test saccades ou vergences. Représenter les trajectoires soit dans l’espace du REMOBI soit en fonction du temps.
Par exemple, on pourra représenter le texte lu en superposant la trajectoire suivie par les yeux.
Par exemple, on pourra représenter l’image visualisée en superposant la trajectoire suivie par les yeux à cette image. La illustre un tel affichage et la illustre la trajectoire suivie par le mouvement des yeux. C’est cette trajectoire qui est transposée sur l’image utilisée comme stimulation. La couleur des tracés change en fonction du temps toutes les 5 sec (bleu, orange, vert, rouge, mauve, marron), l’opérateur peut aussi produire plusieurs images séparément en choisissant le nombre de segmentation temporelle souhaitée, par ex une image tourtes les 5 sec ou plus).
Claims (19)
- Procédé de traitement de données représentatives de la motricité binoculaire d’une personne, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- stimulation (E1) de la motricité binoculaire d’une personne au moyen d’un dispositif (21) de stimulation de la motricité binoculaire configurés pour stimuler de manière spécifique des saccades, des vergences ou une combinaison des deux ou un test (22) de lecture de texte ou d’image ;
- acquisition (E2) pendant ladite stimulation du mouvement de l’œil droit (OD) et de l’œil gauche (OG) d’une personne (P) et, le cas échéant d’un signal de stimulation issu du dispositif de stimulation de la motricité binoculaire ; le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une unité (3) de traitement ;
- détermination (E6) à partir du mouvement de l’œil gauche (OG) et de l’œil droit (OD), d’une trajectoire effective (Tr1) des yeux en réponse à chaque stimulation, une trajectoire effective correspondant à une saccade et/ou à un mouvement de vergence des yeux ;
- détermination (E71), pour chaque stimulation d’une trajectoire représentative (Tr2) des yeux ;
- comparaison (E72) de chaque trajectoire effective à la trajectoire représentative correspondante de manière à éliminer les trajectoires effectives erronées les plus éloignées de la trajectoire représentative et ainsi obtenir des trajectoires retenues (Tr) pour chaque stimulation ;
- traitement (E8) de chaque trajectoire retenue (Tr) de manière à obtenir des paramètres de saccade et/ou de vergence, les paramètres étant caractéristiques d’une pathologie éventuelle d’une personne. - Procédé de traitement selon la revendication 1, dans lequel la détermination (E71) consiste à traiter toutes les trajectoires effectives pour une stimulation donnée de manière à obtenir une trajectoire représentative de cette stimulation.
- Procédé de traitement selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape d’affichage (E9) d’une image du dispositif de stimulation sur laquelle les trajectoires du mouvement des yeux sont représentées.
- Procédé de traitement selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la détermination d’une trajectoire effective (Tr1) pour une stimulation de type saccade consiste à déterminer un signal conjugué définit par la moyenne de la position de l’œil gauche avec la position de l’œil droit.
- Procédé de traitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la détermination d’une trajectoire effective (Tr1) pour une stimulation de type vergence consiste à déterminer un signal non conjugué définit par la différence de la position de l’œil gauche avec la position de l’œil droit.
- Procédé de traitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le mouvement de l’œil droit (OD) et de l’œil gauche (OG) sont acquis avec des cibles présentées dans l’espace réel 3D, le procédé comprenant une étape (E3’) de transformation du mouvement de l’œil droit et de l’œil gauche en degrés.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de saccade (PARAM1) est la vitesse maximale de la saccade, la vitesse moyenne.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de saccade (PARAM1) est l’amplitude d’une saccade, l’amplitude étant définie entre le début de la saccade et la fin de la saccade, le début de la saccade étant défini par l’instant pour lequel la saccade présente une vitesse supérieure de x% à la vitesse maximale de la saccade, la fin de la saccade étant définie par l’instant pour lequel la saccade présente une vitesse inférieure de x% à la vitesse maximale, x étant compris entre 5 et 15.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (21) de stimulation de la motricité binoculaire est configuré pour soumettre la personne à un premier stimulus visuel puis à le soumettre à un deuxième stimulus visuel localisé à un endroit différent du premier stimulus visuel, un paramètre de saccade (PARAM1) étant une latence définie par la durée entre l’instant d’activation du deuxième stimulus visuel et le début de la trajectoire des yeux pour passer du premier stimulus visuel au deuxième stimulus visuel.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de saccade (PARAM1) est la durée de la saccade définie par la durée entre la fin du mouvement des yeux et le début du mouvement des yeux.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de saccade (PARAM1) est l’amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début de la saccade et la fin de la saccade.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de saccade (PARAM1) est un des paramètres de dis-conjugaison : obtenu sur la base du signal de la différence entre la position de l’œil gauche et de l’œil droit.
- Procédé selon la revendication 12, dans lequel, un paramètre de dis-conjugaison, est l’un des paramètres suivants :
- amplitude de la dis-conjugaison exprimée en degrés de la saccade définie : amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début et la fin de la saccade ;
- dérive 1 exprimée en degrés : amplitude de la dis-conjugaison entre la fin de la saccade et jusqu’à 80 ms après la fin de la saccade ;
- dérive 2 exprimée en degrés : amplitude de la dis-conjugaison entre la fin de la saccade et jusqu’à 160 ms après la fin de la saccade. - Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de vergence (PARAM2) est l’amplitude d’une vergence, l’amplitude étant définie entre le début de la vergence et la fin de la vergence, le début de la vergence étant défini par l’instant pour lequel la vergence présente une vitesse supérieure de x% à la vitesse maximale de la vergence, la fin de la vergence étant définie par l’instant pour lequel la vergence présente une vitesse inférieure de x% à la vitesse maximale, x étant compris entre 5 et 15.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le test visuel consiste à soumettre la personne à un premier stimulus visuel puis à le soumettre à un deuxième stimulus visuel localisé à un endroit différent du premier stimulus visuel, un paramètre de vergence (PARAM2) étant une latence définie par la durée entre l’instant d’activation du deuxième stimulus visuel et le début de la trajectoire des yeux pour passer du premier stimulus visuel au deuxième stimulus visuel.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de vergence (PARAM2) est la durée de la vergence définie par la durée entre la fin du mouvement des yeux et le début du mouvement des yeux.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de vergence (PARAM2) est l’amplitude de la différence entre les deux yeux entre le début du mouvement de vergence et la fin du mouvement de vergence.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un paramètre de vergence (PARAM2) est l’amplitude de la dérive de vergence pendant les 80 ms ou 160 ms après la fin du mouvement de vergence.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un test visuel est un test de lecture (22), les trajectoires étant des saccades progressives vers la droite et/ou des saccades de régression c’est-à-dire des retours vers le mot précédent.
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