JP2004337348A - 眼球運動解析システム - Google Patents
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Abstract
【課題】頭部を固定することなく正確な視標追跡機能検査を行うことができ、眼球位置と視標位置との相対関係をより正確で且つ容易に把握できると同時に、疾患の鑑別、重症度等をより的確に判断するための補助的データを提供する。
【解決手段】ゴーグル型ヘッドセット（５）のディスプレイ（４）に映し出される視標を追従する眼球の動きをその手前に配したハーフミラー（６）で反射させて撮像カメラ（７）により撮像する眼球撮像装置（２）により取り込まれた眼球画像を画像処理し、その眼球運動データと視標の移動データに基づき、その関係を横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフとして出力するようにした。
【選択図】図１
【解決手段】ゴーグル型ヘッドセット（５）のディスプレイ（４）に映し出される視標を追従する眼球の動きをその手前に配したハーフミラー（６）で反射させて撮像カメラ（７）により撮像する眼球撮像装置（２）により取り込まれた眼球画像を画像処理し、その眼球運動データと視標の移動データに基づき、その関係を横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフとして出力するようにした。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイに映し出された視標を追従する眼球の動きを撮像してその運動解析を行う眼球運動解析システムと、それに用いる眼球撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼球運動は脳神経の働きと深い関係があり、特に、眼球の基本的運動機能である視標追跡機能の検査は、パーキンソン病、アルツハイマー病、脊髄小脳変性症及びめまい等の脳神経系疾患の診断に用いられている。
この視標追跡機能検査は、スクリーンなどのディスプレイに映し出される視標を直線的に一定速度で移動させ、この視標を追従する眼球の動きをビデオカメラで撮像し、その画像データに基づいて眼球運動を解析するものである。
【０００３】例えば、視標を左から右に一定速度で移動させたときの眼球の動きを撮像し、その眼球画像から眼球位置の時間変化を読み出し、視標の移動開始時刻及び移動終了時刻を表わすパルス波形と共にグラフ表示させている。
【０００４】これによれば、眼球の移動開始時刻が視標の移動開始時刻からどの程度送れているか、視標の移動開始時刻から移動終了に至るまで眼球が直線的に移動しているか、視標が停止した後に眼球がどのように動いているかなどをグラフから読み取ることができる。
【０００５】しかしながら、一般的な視標追跡機能検査は、被験者前方のスクリーンに視標を投影するようにしているため、比較的大がかりな投影装置や専用の検査室を必要とし、総合病院であればともかく、一般の開業医にとってそのような設備を設けることは負担が大きい。
【０００６】また、前方にあるスクリーンに投影された視標を追従する場合に人間は本能的に頭の向きを変えてしまうため、頭部を固定しない限り正確な視標追跡機能検査を行うことができない。
この場合に、額と顎を押し当てて使用するのが一般的であるが、それでも頭部が拘束されているわけではないので、頭部移動による画像ブレをなくすことはできない。
【０００７】すなわち、視標追跡機能検査を行う場合に、視標を映し出すスクリーンに対して頭部が静止していることが必要であり、また、眼球を撮像する撮像カメラに対して頭部が静止していることが必要である。
【０００８】単に眼球画像を撮像するのであれば、ゴーグル型のヘッドセットに眼球に対向して撮像カメラを設けたタイプの眼球撮像装置を用いることにより、撮像カメラに対して頭部を静止させることができるが、この場合は、撮像カメラが邪魔になって前方にあるスクリーンを見ることができなくなってしまう。
また、撮像カメラの位置などを工夫して、スクリーンを見ることができるようにしても、結局は、視標を映し出すスクリーンに対して頭部を静止させることができない。
【０００９】さらに、解析結果は、眼球位置の時間変化を視標の移動開始時刻及び移動終了時刻と共にグラフ表示するようにして、その眼球運動パターン等により脳神経疾患の診断を行っている。
ここで、健常者の場合は視標の位置に対して眼球位置がずれることはないが、脳神経系疾患を有する患者は位置ずれを生ずる。
しかし、従来のグラフでは、眼球位置と視標の位置との相対関係を正確に把握することが困難であるので、病状をより詳細に把握することが困難であった。
【００１０】例えば、視標が動き出してもすぐ追随せず時間遅れを生じた後視標に追いついたり、視標の移動量に対して眼球の移動量がオーバーシュート又はアンダーシュートする場合に、眼球位置がどの時点で視標の動きに追いついたか、また、オーバーシュート量又はアンダーシュート量がどの程度であるかというように、視標の位置と眼球位置の相対関係を把握することが難いという問題があった。
【００１１】このため、本発明者らは、頭部を固定することなく、視標を映し出すスクリーン等のディスプレイに対して頭部を静止させ、また、眼球を撮像する撮像カメラに対しても頭部を静止させた状態で眼球を撮像することにより、正確な視標追跡機能検査を行うことができる眼球撮像装置を試作すると共に、眼球位置と視標位置との相対関係をより正確で且つ容易に把握できる眼球運動解析システムを提案した（特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特願２００２−１３１４６３号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このシステムでは、解析結果に基づいて、横軸に時間・縦軸に位置を表わして、表示する同一時刻における眼球及び視標の位置を同じグラフに重ねて表示するようにしているため、その相対関係を正確に且つ容易に把握することができるようになったが、その解析結果に基づいて診断をする際に、疾患の種類及び有無をより明確に判断することができる補助的データの提供が望まれていた。
【００１４】そこで、本発明者は先に提案したシステムに改良を施し、眼球位置と視標位置との相対関係をより正確で且つ容易に把握できると同時に、疾患の鑑別、重症度等をより的確に判断するための補助的データを出力できるようにすることを技術的課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、ディスプレイに映し出された視標を追従する眼球の動きを撮像する眼球撮像装置と、撮像された眼球画像に基づきその運動解析を行うアナライザとを備えた眼球運動解析システムであって、前記眼球撮像装置が、少なくとも片方の眼球と対向する位置に前記ディスプレイを設けたゴーグル型ヘッドセットに、前記ディスプレイに対向する眼球の像を反射させるハーフミラーと、当該ハーフミラーによる眼球の反射像を撮像する撮像カメラを備えて成り、前記アナライザが、前記眼球撮像装置により撮像された眼球画像に基づき眼球位置の時間変化を眼球運動データとして読み出す画像処理手段と、当該画像処理手段で読み出された眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係をグラフ表示する解析グラフ出力手段とを備え、前記解析グラフ出力手段により、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフが出力されることを特徴とする。
【００１６】本発明によれば、眼球撮像装置のゴーグル型ヘッドセットに視標を映し出すディスプレイと、眼球を撮像する撮像カメラが設けられているので、このゴーグル型ヘッドセットを頭部に装着すれば、ディスプレイと撮像カメラが頭部に対して固定されることとなる。
なお、撮像カメラは、例えば、ゴーグル型ヘッドセットの耳掛フレームに取付金具を介してＸＹＺ方向に位置調整可能及び首振可能に取り付けられており、これにより正確に眼球を撮像できるように光軸を調節することが可能となる。
【００１７】この眼球撮像装置を頭部に装着すれば、頭部はディスプレイ及び撮像カメラに対して相対的に静止していることとなるので、頭部が多少動いても、頭部移動による画像ブレを起すことなく、視標に追従する眼球運動を正確に撮像することができ、眼球の視標追跡機能を正確に検査することができる。
したがって、一般開業医でもスクリーン無しでゴーグル型ヘッドセットのディスプレイに視標を示すことができ、この視標を直線的に一定速度で移動させ、この視標を追従する眼球の動きをビデオカメラで撮像し、その画像データに基づいて眼球運動を解析することが容易にできる。
【００１８】ここで、ディスプレイに映し出される画像を制御するコントローラを設け、デイスプレイの輝度調整を行って画像のコントラストを高く設定すれば、周囲の明るさにかかわらず、また、視力の弱い患者でも視標を見易く映し出すことができる。
また、コントローラにより、視標の移動速度、方向を自由に設定したり、視標の点灯および消灯を制御するようにしてもよい。
これにより、視標を水平垂直方向に動かしたときの水平垂直視標運動や、視標を急速に動かしたときのサッケード（衝動性眼球運動）や、視標をゆっくりと動かしたときのスムーズパーシュート（滑動性眼球運動）を観察することができるようになる。
【００１９】そして、眼球撮像装置で撮像された眼球画像から画像処理手段により眼球運動データが読み出され、その眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係が解析グラフ出力手段によりグラフ表示される。
本発明では、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフを出力するようにしている。
すなわち、この検査では眼球位置が問題なのではなく、視標位置とのずれが問題になるため、偏差を表示するようにした。
【００２０】このようにグラフ表示すると、視標位置はその動きに拘わらず、水平線で表すことができるので、眼球位置との偏差が一目瞭然となり、偏差の量を直読することができる。
この偏差のグラフにより、疾患の有無、疾患の種類をより的確に判断することができ、したがって、医師が他の臨床所見を勘案して総合的に診断する際の補助的なデータとすることができる。
【００２１】疾患の鑑別、重症度等をより正確に行うために、視標を基準位置から水平方向に所定量移動させたときの視標位置と眼球位置の偏差の水平方向成分および垂直方向成分を追視誤差表示グラフ上に同時に示してもよい。
【００２２】また追視誤差は、追視誤差の大きさを積算して表示する追試誤差積算表示手段を設けることにより定量化して表示でき、追視誤差の大きさで疾患の重症度を判定できる。
【００２３】また横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置の偏差を示し、どの程度の範囲の視野まで精密に追視しているかを判定するための視野角を設定する視野角基準設定手段と、追視がこの基準内に入っているか否か判定する視野角基準内判定手段と、視野角基準内に入っている時間を算出する視野角基準内時間算出手段と、これらの手段に基づくデータにより疾患を鑑別し表示する疾患鑑別表示手段とを設けることにより、疾患の鑑別が容易にできる。
【００２４】もちろん、従来と同様に視標を左から右に一定速度で移動させたときの眼球の動きを撮像し、その眼球画像から眼球位置の時間変化を読み出し、視標の移動開始時刻及び移動終了時刻を表わすパルス波形と共にグラフ表示させることもできる。
また、眼球の移動開始時刻が視標の移動開始時刻からどの程度送れているか、視標の移動開始時刻から移動終了に至るまで眼球が直線的に移動しているか、視標が停止した後に眼球がどのように動いているかなどをグラフから読み取ることもできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る眼球運動解析システムを示す説明図、図２は眼球撮像装置を示す説明図、図３は撮像時の画面を示す説明図、図４はアナライザの処理手順を示すフローチャート、図５は解析グラフである。
【００２６】図１に示す眼球運動解析システム１は、視標を追従する眼球の動きを撮像する眼球撮像装置２と、視標の動きを制御すると共に撮像された眼球画像に基づきその運動解析を行うコントローラ３を備えている。
【００２７】眼球撮像装置２は、少なくとも片方（右眼）の眼球と対向する位置に視標を表示するディスプレイ４が設けられたゴーグル型ヘッドセット５に、前記ディスプレイ４に対向する眼球の像を反射させるハーフミラー６と、当該ハーフミラー６により反射された眼球を撮像する撮像カメラ７を備えている。
【００２８】前記ゴーグル型ヘッドセット５は、両眼と対向する個別の液晶ディスプレイ４、４が形成されたオリンパス社製の市販のヘッドマウントディスプレイＥｙｅ−Ｔｒｅｋ（商品名）を使用した。
また、ディスプレイ４の大きさは決まっているので、ヘッドセット５を装着した状態で、正面を向いた眼球と対向するディスプレイ４の中心から左右に移動する視標を追従したときに、眼球の視軸の傾斜角が夫々の方向に３０°確保できるように、ノーズパッド８によりディスプレイ４と眼球との距離が２３ｍｍ以下に設定されている。
【００２９】撮像カメラ７は、ＣＣＤ素子内蔵型の超小型プローブカメラが用いられ、画像を取り込むレンズ９の周囲に照明光発光部１０が環状に配され、その撮像光軸Ｃｘが、正面を向いた眼球の視軸Ｅｘに対して斜めに交差するようにゴーグル型ヘッドセット５の耳掛けフレーム１１に取付金具１２を介してＸＹＺ方向に位置調整可能及び首振可能に取り付けられている。
なお、照明光発光部１０は、ＬＥＤなどの小型発光体を設ける場合でも、外部のハロゲン光源などの光を導く光ファイバであっても良く、また、眼球を撮像できればその設置場所も問わない。
【００３０】また、ハーフミラー６は、片側のディスプレイ４の全面を覆うように配されると共に、耳掛けフレーム１１に取り付けられた撮像カメラ７の撮像光軸Ｃｘを眼球に向けて反射させる角度に傾斜して設けられており、照明光発光部１０から照射された照明光は、このハーフミラー６に反射させて眼球を照明している。
【００３１】眼球撮像装置２のディスプレイ４及び撮像カメラ７は、パソコンで構成されるコントローラ３に接続され、測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまで、前記コントローラ３から出力されるビデオ信号によりディスプレイ４に視標が映し出され、撮像カメラ７で撮像された眼球画像がコントローラ３に取り込まれる。
【００３２】コントローラ３では、キーボード入力又はマウス入力により設定された視標の移動方向及び移動速度に応じて、測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまでの視標位置の時間変化が視標移動データとして予め設定された視標移動データ記憶領域１４に記憶される。
そして、所定のスタートキーが押されると前記視標移動データに基づいてビデオ信号生成手段１５により生成されたビデオ信号がディスプレイ４に出力されて視標が任意の色で表示されると共に、スタートキーを押した時刻が測定開始時刻Ｔｓとして記録される。
【００３３】なお、ディスプレイ４に映し出される視標は、測定開始時刻Ｔｓから移動開始時刻Ｔａまで静止し、移動開始時刻Ｔａから停止時刻Ｔｂまで所定の移動方向及び移動速度で移動され、停止時刻Ｔｂから測定終了時刻まで静止するようにその移動データが設定される。
移動速度は自由に設定可能（０．１〜２０秒）であるが、本例では移動開始時刻Ｔａから時刻Ｔｂに至るまでの時間が２〜７秒に設定される。
【００３４】また、図３は撮像中のコントローラ３のディスプレイ１６を示し、撮像カメラ７から取り込まれた眼球画像を表示するウィンドウＷ１と、眼球撮像装置２のディスプレイ４に表示されている視標の画像を表示するウィンドウＷ２が重ねて表示される。
【００３５】一方、撮像カメラ７に取り込まれた眼球画像はコントローラ３に出力され、予め設定されたアナライザ１７としてのプログラムに従って解析処理がなされる。
アナライザ１７は、眼球撮像装置２により撮像された眼球画像に基づき眼球位置の時間変化を眼球運動データとして読み出す画像処理手段と、当該画像処理手段で読み出された眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係をグラフ表示する解析グラフ出力手段とを備え、該解析グラフ出力手段により、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフを出力するように成されている。
また、追試誤差のグラフ線のパターンデータを抽出するパターンデータ抽出手段と、当該パターンデータ抽出手段で抽出されたパターンデータを疾患に応じて予め登録された眼球運動のパターンデータと比較して疾患の有無及び疾患の種類を特定する疾患判定手段を備えている。
【００３６】図４はアナライザ１７の処理手順を示すフローチャートであって、ステップＳＴＰ１で測定開始時刻Ｔｓを読み出し、ステップＳＴＰ２で撮像カメラ７から入力された動画像を時刻Ｔｓから所定の時間間隔（例えば０．０５秒おき）の静止画として取り込む。
【００３７】次いで、ステップＳＴＰ３で測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまで読み出された夫々の静止画に基づき眼球中心の位置を読み取り、視標の移動方向に対する眼球位置とその時刻を眼球移動データとして予め設定された記憶領域に記憶する。
【００３８】なお、この場合の眼球位置は、視標の移動量で予め正規化したキャリブレーションデータを用いて決定する。
キャリブレーションは測定に先立って行われ、正面を向いた標準的な眼球の視軸と対向するディスプレイ４の中心（基準位置）から標準的な眼球の視軸が左右３０°に傾斜する位置まで視標を移動させ、その始点と終点の眼球画像に基づき、画像上の眼球移動量を視標の移動量で正規化して、キャリブレーションデータを算出する。
これにより、眼球が正確に視標を追従していれば、眼球画像より読み取られる眼球位置と、視標移動データの視標位置は正確に一致することとなる。
【００３９】そして、ステップＳＴＰ４で全ての静止画について処理が終了したと判断されるとＳＴＰ５に移行して、測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまでの時刻−眼球位置からなる眼球移動データと、コントローラ３で設定された時刻−視標位置からなる視標移動データが読み出され、ステップＳＴＰ６に移行して、同時刻における眼球位置と視標位置の偏差を算出し、横軸を時刻とし，縦軸を偏差とする追試誤差表示グラフに出力する。
【００４０】次いで、ステップＳＴＰ７に移行し、追試誤差表示グラフのパターンデータを抽出し、ステップＳＴＰ８では、抽出されたパターンデータを、予め登録された疾患に対応する眼球運動のパターンデータと比較して統計値と比較して、該当する疾患の有無及び疾患の種類を特定し、ステップＳＴＰ９でその解析結果を出力して処理を終了する。
【００４１】なお、上述のステップＳＴＰ１〜ＳＴＰ９の処理のうち、ステップＳＴＰ１〜ＳＴＰ４の処理が画像処理手段であり、ステップＳＴＰ５〜ＳＴＰ６の処理が解析グラフ出力手段、ステップＳＴＰ７の処理がパターンデータ抽出手段、ステップＳＴＰ８〜ＳＴＰ９の処理が疾患判定手段である。
【００４２】図５（ａ）〜（ｈ）は視標を正面から３０°まで水平右方向に５秒間かけてゆっくりと移動させたときの追試誤差表示グラフである。
【００４３】図５（ａ）は視標を追従するときに、偏差量が常にプラスで、眼球が視標位置より先に行き過ぎては戻るというＯＫＮ様眼振（ｏｐｔｏ−ｋｉｎｅｔｉｃ−ｎｙｓｔａｇｍｕｓ：視運動性眼振）が見られる。
図５（ｂ）は視標を追従するときに、偏差量が常にマイナスで、眼球が視標位置に遅れては追いつくという注視方向性眼振が見られる。
図５（ｃ）は視標を追従するときにある程度の角度まで追従した時点で眼振が発生する中枢異常に起因する注視眼振が見られる。
図５（ｄ）は視標を追従するときに眼球が正面の位置にあるときから常に眼球位置が安定しない末梢異常に起因する眼振が見られる。
図５（ｅ）は脊髄小脳変性症特有の眼振であり、パルス状振動の上下両側がほぼ同じ角度に傾いていることから、視標を追従するときに視標位置より先で停止しては視標位置より後に戻って停止するという眼振が見られる。
図５（ｆ）も脊髄小脳変性症特有の眼球運動であり、偏差量が常にプラスであり、視標を追従するときに視標位置より先に行き過ぎて視標位置まで戻らないまま推移するオーバーシュートが見られる。
図５（ｇ）はパーキンソン病特有の眼球運動であり、偏差量が常にマイナスで、視標を追従するときに視標が停止するまで視標に追いつけないアンダーシュートが見られる。
図５（ｈ）は眼筋異常・斜視などに見られる眼振であって、視標を正確に追従する部分と、視標から離れて推移する部分が交互に現れている。
【００４４】このように、解析グラフを表示させると、視標位置と眼球運動の関係が一目瞭然であるので、診断する際に眼球運動を正確に把握することができ、グラフを読み違えたりするおそれもない。
【００４５】また、これらのグラフを統計処理することにより得られたパターンデータを、予め登録したパターンデータと比較することにより、疾患の有無及び種類を判断することができる。
この場合、まず、測定された眼球運動データの視標移動データに対する誤差及び分散を求め、その大小により、誤差及び分散が０に近い場合は疾患がないと判断し、小さい場合は図５（ａ）〜（ｄ）のいずれかに該当し、大きい場合は図５（ｅ）〜（ｈ）のいずれかに該当すると判断できる。
【００４６】図５（ａ）〜（ｄ）のいずれかに該当すると判断された場合、眼球運動データの周波数を測定し、周波数が低く誤差がプラスである場合は図５（ａ）に該当し、周波数が低く誤差がマイナスである場合は図５（ｂ）に該当し、周波数が最初は低く途中から高くなる場合は図５（ｃ）に該当し、さらに、周波数が最初から高い場合は図５（ｄ）に該当すると判断できる。
【００４７】また、図５（ｅ）〜（ｈ）のいずれかに該当すると判断された場合は、解析グラフより、眼球運動の速度変化を算出すると共に、眼球と視標の動きが一致する部分があるか否かを読み取る。
【００４８】そして、眼球停止がある場合は図５（ｅ）に該当し、誤差がプラスで眼球停止が無く、眼球と視標の動きも一致しない場合は図５（ｆ）に該当し、誤差がマイナスで眼球停止が無く、眼球と視標の動きも一致しない場合は図５（ｇ）に該当し、眼球停止が無く、眼球と視標の動きが一致する場合は図５（ｈ）に該当すると判断できる。
【００４９】そして、図５（ａ）に該当する場合はＯＫＮ様眼振の疑い、図５（ｂ）に該当する場合は注視方向性眼振の疑い、図５（ｃ）に該当する場合は中枢異常に起因する注視眼振の疑い、図５（ｄ）に該当する場合は三半規管などの末梢部の異常に起因する眼振の疑い、図５（ｅ）または（ｆ）に該当する場合は脊髄小脳変性症の疑い、図５（ｇ）に該当する場合はパーキンソン病の疑い、図５（ｈ）に該当する場合は眼筋異常などの疑いがあると判断され、パーキンソン病あるいは脊髄小脳変性症の場合は、眼球位置が視標からどの程度ずれているかによって、重症度の判定、治療効果、薬理効果の判定ができる。
【００５０】図６は、疾患の鑑別、重症度等をより正確に行うために、水平方向追視誤差表示手段と垂直方向追視誤差表示手段とにより、視標を水平方向に基準位置から所定量移動させたときの視標からの眼球位置の水平方向および垂直方向の偏差を示したグラフである。
これによれば、視標を水平方向に動かしたときでも、眼球の水平方向の偏差だけでなく、上下方向の偏差も検査できるので、眼振に関するより詳細なデータを収集することができる。
【００５１】また、アナライザ１７が、追視誤差表示グラフにおける視標位置と眼球位置との偏差を積算する追試誤差積算手段を有していてもよい。
積算値がわかれば、視標位置に対する眼球位置の偏差すなわちズレが多いか少ないかという極めて単純な基準のみで、疾患の重症度を判定することができる。したがって、積算値が大きければ重症、小さければ軽症と判断される。
この場合、アナライザ１７では、横軸に時間、縦軸に眼球及び視標の位置を示す生データ（図７（ａ）参照）に基づいて、前述した手順で追視誤差表示グラフ（図７（ｂ）参照）を出力し、これに基づき、偏差の絶対値を積算（図７（ｂ）網点部分の面積）Ｅｔして定量化する。
【００５２】さらに、前記アナライザ１７が、視標位置と眼球位置との偏差の閾値を設定する閾値設定手段と、偏差が前記閾値より小さい値を維持している時間の割合を算出する閾値内存在指数算出手段と、横軸に閾値内存在指数を、縦軸に偏差の積算値を表した疾患判別グラフを表示する疾患判別グラフ表示手段を備えていても良い。
【００５３】閾値設定手段では、図８に示すように、追視誤差表示グラフに偏差のプラス側及びマイナス側に一定の閾値±σが設定される。
そして、このとき検出された偏差が閾値±σより小さければ、視標位置と眼球位置が比較的近いと判断できる。
この判断は、閾値内存在指数算出手段により偏差が前記閾値より小さい値を維持している時間の割合を算出することにより行う。
この閾値内存在指数Ｎは、偏差が閾値より小さい値を維持している時間（図８網点部分）をＴｎとしたときに、
Ｎ＝Ｔｎ／（視標の停止時刻Ｔｂ−視標の移動開始時刻Ｔａ）
で求められる。
この場合に、閾値を適宜設定したり、段階的に設定することにより、重症度を判定可能で、その経過をみれば重症化傾向あるいは薬剤投与後の薬理効果をみることができる
また、閾値内存在時間を年齢別にあらかじめ登録しておき、年齢別比較手段により測定データと比較すれば病気のスクリーニングができる。
これとは別に、視標を急速に動かしたときのサッケード（律動性眼球運動）回数、頻度検出手段により検出したサッケード（律動性眼球運動）回数、頻度に基づき病気のスクリーニングもできる。
【００５４】そして、疾患判別グラフ表示手段では、図９に示すように、横軸に閾値内存在指数Ｎを、縦軸に偏差の積算値Ｅｔを表した疾患判別グラフが出力される。
この場合、偏差が閾値より小さいときは視標位置と眼球位置が一致しているとみなせる程度に閾値をある程度小さく設定しておけば、眼球位置と視標位置が一致する割合を示す一致指数として閾値内存在指数Ｎを用いることができる。
【００５５】図９の疾患判別グラフによれば、一致指数Ｎと偏差の積算値Ｅｔには母集団全体で負の相関を示し、一致指数Ｎの値に応じて疾患特異性を示す傾向にある。
ここで、ＣＩは脳梗塞、ＤＺはめまい、ＮＭは健常者、ＭＧは重症筋無力症、ＰＤはパーキンソン病である。
疾患判別グラフ中、一致指数Ｎが高く偏差が少ない領域Ａは、健常者が多い。また、一致指数Ｎが中程度で偏差が少ない領域Ｂは、めまい感を訴える患者が多く、特に、高齢者では視標まわりで視線が動揺する傾向が認められた。これらのめまいの中には従来法では客観的評価が難しかったものもある。
さらに、一致指数Ｎが比較的低く偏差も小さい領域Ｃは、パーキンソン病の患者が多かった。
【００５６】さらに、脊髄小脳変性症では視標位置と眼球位置との誤差が著しく、本装置で得られたデータからも疾患特異性が認められ、本装置は疾患の鑑別の補助として有効である。
【００５７】なお、眼球撮像装置２を装着した状態で頭部を回転させ、視標を映し出したときと映し出さないときで、頭部移動によって生じる前庭動眼反射の計測や、めまいにおける眼球運動を行い、両者を比較することも可能であり、臨床的にも有用な装置となると期待される。
【００５８】また、眼球撮像装置２で右側の眼球のみを撮像する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、両眼を同時に撮像できるように撮像カメラ７を左右両側に設けてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、頭部を固定することなく、視標を映し出すスクリーン等のディスプレイに対して頭部を静止させ、また、眼球を撮像する撮像カメラに対しても頭部を静止させた状態で眼球を撮像することにより、正確な視標追跡機能検査を行えることができるという大変優れた効果を奏し、さらに、眼球運動グラフと視標移動グラフが同期的に重ねられて表示されるのでこれらの相対関係をより正確で且つ容易に把握することができるという効果も有する。
【００６０】また、患者の頭部にゴーグル型ヘッドセットを装着するだけで足りるので、使用場所を選ばずベッドサイドでも手軽に使うことができ、デイスプレイの輝度を高くすることにより、完全暗所でなくても使用可能であるという大変優れた効果を奏する。さらに本システムを用いれば従来難しかった老人性めまい検査用としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る眼球運動解析システムを示す説明図。
【図２】眼球撮像装置を示す説明図。
【図３】撮像時の画面を示す説明図。
【図４】アナライザの処理手順を示すフローチャート。
【図５】追視誤差表示グラフの例を示すグラフ。
【図６】追視誤差表示グラフの他の例を示すグラフ。
【図７】追視誤差積算手段の処理を示すグラフ。
【図８】閾値設定手段の例を示すグラフ。
【図９】疾患判別グラフの例を示す説明図。
【符号の説明】
１………眼球運動解析システム
２………眼球撮像装置
３………コントローラ
４………ディスプレイ
５………ゴーグル型ヘッドセット
６………ハーフミラー
７………撮像カメラ
１０………照明光発光部
Ｃｘ………撮像光軸
Ｅｘ………視軸
１１………耳掛けフレーム
１７………アナライザ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイに映し出された視標を追従する眼球の動きを撮像してその運動解析を行う眼球運動解析システムと、それに用いる眼球撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼球運動は脳神経の働きと深い関係があり、特に、眼球の基本的運動機能である視標追跡機能の検査は、パーキンソン病、アルツハイマー病、脊髄小脳変性症及びめまい等の脳神経系疾患の診断に用いられている。
この視標追跡機能検査は、スクリーンなどのディスプレイに映し出される視標を直線的に一定速度で移動させ、この視標を追従する眼球の動きをビデオカメラで撮像し、その画像データに基づいて眼球運動を解析するものである。
【０００３】例えば、視標を左から右に一定速度で移動させたときの眼球の動きを撮像し、その眼球画像から眼球位置の時間変化を読み出し、視標の移動開始時刻及び移動終了時刻を表わすパルス波形と共にグラフ表示させている。
【０００４】これによれば、眼球の移動開始時刻が視標の移動開始時刻からどの程度送れているか、視標の移動開始時刻から移動終了に至るまで眼球が直線的に移動しているか、視標が停止した後に眼球がどのように動いているかなどをグラフから読み取ることができる。
【０００５】しかしながら、一般的な視標追跡機能検査は、被験者前方のスクリーンに視標を投影するようにしているため、比較的大がかりな投影装置や専用の検査室を必要とし、総合病院であればともかく、一般の開業医にとってそのような設備を設けることは負担が大きい。
【０００６】また、前方にあるスクリーンに投影された視標を追従する場合に人間は本能的に頭の向きを変えてしまうため、頭部を固定しない限り正確な視標追跡機能検査を行うことができない。
この場合に、額と顎を押し当てて使用するのが一般的であるが、それでも頭部が拘束されているわけではないので、頭部移動による画像ブレをなくすことはできない。
【０００７】すなわち、視標追跡機能検査を行う場合に、視標を映し出すスクリーンに対して頭部が静止していることが必要であり、また、眼球を撮像する撮像カメラに対して頭部が静止していることが必要である。
【０００８】単に眼球画像を撮像するのであれば、ゴーグル型のヘッドセットに眼球に対向して撮像カメラを設けたタイプの眼球撮像装置を用いることにより、撮像カメラに対して頭部を静止させることができるが、この場合は、撮像カメラが邪魔になって前方にあるスクリーンを見ることができなくなってしまう。
また、撮像カメラの位置などを工夫して、スクリーンを見ることができるようにしても、結局は、視標を映し出すスクリーンに対して頭部を静止させることができない。
【０００９】さらに、解析結果は、眼球位置の時間変化を視標の移動開始時刻及び移動終了時刻と共にグラフ表示するようにして、その眼球運動パターン等により脳神経疾患の診断を行っている。
ここで、健常者の場合は視標の位置に対して眼球位置がずれることはないが、脳神経系疾患を有する患者は位置ずれを生ずる。
しかし、従来のグラフでは、眼球位置と視標の位置との相対関係を正確に把握することが困難であるので、病状をより詳細に把握することが困難であった。
【００１０】例えば、視標が動き出してもすぐ追随せず時間遅れを生じた後視標に追いついたり、視標の移動量に対して眼球の移動量がオーバーシュート又はアンダーシュートする場合に、眼球位置がどの時点で視標の動きに追いついたか、また、オーバーシュート量又はアンダーシュート量がどの程度であるかというように、視標の位置と眼球位置の相対関係を把握することが難いという問題があった。
【００１１】このため、本発明者らは、頭部を固定することなく、視標を映し出すスクリーン等のディスプレイに対して頭部を静止させ、また、眼球を撮像する撮像カメラに対しても頭部を静止させた状態で眼球を撮像することにより、正確な視標追跡機能検査を行うことができる眼球撮像装置を試作すると共に、眼球位置と視標位置との相対関係をより正確で且つ容易に把握できる眼球運動解析システムを提案した（特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特願２００２−１３１４６３号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このシステムでは、解析結果に基づいて、横軸に時間・縦軸に位置を表わして、表示する同一時刻における眼球及び視標の位置を同じグラフに重ねて表示するようにしているため、その相対関係を正確に且つ容易に把握することができるようになったが、その解析結果に基づいて診断をする際に、疾患の種類及び有無をより明確に判断することができる補助的データの提供が望まれていた。
【００１４】そこで、本発明者は先に提案したシステムに改良を施し、眼球位置と視標位置との相対関係をより正確で且つ容易に把握できると同時に、疾患の鑑別、重症度等をより的確に判断するための補助的データを出力できるようにすることを技術的課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、ディスプレイに映し出された視標を追従する眼球の動きを撮像する眼球撮像装置と、撮像された眼球画像に基づきその運動解析を行うアナライザとを備えた眼球運動解析システムであって、前記眼球撮像装置が、少なくとも片方の眼球と対向する位置に前記ディスプレイを設けたゴーグル型ヘッドセットに、前記ディスプレイに対向する眼球の像を反射させるハーフミラーと、当該ハーフミラーによる眼球の反射像を撮像する撮像カメラを備えて成り、前記アナライザが、前記眼球撮像装置により撮像された眼球画像に基づき眼球位置の時間変化を眼球運動データとして読み出す画像処理手段と、当該画像処理手段で読み出された眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係をグラフ表示する解析グラフ出力手段とを備え、前記解析グラフ出力手段により、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフが出力されることを特徴とする。
【００１６】本発明によれば、眼球撮像装置のゴーグル型ヘッドセットに視標を映し出すディスプレイと、眼球を撮像する撮像カメラが設けられているので、このゴーグル型ヘッドセットを頭部に装着すれば、ディスプレイと撮像カメラが頭部に対して固定されることとなる。
なお、撮像カメラは、例えば、ゴーグル型ヘッドセットの耳掛フレームに取付金具を介してＸＹＺ方向に位置調整可能及び首振可能に取り付けられており、これにより正確に眼球を撮像できるように光軸を調節することが可能となる。
【００１７】この眼球撮像装置を頭部に装着すれば、頭部はディスプレイ及び撮像カメラに対して相対的に静止していることとなるので、頭部が多少動いても、頭部移動による画像ブレを起すことなく、視標に追従する眼球運動を正確に撮像することができ、眼球の視標追跡機能を正確に検査することができる。
したがって、一般開業医でもスクリーン無しでゴーグル型ヘッドセットのディスプレイに視標を示すことができ、この視標を直線的に一定速度で移動させ、この視標を追従する眼球の動きをビデオカメラで撮像し、その画像データに基づいて眼球運動を解析することが容易にできる。
【００１８】ここで、ディスプレイに映し出される画像を制御するコントローラを設け、デイスプレイの輝度調整を行って画像のコントラストを高く設定すれば、周囲の明るさにかかわらず、また、視力の弱い患者でも視標を見易く映し出すことができる。
また、コントローラにより、視標の移動速度、方向を自由に設定したり、視標の点灯および消灯を制御するようにしてもよい。
これにより、視標を水平垂直方向に動かしたときの水平垂直視標運動や、視標を急速に動かしたときのサッケード（衝動性眼球運動）や、視標をゆっくりと動かしたときのスムーズパーシュート（滑動性眼球運動）を観察することができるようになる。
【００１９】そして、眼球撮像装置で撮像された眼球画像から画像処理手段により眼球運動データが読み出され、その眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係が解析グラフ出力手段によりグラフ表示される。
本発明では、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフを出力するようにしている。
すなわち、この検査では眼球位置が問題なのではなく、視標位置とのずれが問題になるため、偏差を表示するようにした。
【００２０】このようにグラフ表示すると、視標位置はその動きに拘わらず、水平線で表すことができるので、眼球位置との偏差が一目瞭然となり、偏差の量を直読することができる。
この偏差のグラフにより、疾患の有無、疾患の種類をより的確に判断することができ、したがって、医師が他の臨床所見を勘案して総合的に診断する際の補助的なデータとすることができる。
【００２１】疾患の鑑別、重症度等をより正確に行うために、視標を基準位置から水平方向に所定量移動させたときの視標位置と眼球位置の偏差の水平方向成分および垂直方向成分を追視誤差表示グラフ上に同時に示してもよい。
【００２２】また追視誤差は、追視誤差の大きさを積算して表示する追試誤差積算表示手段を設けることにより定量化して表示でき、追視誤差の大きさで疾患の重症度を判定できる。
【００２３】また横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置の偏差を示し、どの程度の範囲の視野まで精密に追視しているかを判定するための視野角を設定する視野角基準設定手段と、追視がこの基準内に入っているか否か判定する視野角基準内判定手段と、視野角基準内に入っている時間を算出する視野角基準内時間算出手段と、これらの手段に基づくデータにより疾患を鑑別し表示する疾患鑑別表示手段とを設けることにより、疾患の鑑別が容易にできる。
【００２４】もちろん、従来と同様に視標を左から右に一定速度で移動させたときの眼球の動きを撮像し、その眼球画像から眼球位置の時間変化を読み出し、視標の移動開始時刻及び移動終了時刻を表わすパルス波形と共にグラフ表示させることもできる。
また、眼球の移動開始時刻が視標の移動開始時刻からどの程度送れているか、視標の移動開始時刻から移動終了に至るまで眼球が直線的に移動しているか、視標が停止した後に眼球がどのように動いているかなどをグラフから読み取ることもできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る眼球運動解析システムを示す説明図、図２は眼球撮像装置を示す説明図、図３は撮像時の画面を示す説明図、図４はアナライザの処理手順を示すフローチャート、図５は解析グラフである。
【００２６】図１に示す眼球運動解析システム１は、視標を追従する眼球の動きを撮像する眼球撮像装置２と、視標の動きを制御すると共に撮像された眼球画像に基づきその運動解析を行うコントローラ３を備えている。
【００２７】眼球撮像装置２は、少なくとも片方（右眼）の眼球と対向する位置に視標を表示するディスプレイ４が設けられたゴーグル型ヘッドセット５に、前記ディスプレイ４に対向する眼球の像を反射させるハーフミラー６と、当該ハーフミラー６により反射された眼球を撮像する撮像カメラ７を備えている。
【００２８】前記ゴーグル型ヘッドセット５は、両眼と対向する個別の液晶ディスプレイ４、４が形成されたオリンパス社製の市販のヘッドマウントディスプレイＥｙｅ−Ｔｒｅｋ（商品名）を使用した。
また、ディスプレイ４の大きさは決まっているので、ヘッドセット５を装着した状態で、正面を向いた眼球と対向するディスプレイ４の中心から左右に移動する視標を追従したときに、眼球の視軸の傾斜角が夫々の方向に３０°確保できるように、ノーズパッド８によりディスプレイ４と眼球との距離が２３ｍｍ以下に設定されている。
【００２９】撮像カメラ７は、ＣＣＤ素子内蔵型の超小型プローブカメラが用いられ、画像を取り込むレンズ９の周囲に照明光発光部１０が環状に配され、その撮像光軸Ｃｘが、正面を向いた眼球の視軸Ｅｘに対して斜めに交差するようにゴーグル型ヘッドセット５の耳掛けフレーム１１に取付金具１２を介してＸＹＺ方向に位置調整可能及び首振可能に取り付けられている。
なお、照明光発光部１０は、ＬＥＤなどの小型発光体を設ける場合でも、外部のハロゲン光源などの光を導く光ファイバであっても良く、また、眼球を撮像できればその設置場所も問わない。
【００３０】また、ハーフミラー６は、片側のディスプレイ４の全面を覆うように配されると共に、耳掛けフレーム１１に取り付けられた撮像カメラ７の撮像光軸Ｃｘを眼球に向けて反射させる角度に傾斜して設けられており、照明光発光部１０から照射された照明光は、このハーフミラー６に反射させて眼球を照明している。
【００３１】眼球撮像装置２のディスプレイ４及び撮像カメラ７は、パソコンで構成されるコントローラ３に接続され、測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまで、前記コントローラ３から出力されるビデオ信号によりディスプレイ４に視標が映し出され、撮像カメラ７で撮像された眼球画像がコントローラ３に取り込まれる。
【００３２】コントローラ３では、キーボード入力又はマウス入力により設定された視標の移動方向及び移動速度に応じて、測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまでの視標位置の時間変化が視標移動データとして予め設定された視標移動データ記憶領域１４に記憶される。
そして、所定のスタートキーが押されると前記視標移動データに基づいてビデオ信号生成手段１５により生成されたビデオ信号がディスプレイ４に出力されて視標が任意の色で表示されると共に、スタートキーを押した時刻が測定開始時刻Ｔｓとして記録される。
【００３３】なお、ディスプレイ４に映し出される視標は、測定開始時刻Ｔｓから移動開始時刻Ｔａまで静止し、移動開始時刻Ｔａから停止時刻Ｔｂまで所定の移動方向及び移動速度で移動され、停止時刻Ｔｂから測定終了時刻まで静止するようにその移動データが設定される。
移動速度は自由に設定可能（０．１〜２０秒）であるが、本例では移動開始時刻Ｔａから時刻Ｔｂに至るまでの時間が２〜７秒に設定される。
【００３４】また、図３は撮像中のコントローラ３のディスプレイ１６を示し、撮像カメラ７から取り込まれた眼球画像を表示するウィンドウＷ１と、眼球撮像装置２のディスプレイ４に表示されている視標の画像を表示するウィンドウＷ２が重ねて表示される。
【００３５】一方、撮像カメラ７に取り込まれた眼球画像はコントローラ３に出力され、予め設定されたアナライザ１７としてのプログラムに従って解析処理がなされる。
アナライザ１７は、眼球撮像装置２により撮像された眼球画像に基づき眼球位置の時間変化を眼球運動データとして読み出す画像処理手段と、当該画像処理手段で読み出された眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係をグラフ表示する解析グラフ出力手段とを備え、該解析グラフ出力手段により、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフを出力するように成されている。
また、追試誤差のグラフ線のパターンデータを抽出するパターンデータ抽出手段と、当該パターンデータ抽出手段で抽出されたパターンデータを疾患に応じて予め登録された眼球運動のパターンデータと比較して疾患の有無及び疾患の種類を特定する疾患判定手段を備えている。
【００３６】図４はアナライザ１７の処理手順を示すフローチャートであって、ステップＳＴＰ１で測定開始時刻Ｔｓを読み出し、ステップＳＴＰ２で撮像カメラ７から入力された動画像を時刻Ｔｓから所定の時間間隔（例えば０．０５秒おき）の静止画として取り込む。
【００３７】次いで、ステップＳＴＰ３で測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまで読み出された夫々の静止画に基づき眼球中心の位置を読み取り、視標の移動方向に対する眼球位置とその時刻を眼球移動データとして予め設定された記憶領域に記憶する。
【００３８】なお、この場合の眼球位置は、視標の移動量で予め正規化したキャリブレーションデータを用いて決定する。
キャリブレーションは測定に先立って行われ、正面を向いた標準的な眼球の視軸と対向するディスプレイ４の中心（基準位置）から標準的な眼球の視軸が左右３０°に傾斜する位置まで視標を移動させ、その始点と終点の眼球画像に基づき、画像上の眼球移動量を視標の移動量で正規化して、キャリブレーションデータを算出する。
これにより、眼球が正確に視標を追従していれば、眼球画像より読み取られる眼球位置と、視標移動データの視標位置は正確に一致することとなる。
【００３９】そして、ステップＳＴＰ４で全ての静止画について処理が終了したと判断されるとＳＴＰ５に移行して、測定開始時刻Ｔｓから測定終了時刻Ｔｅまでの時刻−眼球位置からなる眼球移動データと、コントローラ３で設定された時刻−視標位置からなる視標移動データが読み出され、ステップＳＴＰ６に移行して、同時刻における眼球位置と視標位置の偏差を算出し、横軸を時刻とし，縦軸を偏差とする追試誤差表示グラフに出力する。
【００４０】次いで、ステップＳＴＰ７に移行し、追試誤差表示グラフのパターンデータを抽出し、ステップＳＴＰ８では、抽出されたパターンデータを、予め登録された疾患に対応する眼球運動のパターンデータと比較して統計値と比較して、該当する疾患の有無及び疾患の種類を特定し、ステップＳＴＰ９でその解析結果を出力して処理を終了する。
【００４１】なお、上述のステップＳＴＰ１〜ＳＴＰ９の処理のうち、ステップＳＴＰ１〜ＳＴＰ４の処理が画像処理手段であり、ステップＳＴＰ５〜ＳＴＰ６の処理が解析グラフ出力手段、ステップＳＴＰ７の処理がパターンデータ抽出手段、ステップＳＴＰ８〜ＳＴＰ９の処理が疾患判定手段である。
【００４２】図５（ａ）〜（ｈ）は視標を正面から３０°まで水平右方向に５秒間かけてゆっくりと移動させたときの追試誤差表示グラフである。
【００４３】図５（ａ）は視標を追従するときに、偏差量が常にプラスで、眼球が視標位置より先に行き過ぎては戻るというＯＫＮ様眼振（ｏｐｔｏ−ｋｉｎｅｔｉｃ−ｎｙｓｔａｇｍｕｓ：視運動性眼振）が見られる。
図５（ｂ）は視標を追従するときに、偏差量が常にマイナスで、眼球が視標位置に遅れては追いつくという注視方向性眼振が見られる。
図５（ｃ）は視標を追従するときにある程度の角度まで追従した時点で眼振が発生する中枢異常に起因する注視眼振が見られる。
図５（ｄ）は視標を追従するときに眼球が正面の位置にあるときから常に眼球位置が安定しない末梢異常に起因する眼振が見られる。
図５（ｅ）は脊髄小脳変性症特有の眼振であり、パルス状振動の上下両側がほぼ同じ角度に傾いていることから、視標を追従するときに視標位置より先で停止しては視標位置より後に戻って停止するという眼振が見られる。
図５（ｆ）も脊髄小脳変性症特有の眼球運動であり、偏差量が常にプラスであり、視標を追従するときに視標位置より先に行き過ぎて視標位置まで戻らないまま推移するオーバーシュートが見られる。
図５（ｇ）はパーキンソン病特有の眼球運動であり、偏差量が常にマイナスで、視標を追従するときに視標が停止するまで視標に追いつけないアンダーシュートが見られる。
図５（ｈ）は眼筋異常・斜視などに見られる眼振であって、視標を正確に追従する部分と、視標から離れて推移する部分が交互に現れている。
【００４４】このように、解析グラフを表示させると、視標位置と眼球運動の関係が一目瞭然であるので、診断する際に眼球運動を正確に把握することができ、グラフを読み違えたりするおそれもない。
【００４５】また、これらのグラフを統計処理することにより得られたパターンデータを、予め登録したパターンデータと比較することにより、疾患の有無及び種類を判断することができる。
この場合、まず、測定された眼球運動データの視標移動データに対する誤差及び分散を求め、その大小により、誤差及び分散が０に近い場合は疾患がないと判断し、小さい場合は図５（ａ）〜（ｄ）のいずれかに該当し、大きい場合は図５（ｅ）〜（ｈ）のいずれかに該当すると判断できる。
【００４６】図５（ａ）〜（ｄ）のいずれかに該当すると判断された場合、眼球運動データの周波数を測定し、周波数が低く誤差がプラスである場合は図５（ａ）に該当し、周波数が低く誤差がマイナスである場合は図５（ｂ）に該当し、周波数が最初は低く途中から高くなる場合は図５（ｃ）に該当し、さらに、周波数が最初から高い場合は図５（ｄ）に該当すると判断できる。
【００４７】また、図５（ｅ）〜（ｈ）のいずれかに該当すると判断された場合は、解析グラフより、眼球運動の速度変化を算出すると共に、眼球と視標の動きが一致する部分があるか否かを読み取る。
【００４８】そして、眼球停止がある場合は図５（ｅ）に該当し、誤差がプラスで眼球停止が無く、眼球と視標の動きも一致しない場合は図５（ｆ）に該当し、誤差がマイナスで眼球停止が無く、眼球と視標の動きも一致しない場合は図５（ｇ）に該当し、眼球停止が無く、眼球と視標の動きが一致する場合は図５（ｈ）に該当すると判断できる。
【００４９】そして、図５（ａ）に該当する場合はＯＫＮ様眼振の疑い、図５（ｂ）に該当する場合は注視方向性眼振の疑い、図５（ｃ）に該当する場合は中枢異常に起因する注視眼振の疑い、図５（ｄ）に該当する場合は三半規管などの末梢部の異常に起因する眼振の疑い、図５（ｅ）または（ｆ）に該当する場合は脊髄小脳変性症の疑い、図５（ｇ）に該当する場合はパーキンソン病の疑い、図５（ｈ）に該当する場合は眼筋異常などの疑いがあると判断され、パーキンソン病あるいは脊髄小脳変性症の場合は、眼球位置が視標からどの程度ずれているかによって、重症度の判定、治療効果、薬理効果の判定ができる。
【００５０】図６は、疾患の鑑別、重症度等をより正確に行うために、水平方向追視誤差表示手段と垂直方向追視誤差表示手段とにより、視標を水平方向に基準位置から所定量移動させたときの視標からの眼球位置の水平方向および垂直方向の偏差を示したグラフである。
これによれば、視標を水平方向に動かしたときでも、眼球の水平方向の偏差だけでなく、上下方向の偏差も検査できるので、眼振に関するより詳細なデータを収集することができる。
【００５１】また、アナライザ１７が、追視誤差表示グラフにおける視標位置と眼球位置との偏差を積算する追試誤差積算手段を有していてもよい。
積算値がわかれば、視標位置に対する眼球位置の偏差すなわちズレが多いか少ないかという極めて単純な基準のみで、疾患の重症度を判定することができる。したがって、積算値が大きければ重症、小さければ軽症と判断される。
この場合、アナライザ１７では、横軸に時間、縦軸に眼球及び視標の位置を示す生データ（図７（ａ）参照）に基づいて、前述した手順で追視誤差表示グラフ（図７（ｂ）参照）を出力し、これに基づき、偏差の絶対値を積算（図７（ｂ）網点部分の面積）Ｅｔして定量化する。
【００５２】さらに、前記アナライザ１７が、視標位置と眼球位置との偏差の閾値を設定する閾値設定手段と、偏差が前記閾値より小さい値を維持している時間の割合を算出する閾値内存在指数算出手段と、横軸に閾値内存在指数を、縦軸に偏差の積算値を表した疾患判別グラフを表示する疾患判別グラフ表示手段を備えていても良い。
【００５３】閾値設定手段では、図８に示すように、追視誤差表示グラフに偏差のプラス側及びマイナス側に一定の閾値±σが設定される。
そして、このとき検出された偏差が閾値±σより小さければ、視標位置と眼球位置が比較的近いと判断できる。
この判断は、閾値内存在指数算出手段により偏差が前記閾値より小さい値を維持している時間の割合を算出することにより行う。
この閾値内存在指数Ｎは、偏差が閾値より小さい値を維持している時間（図８網点部分）をＴｎとしたときに、
Ｎ＝Ｔｎ／（視標の停止時刻Ｔｂ−視標の移動開始時刻Ｔａ）
で求められる。
この場合に、閾値を適宜設定したり、段階的に設定することにより、重症度を判定可能で、その経過をみれば重症化傾向あるいは薬剤投与後の薬理効果をみることができる
また、閾値内存在時間を年齢別にあらかじめ登録しておき、年齢別比較手段により測定データと比較すれば病気のスクリーニングができる。
これとは別に、視標を急速に動かしたときのサッケード（律動性眼球運動）回数、頻度検出手段により検出したサッケード（律動性眼球運動）回数、頻度に基づき病気のスクリーニングもできる。
【００５４】そして、疾患判別グラフ表示手段では、図９に示すように、横軸に閾値内存在指数Ｎを、縦軸に偏差の積算値Ｅｔを表した疾患判別グラフが出力される。
この場合、偏差が閾値より小さいときは視標位置と眼球位置が一致しているとみなせる程度に閾値をある程度小さく設定しておけば、眼球位置と視標位置が一致する割合を示す一致指数として閾値内存在指数Ｎを用いることができる。
【００５５】図９の疾患判別グラフによれば、一致指数Ｎと偏差の積算値Ｅｔには母集団全体で負の相関を示し、一致指数Ｎの値に応じて疾患特異性を示す傾向にある。
ここで、ＣＩは脳梗塞、ＤＺはめまい、ＮＭは健常者、ＭＧは重症筋無力症、ＰＤはパーキンソン病である。
疾患判別グラフ中、一致指数Ｎが高く偏差が少ない領域Ａは、健常者が多い。また、一致指数Ｎが中程度で偏差が少ない領域Ｂは、めまい感を訴える患者が多く、特に、高齢者では視標まわりで視線が動揺する傾向が認められた。これらのめまいの中には従来法では客観的評価が難しかったものもある。
さらに、一致指数Ｎが比較的低く偏差も小さい領域Ｃは、パーキンソン病の患者が多かった。
【００５６】さらに、脊髄小脳変性症では視標位置と眼球位置との誤差が著しく、本装置で得られたデータからも疾患特異性が認められ、本装置は疾患の鑑別の補助として有効である。
【００５７】なお、眼球撮像装置２を装着した状態で頭部を回転させ、視標を映し出したときと映し出さないときで、頭部移動によって生じる前庭動眼反射の計測や、めまいにおける眼球運動を行い、両者を比較することも可能であり、臨床的にも有用な装置となると期待される。
【００５８】また、眼球撮像装置２で右側の眼球のみを撮像する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、両眼を同時に撮像できるように撮像カメラ７を左右両側に設けてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、頭部を固定することなく、視標を映し出すスクリーン等のディスプレイに対して頭部を静止させ、また、眼球を撮像する撮像カメラに対しても頭部を静止させた状態で眼球を撮像することにより、正確な視標追跡機能検査を行えることができるという大変優れた効果を奏し、さらに、眼球運動グラフと視標移動グラフが同期的に重ねられて表示されるのでこれらの相対関係をより正確で且つ容易に把握することができるという効果も有する。
【００６０】また、患者の頭部にゴーグル型ヘッドセットを装着するだけで足りるので、使用場所を選ばずベッドサイドでも手軽に使うことができ、デイスプレイの輝度を高くすることにより、完全暗所でなくても使用可能であるという大変優れた効果を奏する。さらに本システムを用いれば従来難しかった老人性めまい検査用としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る眼球運動解析システムを示す説明図。
【図２】眼球撮像装置を示す説明図。
【図３】撮像時の画面を示す説明図。
【図４】アナライザの処理手順を示すフローチャート。
【図５】追視誤差表示グラフの例を示すグラフ。
【図６】追視誤差表示グラフの他の例を示すグラフ。
【図７】追視誤差積算手段の処理を示すグラフ。
【図８】閾値設定手段の例を示すグラフ。
【図９】疾患判別グラフの例を示す説明図。
【符号の説明】
１………眼球運動解析システム
２………眼球撮像装置
３………コントローラ
４………ディスプレイ
５………ゴーグル型ヘッドセット
６………ハーフミラー
７………撮像カメラ
１０………照明光発光部
Ｃｘ………撮像光軸
Ｅｘ………視軸
１１………耳掛けフレーム
１７………アナライザ
Claims (6)
- ディスプレイに映し出された視標を追従する眼球の動きを撮像する眼球撮像装置と、撮像された眼球画像に基づきその運動解析を行うアナライザとを備えた眼球運動解析システムであって、
前記眼球撮像装置が、少なくとも片方の眼球と対向する位置に前記ディスプレイを設けたゴーグル型ヘッドセットに、前記ディスプレイに対向する眼球の像を反射させるハーフミラーと、当該ハーフミラーによる眼球の反射像を撮像する撮像カメラを備えて成り、
前記アナライザが、前記眼球撮像装置により撮像された眼球画像に基づき眼球位置の時間変化を眼球運動データとして読み出す画像処理手段と、当該画像処理手段で読み出された眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係をグラフ表示する解析グラフ出力手段とを備え、
前記解析グラフ出力手段により、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフが出力されることを特徴とする眼球運動解析システム。 - ディスプレイに映し出された視標を追従する眼球の動きを撮像する眼球撮像装置と、撮像された眼球画像に基づきその運動解析を行うアナライザとを備えた眼球運動解析システムであって、
前記アナライザが、前記眼球撮像装置により撮像された眼球画像に基づき眼球位置の時間変化を眼球運動データとして読み出す画像処理手段と、当該画像処理手段で読み出された眼球運動データと前記ディスプレイ上に移動表示された視標の移動データに基づき、その関係をグラフ表示する解析グラフ出力手段とを備え、
前記解析グラフ出力手段により、横軸に時間、縦軸に視標位置と眼球位置との偏差を表示する追視誤差表示グラフが出力されることを特徴とする眼球運動解析システム。 - 前記アナライザが、前記追視誤差表示グラフにおける視標位置と眼球位置との偏差を積算する追試誤差積算手段を有する請求項１又は２記載の眼球運動解析システム。
- 前記アナライザが、視標位置と眼球位置との偏差の閾値を設定する閾値設定手段と、偏差が前記閾値より小さい値を維持している時間の割合を算出する閾値内存在指数算出手段と備えた請求項１乃至３記載の眼球運動解析システム。
- 前記アナライザが、横軸に前記指数を、縦軸に偏差の積算値を表した疾患判別グラフを表示する疾患判別グラフ表示手段を備えた請求項４記載の眼球運動解析システム。
- 前記視標位置と前記眼球位置の偏差が、その水平方向成分及び垂直方向成分に分けて表示される請求項１乃至５記載の眼球運動解析システム。
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