JP2007020802A - Method for extracting gradual phase and nystagmus data analytic system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼振データにおける緩徐相抽出方法及びそれを用いた眼振データ解析システムに関する。 The present invention relates to a method for extracting a slow phase in nystagmus data and a nystagmus data analysis system using the same.
医学的な眼球運動解析手法の1つに、前庭動眼反射を用いた解析手法がある。前庭動眼反射とは、頭部を回転した場合に、その回転とは反対方向に眼球が動く反射のことである。一定方向の加速度刺激が持続すると、眼球は逆方向に徐々に変位し、急速に元に戻るという運動が規則的に反復する。 One of the medical eye movement analysis methods is an analysis method using vestibulo-oculomotor reflex. The vestibulo-oculomotor reflex is a reflection in which the eyeball moves in the opposite direction to the rotation of the head. When the acceleration stimulus in a certain direction continues, the eyeball is gradually displaced in the opposite direction, and the movement of rapidly returning to the original is repeated regularly.
眼球運動において、徐々に変位するなめらかな成分は「緩徐相」、急速に元に戻る成分は「急速相」と呼ばれる。これら2つの相が交互に現れる現象は眼振として知られている。この眼振の様子を観測した画像系列から得られたデータを、以下「眼振データ」と言う。
前庭動眼反射解析のためには、小脳等の中枢の働きによって引き起こされる急速相成分を除去し、前庭動眼反射によって引き起こされる緩徐相成分のみを抽出する必要がある。
In the eye movement, a smooth component that gradually shifts is called a “slow phase”, and a component that quickly returns to the original is called a “rapid phase”. The phenomenon in which these two phases appear alternately is known as nystagmus. The data obtained from the image series in which the nystagmus is observed is hereinafter referred to as “nystagmus data”.
For the vestibulo-oculomotor reflex analysis, it is necessary to remove the rapid phase component caused by the central action such as the cerebellum and extract only the slow phase component caused by the vestibulo-oculomotor reflex.
従来、眼振データから急速相成分を除去し、緩徐相成分を抽出するための種々の手法が提案されてきた。例えば、非特許文献1に、眼振データにおいてファジー集合理論を適用して緩徐相を自動的に抽出する手法が開示されている。非特許文献1の手法等、従来の手法においては、被験者の頭部へ回転刺激(正弦波刺激)を与えた場合の眼振を観測した眼振データに対して、正弦波近似曲線に基づいてファジー集合理論を適用しメンバーシップ値を決定することによって緩徐相を抽出するものであった。
Conventionally, various methods for removing a rapid phase component from nystagmus data and extracting a slow phase component have been proposed. For example, Non-Patent
しかしながら、眼振は、被験者の頭部へ回転刺激(正弦波刺激)を与えた場合以外に、三半規管や脳の障害等の疾患等によっても引き起こされる。上記従来の手法は、被験者の頭部へ回転刺激が与えられている場合の眼振を観測した眼振データから緩徐相を抽出することはできるが、回転刺激が与えられていない場合の眼振を観測した眼振データからは精度良く緩徐相の抽出を行うことができない、という問題があった。 However, nystagmus is also caused by diseases such as a semicircular canal and a brain disorder other than when a rotational stimulus (sine wave stimulus) is applied to the subject's head. The above conventional method can extract a slow phase from nystagmus data obtained by observing nystagmus when a rotational stimulus is applied to the subject's head, but nystagmus when no rotational stimulus is applied. There was a problem that the slow phase could not be extracted accurately from the nystagmus data observed.
本発明は、上記問題に鑑み、回転刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相を抽出する、信頼性の高い緩徐相抽出方法及び眼振データ解析システムを提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention provides a reliable slow phase extraction method and a nystagmus data analysis system that extract a slow phase with high accuracy even from nystagmus data when no rotational stimulus is applied. Is an issue.
上記問題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
本発明の1つの観点による緩徐相抽出方法は、眼振データにおいてファジー理論を適用して緩徐相を抽出する方法であって、n(nは2以上の整数)個目の眼振データと(n−1)個目の眼振データとの差分データを算出するステップ、前記差分データの絶対値に基づいてメンバーシップ値を決定するステップ、及び前記メンバーシップ値を所定の閾値と比較することによって緩徐相を抽出するステップ、を有する。
所定の閾値は、任意の閾値決定方法により決定され得るが、例えば、Kittlerの方法が高精度であるため好ましい。
この発明によれば、回転刺激が与えられている場合の眼振データのみならず、回転刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相を抽出する、信頼性の高い緩徐相抽出方法を実現できる。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
A slow phase extraction method according to one aspect of the present invention is a method for extracting a slow phase by applying fuzzy theory to nystagmus data, wherein n (n is an integer of 2 or more) nystagmus data and ( n-1) calculating difference data with the nystagmus data, determining a membership value based on an absolute value of the difference data, and comparing the membership value with a predetermined threshold Extracting a slow phase.
The predetermined threshold value can be determined by an arbitrary threshold value determination method, but, for example, the Kittler method is preferable because of its high accuracy.
According to the present invention, it is possible to extract a slow phase with high accuracy not only from nystagmus data when a rotational stimulus is applied but also from nystagmus data when a rotational stimulus is not applied. A phase extraction method can be realized.
好ましくは、前記眼振データが、回転刺激が与えられている場合の眼振データであるか、回転刺激が与えられていない場合の眼振データであるかを選択するステップ、を更に有し、前記選択するステップにおいて回転刺激が与えられていない場合の眼振データが選択された場合に前記算出するステップ、前記決定するステップ、及び前記抽出するステップが実行される。
この発明によれば、回転刺激が与えられている場合の眼振データのみならず、回転刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相を抽出する、信頼性の高い緩徐相抽出方法を実現できる。
Preferably, the nystagmus data further includes a step of selecting whether the nystagmus data when the rotational stimulus is given or the nystagmus data when the rotary stimulus is not given, The calculation step, the determination step, and the extraction step are executed when nystagmus data is selected when no rotational stimulus is applied in the selection step.
According to the present invention, it is possible to extract a slow phase with high accuracy not only from nystagmus data when a rotational stimulus is applied but also from nystagmus data when a rotational stimulus is not applied. A phase extraction method can be realized.
本発明の1つの観点による眼振データ解析システムは、眼振データにおいてファジー理論を適用して緩徐相を抽出する眼振データ解析システムであって、n(nは2以上の整数)個目の眼振データと(n−1)個目の眼振データとの差分データを算出し、前記差分データの絶対値に基づいてメンバーシップ値を決定し、前記メンバーシップ値を所定の閾値と比較することによって緩徐相を抽出するデータ処理部を有する。
所定の閾値は、任意の閾値決定方法により決定され得るが、例えば、Kittlerの方法が高精度であるため好ましい。
この発明によれば、回転刺激が与えられている場合の眼振データのみならず、回転刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相を抽出する、信頼性の高い眼振データ解析システムを実現できる。
An nystagmus data analysis system according to one aspect of the present invention is an nystagmus data analysis system that extracts a slow phase by applying fuzzy theory to nystagmus data, wherein n (n is an integer of 2 or more). Difference data between the nystagmus data and the (n−1) th nystagmus data is calculated, a membership value is determined based on the absolute value of the difference data, and the membership value is compared with a predetermined threshold value. A data processing unit for extracting a slow phase.
The predetermined threshold value can be determined by an arbitrary threshold value determination method, but for example, the Kittler method is preferable because of its high accuracy.
According to the present invention, a reliable eye that extracts a slow phase with high accuracy not only from nystagmus data when a rotational stimulus is applied but also from nystagmus data when a rotational stimulus is not applied. A vibration data analysis system can be realized.
好ましくは、前記データ処理部は、前記眼振データが、回転刺激が与えられていない場合の眼振データである場合に、n(nは2以上の整数)個目の眼振データと(n−1)個目の眼振データとの差分データを算出し、前記差分データの絶対値に基づいてメンバーシップ値を決定し、前記メンバーシップ値を所定の閾値と比較することによって緩徐相を抽出するよう構成されている。
この発明によれば、回転刺激が与えられている場合の眼振データのみならず、回転刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相を抽出する、信頼性の高い眼振データ解析システムを実現できる。
Preferably, the data processing unit, when the nystagmus data is nystagmus data when no rotational stimulus is applied, (n is an integer of 2 or more) nystagmus data and (n -1) calculating difference data with the first nystagmus data, determining a membership value based on the absolute value of the difference data, and extracting the slow phase by comparing the membership value with a predetermined threshold It is configured to
According to the present invention, a reliable eye that extracts a slow phase with high accuracy not only from nystagmus data when a rotational stimulus is applied but also from nystagmus data when a rotational stimulus is not applied. A vibration data analysis system can be realized.
本発明によれば、回転刺激が与えられている場合の眼振データのみならず、回転刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相を抽出する、信頼性の高い緩徐相抽出方法及び眼振データ解析システムを実現できる、という有利な効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to extract a slow phase with high accuracy not only from nystagmus data when a rotational stimulus is applied but also from nystagmus data when a rotational stimulus is not applied. There is an advantageous effect that the phase extraction method and the nystagmus data analysis system can be realized.
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。 Hereinafter, examples specifically showing the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図19を参照して、本発明の実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムについて説明する。
まず、図1を参照して、本実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムで扱う眼振データについて説明する。
With reference to FIGS. 1-19, the nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in the Example of this invention is demonstrated.
First, nystagmus data handled by the nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in this embodiment will be described with reference to FIG.
図1は、眼振データにおける緩徐相及び急速相を説明するための図である。眼振データには、通常、図1に示すように、緩やかな変位である「緩徐相」(符号1で示す)、及び、緩徐相とは反対の方向に急激に元に戻る変位である「急速相」(符号2で示す)がある。 FIG. 1 is a diagram for explaining a slow phase and a rapid phase in nystagmus data. As shown in FIG. 1, the nystagmus data usually includes a “slow phase” (indicated by reference numeral 1) that is a gentle displacement and a displacement that suddenly returns to the original direction in the opposite direction to the slow phase. There is "rapid phase" (indicated by 2).
本実施例において、被験者の頭部へ回転刺激(正弦波刺激)を与えた場合の眼振を観察した眼振データ、及び、回転刺激が与えられていない場合の眼振を観察した眼振データの2種類の眼振データを取り扱う。両者は、後述するそれぞれの条件の下で被験者の眼球運動をビデオカメラで撮影した動画像から秒間30フレームで画像系列を獲得し、そこから眼振データを算出することで得られる。(即ち、1秒間にそれぞれ30個の眼振眼位データが得られる。) In this embodiment, nystagmus data observing nystagmus when rotational stimulation (sine wave stimulation) is applied to the subject's head, and nystagmus data observing nystagmus when no rotational stimulation is applied. The two types of nystagmus data are handled. Both are obtained by acquiring an image series at 30 frames per second from a moving image obtained by photographing the eye movement of the subject with a video camera under each condition described later, and calculating nystagmus data therefrom. (That is, 30 nystagmus position data can be obtained for one second.)
本実施例における眼振データとして、画像系列の各画像における眼球の位置を示す眼振眼位データ(以下、単に「眼位データ」と記す)と、眼振時の眼球の変位の速度を示す眼振速度データ(以下、単に「速度データ」と記す)とを用いる。 As nystagmus data in this embodiment, nystagmus eye position data (hereinafter simply referred to as “eye position data”) indicating the position of the eyeball in each image in the image series, and the speed of eyeball displacement during nystagmus are shown. Nystagmus velocity data (hereinafter simply referred to as “velocity data”) is used.
眼位データを算出する方法として、例えば、ある瞬間の画像から虹彩紋裡のパターンを抽出し、そのパターンと正面視時の画像のパターンとを比較することで眼位の差を求める方法を用いる。速度データを算出する方法として、例えば、画像系列において連続する2つの画像間での眼球の位置の変位を測定し、それを各データ間の時間(秒間30フレームの場合、(1/30)秒)で割ることによって求める方法を用いる。 As a method for calculating the eye position data, for example, a method is used in which an iris crest pattern is extracted from an image at a certain moment, and the eye position difference is obtained by comparing the pattern with the pattern of the image when viewed from the front. . As a method for calculating the velocity data, for example, the displacement of the position of the eyeball between two consecutive images in the image series is measured, and the time between each data (in the case of 30 frames per second, (1/30) seconds) ) Is used to obtain the value.
被験者の頭部へ回転刺激を与えた場合の眼振データについて説明する。
被験者の頭部を、60度後屈させ、かつ、右又は左の方向に45度回旋させた姿勢に保ち、時計回り又は反時計回りに被験者を回転させる。このようにして被験者の頭部へ回転刺激を与えることにより、半規管を刺激して眼振を誘発する。回転中に生じる眼球運動をビデオカメラで撮影する。
回転刺激の周波数は、例えば、0.1Hz(すなわち、10秒間に1回転)と0.5Hz(すなわち、2秒間に1回転)である。一般的に、このように被験者の頭部に回転刺激を与えた場合、得られる眼振データ中の緩徐相成分は、回転刺激の周波数に近い周波数の正弦波状になることが知られている。特に速度データに関して、この特徴が顕著に現れる。
The nystagmus data when a rotational stimulus is applied to the subject's head will be described.
The subject's head is bent 60 degrees and kept in a posture rotated 45 degrees in the right or left direction, and the subject is rotated clockwise or counterclockwise. In this way, by applying a rotational stimulus to the subject's head, the semicircular canal is stimulated to induce nystagmus. The eye movement that occurs during rotation is shot with a video camera.
The frequency of the rotational stimulus is, for example, 0.1 Hz (that is, one rotation for 10 seconds) and 0.5 Hz (that is, one rotation for 2 seconds). In general, when a rotational stimulus is applied to the subject's head in this way, it is known that the slow phase component in the obtained nystagmus data has a sinusoidal shape with a frequency close to the frequency of the rotational stimulus. This feature is particularly noticeable for speed data.
回転刺激が与えられていない場合の眼振データについて説明する。
半規管に疾患を有する良性発作性頭位めまい症(BPPV : Benign Paroxysmal Positional Vertigo)患者を対象に、後半規管の面で被験者の頭位を最初に1回だけ変化させて、眼振を誘発する。その後生じる眼球運動をビデオカメラで撮影する。
The nystagmus data when no rotational stimulus is applied will be described.
In patients with benign paroxysmal positional vertigo (BPPV) who has a disease in the semicircular canal, the head position of the subject is first changed only once in the second canal aspect to induce nystagmus. The resulting eye movement is then captured with a video camera.
図2及び図19を参照して、本実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムの構成について説明する。図19は、本実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムの構成を示すブロック図である。図2は、本実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムの処理の流れを示すフローチャートである。 With reference to FIG.2 and FIG.19, the structure of the nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in a present Example is demonstrated. FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in this example. FIG. 2 is a flowchart showing a process flow of the nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in the present embodiment.
図19に示す、本実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムは、眼振データ抽出部2000、操作部2001、データ処理部2002、記憶部2003、画像処理部2004、及び表示部2005を有する。
The nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in this embodiment shown in FIG. 19 includes an nystagmus
眼振データ抽出部2000は、撮影された画像データを入力して、眼振データを抽出する。
操作部2001は、操作者が、撮影された画像データの種別、即ち、回転刺激が与えられている場合のデータであるかどうか、あるいは、眼位データであるか速度データであるか等を入力するための操作入力部である。
The nystagmus
The
データ処理部2002は、操作部2001から入力した眼振データ種別を用いて、記憶部2003からそれぞれの種別に対応するフローチャート(処理手順)を読み出し、眼振データ抽出部2000から入力した眼振データに対して緩徐相を抽出するための処理を行う(詳細は後述)。
The
画像処理部2004は、データ処理部2002が抽出した緩徐相を眼振データ抽出部2000が抽出した元の眼振データに重畳して、表示画像データを作成する。具体的には、眼振データをグラフ化した画像に、緩徐相の部分を強調した画像を重ね合わせる等により表示画像データを作成する。
表示部2005は、画像処理部2004が作成した表示画像データをディスプレイ等に出力する。操作者(例えば、医師等)は、表示部2005に表示された緩徐相抽出結果である画像データによって、BPPVを診断する。
The
A
本実施例において、後半規管の面で被験者の頭位を最初に1回だけ変化させた場合の眼振データの緩徐相を抽出することによって、BPPVを診断しているが、これに限らず、他の疾患によって出現する眼振(注視眼振、自発眼振等)の特徴に基づいて別の方法によって眼振を誘発することによって、別の疾患を診断することもできる。 In this example, BPPV is diagnosed by extracting the slow phase of nystagmus data when the subject's head position is first changed only once in terms of the latter canal, but not limited to this, Another disease can be diagnosed by inducing nystagmus by another method based on the characteristics of nystagmus (gaze nystagmus, spontaneous nystagmus, etc.) that appear due to another disease.
図2を参照して、本実施例における緩徐相抽出方法を用いた眼振データ解析システムの処理の流れについて説明する。
ステップS201において、眼振データ抽出部2000は、眼球運動をビデオカメラで撮影して得られた画像系列から眼振データを抽出する。
ステップS202において、データ処理部2002は、操作部2001から入力された眼振データ種別に基づいて、抽出された眼振データが回転刺激を与えられた場合の眼振データであるか否かを調べる。眼振データが回転刺激を与えられた場合の眼振データである場合、ステップS203に進む。そうでない場合は、ステップS206に進む。
With reference to FIG. 2, the flow of processing of the nystagmus data analysis system using the slow phase extraction method in the present embodiment will be described.
In step S201, the nystagmus
In step S202, the
ステップS203において、データ処理部2002は、操作部2001からの眼振データ種別に基づいて、抽出された眼振データが速度データであるか眼位データであるかを調べる。眼振データが速度データである場合は、ステップS204に進む。眼位データである場合は、ステップS205に進む。
In step S203, the
各ステップS204、S205、及びS206において、データ処理部2002は、眼振データ種別に基づいて記憶部2003から読み出したフローチャート(後に図3、図8、及び図9を用いて説明する。)を実行し、緩徐相を抽出する。ステップS204、S205、及びS206における緩徐相抽出方法についての詳細な説明は後述する。
In each of steps S204, S205, and S206, the
ステップS207において、画像処理部2004は、各ステップS204、S205、及びS206で抽出された緩徐相を眼振データ抽出部2000が抽出した元の眼振データに重畳して、表示画像を作成する。
In step S207, the
ステップS208において、表示部2005は、画像処理部2004が作成した表示画像データを出力する。
In step S208, the
図3〜図9を参照して、本実施例の緩徐相抽出方法について説明する。
まず、図3〜図7を参照して、ステップS204の回転刺激が与えられている場合の速度データの緩徐相抽出方法について、詳細に説明する。図3は、回転刺激が与えられている場合の速度データについての緩徐相抽出方法を示すフローチャートである。
With reference to FIGS. 3-9, the slow phase extraction method of a present Example is demonstrated.
First, with reference to FIG. 3 to FIG. 7, the slow phase extraction method of speed data in the case where the rotational stimulus in step S204 is given will be described in detail. FIG. 3 is a flowchart showing a slow phase extraction method for speed data when a rotational stimulus is applied.
ステップS301において、速度データ中の急激なスパイクを除去する。
例えば、ローパスフィルタを用いる方法がある。元データyiとローパスフィルタ通過後のデータyi’との差を取り、ノイズ成分qiとする。ノイズ成分qiは、以下の式(1)で示される。
qi=yi−yi’ (i=2,3,・・・,N) ・・・・・・ (1)
In step S301, a sudden spike in the speed data is removed.
For example, there is a method using a low-pass filter. The difference between the original data y i and the data y i ′ after passing through the low-pass filter is taken as a noise component q i . The noise component q i is expressed by the following equation (1).
q i = y i −y i ′ (i = 2, 3,..., N) (1)
各ノイズ成分qiの絶対値と閾値qrefとを比較し、次式(2)を満たすデータを急激なスパイクと見なして除去する。
|qi|>qref ・・・・・・ (2)
The absolute value of each noise component q i is compared with the threshold value q ref, and data satisfying the following equation (2) is regarded as an abrupt spike and removed.
| Q i |> q ref (2)
ステップS302において、ステップS301でスパイクの除去を行った後のデータを、複数の断片に周期分割する。
本実施例では、まず、周期分割のために次式(3)及び(4)で表される曲線f1(xi)を定義する。次式(3)において、A、B、及びCはフィッティングのためのパラメータである。ωは、1秒当たり30個のデータが得られる場合における、回転刺激の周波数Fに対する角周波数であり、次式(4)で表される。
f1(xi)=A・sin(ω・xi)+B・cos(ω・xi)+C ・・・・・・ (3)
ω=2πF/30 ・・・・・・ (4)
In step S302, the data after spike removal in step S301 is periodically divided into a plurality of fragments.
In the present embodiment, first, a curve f 1 (x i ) represented by the following equations (3) and (4) is defined for periodic division. In the following equation (3), A, B, and C are parameters for fitting. ω is an angular frequency with respect to the frequency F of the rotational stimulus when 30 pieces of data are obtained per second, and is expressed by the following equation (4).
f 1 (x i ) = A · sin (ω · x i ) + B · cos (ω · x i ) + C (3)
ω = 2πF / 30 (4)
速度データ(xi,yi)に対して、次式(5)によって示された、定義した曲線f1(xi)と各データyiとの二乗誤差の総和Sが最小となるように、パラメータA、B、及びCを決定する。Nは速度データの全データ数を示す。
例えば、図4に示される速度データに対して上記の処理を行い、上記式(3)のパラメータA、B、及びCを決定した場合の曲線を図5に示す。この曲線の周期に従って速度データを分割する。図5の曲線の周期に従って速度データを分割した様子を図6に示す。分割された断片毎に以降のファジー集合理論を用いた解析を行うことで、眼振データが図4のように正弦波形が上下に変位している場合でも、緩徐相の抽出精度を維持することが出来る。 For example, FIG. 5 shows curves when the above-described processing is performed on the speed data shown in FIG. 4 and the parameters A, B, and C of the above equation (3) are determined. The speed data is divided according to the period of this curve. FIG. 6 shows how the speed data is divided according to the period of the curve in FIG. By performing subsequent analysis using fuzzy set theory for each segment, even if the nystagmus data has a sinusoidal waveform up and down as shown in FIG. I can do it.
ステップS303において、ステップS302で周期分割された最初の断片を選択する。また、パラメータの初期値設定としてloop=1とする。
ステップS304において、選択された断片における速度データを近似する曲線f2(xi)を決定する。
まず、周波数F(単位はHz)の回転刺激に対して次式(6)で表される曲線(以下、「慣性曲線」と記す)f2(xi)を定義する。次式(6)において、P、Q、及びRはフィッティングパラメータである。ωは、1秒当たり30個のデータが得られる場合における、回転刺激の周波数Fに対する角周波数であり、上記式(4)で表される。
f2(xi)=P・sin(ω・xi)+Q・cos(ω・xi)+R ・・・・・・ (6)
In step S303, the first fragment periodically divided in step S302 is selected. Further, loop = 1 is set as the initial parameter setting.
In step S304, a curve f 2 (x i ) approximating the velocity data in the selected fragment is determined.
First, a curve (hereinafter referred to as “inertia curve”) f 2 (x i ) represented by the following equation (6) is defined for a rotational stimulus having a frequency F (unit: Hz). In the following equation (6), P, Q, and R are fitting parameters. ω is an angular frequency with respect to the frequency F of the rotational stimulus when 30 pieces of data are obtained per second, and is expressed by the above equation (4).
f 2 (x i ) = P · sin (ω · x i ) + Q · cos (ω · x i ) + R (6)
選択された断片における速度データに対して、次式(7)によって示された、定義した慣性曲線f2(xi)と各データyiとの二乗誤差の総和Sが最小となるように、慣性曲線f2(xi)のパラメータP、Q、及びRが決定される。次式(7)において、a及びbは周期分割された断片の始点及び終点、μiはメンバーシップ値をそれぞれ示す。初期状態において、選択された断片における速度データの全ての点でμi=1である。
ステップS305において、パラメータが決定された上記の慣性曲線f2(xi)を用いてメンバーシップ値を決定する。
まず、速度データ(xi,yi)に対して、次式(8)を満たすniの値を決定する。Δyは、次式(9)で定義される解像度である。max(yi)は、データyiのうち、最大値であるデータを示す。min(yi)は、データyiのうち、最小値であるデータを示す。
Δyとして任意の値が設定されうるが、本実施例では、一例として、眼位データの最大値max(yi)及び最小値min(yi)の差を20で割った値とする。niは、速度データの各点における、慣性曲線f2(xi)に対する、Δyを単位とした速度データyiの分離度を示す値である。
ni・Δy≦(yi−f2(xi))<(ni+1)・Δy ・・・・・・ (8)
Δy=(max(yi)−min(yi))/20 ・・・・・・ (9)
In step S305, the membership value is determined using the inertial curve f 2 (x i ) for which the parameter has been determined.
First, the velocity data (x i, y i) with respect to determining the value of n i satisfy the following equation (8). Δy is a resolution defined by the following equation (9). max (y i ) indicates data that is the maximum value among the data y i . min (y i ) indicates data that is the minimum value among the data y i .
Although an arbitrary value can be set as Δy, in this embodiment, as an example, a value obtained by dividing the difference between the maximum value max (y i ) and the minimum value min (y i ) of eye position data by 20 is used. n i is a value indicating the degree of separation of the velocity data y i in units of Δy with respect to the inertial curve f 2 (x i ) at each point of the velocity data.
n i · Δy ≦ (y i −f 2 (x i )) <(n i +1) · Δy (8)
Δy = (max (y i ) −min (y i )) / 20 (9)
図7を参照して、メンバーシップ値の求め方の一例を説明する。
まず、図7に示すように、所定の速度データ個数(図7では速度データ3個分)に相当する幅wを有し、互いの重なり幅が(w/3)である2つの窓W1及びW2を定義する。1つ目の窓W1の中にある速度データの各点(現在の注目点と以前の2つの点)の分離度の総和をm1i(=ni−2+ni−1+ni)、2つ目の窓W2の中にある眼振データの各点(現在の注目点と以後の2つの点)の分離度の総和をm2i(=ni+ni+1+ni+2)、1つ目の窓W1及び2つ目の窓W2の重なり部分の中にある眼振データの点(現在の注目点)の分離度の総和をm3i(=ni)とする。m1i、m2i、及びm3iは、上記式(8)から算出される。
An example of how to obtain the membership value will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 7, two windows W1 having a width w corresponding to a predetermined number of speed data (in FIG. 7, three speed data) and an overlapping width of (w / 3) and Define W2. M1 i (= n i−2 + n i−1 + n i ), 2 is the sum of the degrees of separation of each point (current attention point and previous two points) in the velocity data in the first window W1. M2 i (= n i + n i + 1 + n i + 2 ) is the total separation degree of each point (current attention point and the following two points) of the nystagmus data in the second window W2. Let m3 i (= n i ) be the sum of the degrees of separation of nystagmus data points (current attention points) in the overlapping portion of W1 and the second window W2. m1 i , m2 i , and m3 i are calculated from the above equation (8).
算出されたm1i、m2i、及びm3iを、次式(10)に示すように全て掛け合わせる。これにより、1つ目の窓W1及び2つ目の窓W2の重なり部分に属する点(現在の注目点)における、重み付けを行ったメンバーシップ値μi’が求められる。
μi’=m1i・m2i・m3i (i=a+2,a+3,・・・,b−3,b−2) ・・・(10)
The calculated m1 i , m2 i , and m3 i are all multiplied as shown in the following equation (10). As a result, the weighted membership value μ i ′ at the point (current attention point) belonging to the overlapping portion of the first window W1 and the second window W2 is obtained.
μ i ′ = m1 i · m2 i · m3 i (i = a + 2, a + 3,..., b-3, b-2) (10)
周期分割された断片において、2つの窓W1及びW2を順次ずらしていくことによって、速度データの各点におけるメンバーシップ値μi’が求められる。最終的に、求められたメンバーシップ値μi’に対して次式(11)に示すように正規化を行い、速度データの各点におけるメンバーシップ値μiを算出する。max(μi’)は、選択された断片において、上記のようにして求めたメンバーシップ値μi’のうち、最大値であるメンバーシップ値を示す。メンバーシップ値μiは、1に近いほど慣性曲線f2(xi)に近く、緩徐相である可能性が高いことを示す。
μi=1−(μi’/max(μi’)) ・・・・・・ (11)
By sequentially shifting the two windows W1 and W2 in the periodically divided fragment, the membership value μ i ′ at each point of the velocity data is obtained. Finally, the obtained membership value μ i ′ is normalized as shown in the following equation (11) to calculate the membership value μ i at each point of the velocity data. max (μ i ′) indicates the membership value which is the maximum value among the membership values μ i ′ obtained as described above in the selected fragment. The closer to 1 the membership value μ i , the closer to the inertial curve f 2 (x i ), and the higher the possibility of a slow phase.
μ i = 1− (μ i ′ / max (μ i ′)) (11)
ステップS306において、パラメータloopが3であるか否かを調べ、loop=3であればステップS308に進む。そうでなければ、パラメータloopに1を足して(ステップS307)、ステップS304に戻り、メンバーシップ値μiを求めるステップS304及びS305を繰り返す。ステップS304及びS305を複数回繰り返すことによって、最適なメンバーシップ値μiが得られる。本実施例においては、ステップS304及びS305を3回繰り返しているが、繰り返す回数は、1回以上の任意の回数であって良い。 In step S306, it is checked whether or not the parameter loop is 3. If loop = 3, the process proceeds to step S308. Otherwise, 1 is added to the parameter loop (step S307), the process returns to step S304, and steps S304 and S305 for obtaining the membership value μ i are repeated. By repeating steps S304 and S305 a plurality of times, an optimum membership value μ i is obtained. In this embodiment, steps S304 and S305 are repeated three times, but the number of repetitions may be any number of one or more.
ステップS308において、現在選択されている断片が最後の断片であるか否かを調べる。最後の断片でなければ、次の断片を選択してパラメータloopを1に初期設定して(ステップS309)、ステップ304に戻り、次の断片に対して同様の処理を繰り返す。最後の断片であれば、ステップ310へ進む。 In step S308, it is checked whether the currently selected fragment is the last fragment. If it is not the last fragment, the next fragment is selected and the parameter loop is initialized to 1 (step S309), the process returns to step 304, and the same processing is repeated for the next fragment. If it is the last fragment, go to step 310.
ステップS310において、緩徐相を抽出するための閾値を決定する。本実施例において、閾値決定法としてKittlerの方法を用いる。Kittlerの方法は、ある閾値によってメンバーシップ値の分布を2つのクラスに分割した場合に、あるメンバーシップ値がどちらのクラスに属するのかを示すあいまい度を、最悪の分布(正規分布)に対して最小にする方法である。 In step S310, a threshold value for extracting a slow phase is determined. In this embodiment, the Kittler method is used as the threshold value determination method. Kittler's method divides the membership value distribution into two classes according to a certain threshold. The ambiguity indicating which class a membership value belongs to which class belongs to the worst distribution (normal distribution). It is a way to minimize.
閾値k(0<k<1)に対して、閾値k以上のメンバーシップ値を持つクラスをC0、閾値k未満のメンバーシップ値を持つクラスをC1とする。以下の式(12)によって示される、2クラスのどちらに属するのかのあいまい度E(k)を最小にする値kを閾値として選定する。Nは全メンバーシップ値の数(即ち、全速度データの数)、N0はクラスC0に属するメンバーシップ値の数、N1はクラスC1に属するメンバーシップ値の数、σ0 2(k)及びσ1 2(k)はクラスC0及びC1におけるそれぞれのメンバーシップ値の分散を示す。また、ω0=N0/N、ω1=N1/Nの各式が成り立つ。
E(k)=ω0log{σ0/ω0}+ω1log{σ1/ω1} ・・・・・・ (12)
For a threshold k (0 <k <1), a class having a membership value greater than or equal to the threshold k is C 0 , and a class having a membership value less than the threshold k is C 1 . A value k that minimizes the degree of ambiguity E (k) belonging to one of the two classes represented by the following equation (12) is selected as a threshold value. N is the number of all membership values (that is, the number of all speed data), N 0 is the number of membership values belonging to class C 0 , N 1 is the number of membership values belonging to class C 1 , and σ 0 2 ( k) and σ 1 2 (k) denote the variance of the respective membership values in classes C 0 and C 1 . Further, the following equations are established: ω 0 = N 0 / N, ω 1 = N 1 / N.
E (k) = ω 0 log {σ 0 / ω 0 } + ω 1 log {σ 1 / ω 1 } (12)
なお、Kittlerの方法に代えて、既知の大津の方法等、他の閾値決定方法を用いても良い。しかし、Kittlerの方法が、緩徐相抽出精度が高いため好ましい。 Instead of the Kittler method, other threshold determination methods such as the known Otsu method may be used. However, the Kittler method is preferred because of the high accuracy of slow phase extraction.
ステップS311において、緩徐相の抽出が実行される。ステップS310で決定された閾値kと、各速度データの点におけるメンバーシップ値μiとを比較し、メンバーシップ値μiが閾値k以上である場合に、そのデータ点が緩徐相であると見なす。緩徐相として抽出されたデータ点は、元データのグラフ上に黒点として印される等によって元データ上に反映され、表示画像データが作成される。
以上ステップS301〜S311の処理が終了した後、図2のステップS207に進む。図2のステップS207については、既に説明した。
In step S311, slow phase extraction is performed. Compares the threshold k determined in step S310, the a membership value mu i at the point of each speed data, if the membership value mu i is the threshold value k or more, considered that data point as being slow phase . The data points extracted as the slow phase are reflected on the original data by marking them as black spots on the graph of the original data, and display image data is created.
After the processing in steps S301 to S311 is completed, the process proceeds to step S207 in FIG. Step S207 in FIG. 2 has already been described.
次に、図8を参照して、ステップS205の回転刺激が与えられている場合の眼位データの緩徐相抽出方法について、詳細に説明する。図8は、回転刺激が与えられている場合の眼位データについての緩徐相抽出方法を示すフローチャートである。 Next, with reference to FIG. 8, the slow phase extraction method of eye position data when the rotational stimulus of step S205 is given will be described in detail. FIG. 8 is a flowchart showing a slow phase extraction method for eye position data when a rotational stimulus is applied.
回転刺激が与えられている場合の眼位データは、速度データに比べて正弦波形が保たれていないため、図3に示したフローチャートのステップに、差分データを算出するステップ(ステップS801)を追加する。 Since the eye position data when the rotational stimulus is applied does not maintain a sine waveform as compared with the speed data, a step of calculating difference data (step S801) is added to the step of the flowchart shown in FIG. To do.
ステップS801において、眼位データの各点に対して、その眼位データと1つ前の眼位データとの差を取り、差分データを得る。回転刺激が与えられている場合の眼位データは、変位が激しいため、差分データを得ることで、眼位データをより正弦波状に近づけることができる。眼位データ(xi,yi)に対して、差分データdiは以下の式(1)で定義される。Nは、全眼位データ数である。
di=yi−yi−1 (i=2,3,・・・,N) ・・・・・・ (13)
In step S801, for each point in the eye position data, the difference between the eye position data and the previous eye position data is obtained to obtain difference data. Since the eye position data when a rotational stimulus is applied has a large displacement, the eye position data can be made closer to a sine wave shape by obtaining difference data. For the eye position data (x i , y i ), the difference data d i is defined by the following equation (1). N is the number of all eye position data.
d i = y i −y i−1 (i = 2, 3,..., N) (13)
ステップS802〜S812は、速度データに代えて上記のステップS801で得られた差分データに対して実行される点以外、上記した図3のステップS301〜S311と同様であるので、説明を省略する。以上ステップS801〜S812の処理が終了した後、図2のステップS207に進む。図2のステップS207については、既に説明した。ステップS801は、ステップS802の直前に実行されているが、ステップS802よりも後のタイミングで実行されても良い。 Steps S802 to S812 are the same as steps S301 to S311 in FIG. 3 described above except that they are performed on the difference data obtained in step S801 instead of the speed data, and thus description thereof is omitted. After the processing in steps S801 to S812 is completed, the process proceeds to step S207 in FIG. Step S207 in FIG. 2 has already been described. Step S801 is executed immediately before step S802, but may be executed at a timing later than step S802.
なお、図3及び図8に示したフローチャートにおいて、抽出された緩徐相に対する最終フィッティング曲線を求めるステップを追加しても良い。最終フィッティング曲線の振幅と位相が医学的に有用だからである。その場合、抽出された緩徐相に対して次式(14)の曲線を定義し、この式のパラメータa、b、c、及びdを次式(15)のGを最小にするように決定することで最終フィッティング曲線を求める。なお、μiは最終的に得られたメンバーシップ値、ziは抽出された緩徐相成分である。
f(xi)=a+b・xi+c・sin(ω・xi+d) ・・・・・・ (14)
f (x i ) = a + b · x i + c · sin (ω · x i + d) (14)
次に、図9を参照して、ステップS206の回転刺激が与えられていない場合の眼振データの緩徐相抽出方法について、詳細に説明する。図9は、回転刺激が与えられていない場合の眼振データについての緩徐相抽出方法を示すフローチャートである。 Next, with reference to FIG. 9, the method of extracting the slow phase of nystagmus data when the rotational stimulus is not given in step S206 will be described in detail. FIG. 9 is a flowchart showing a slow phase extraction method for nystagmus data when no rotational stimulus is given.
回転刺激が与えられていない場合の眼振データについては、正弦波形が得られないため、緩徐相の形状を予測することが困難で、回転刺激が与えられている場合のように慣性曲線を定義できない。そこで本実施例では、眼振データの各点に対して、その眼振データと1つ前の眼振データとの差の絶対値に着目し、慣性曲線の代わりに差分の絶対値を用いる。「差分の絶対値が小さい」ということは、すなわちその眼振データが緩徐相に属する度合いが高く、「差分の絶対値が大きい」ということは、すなわちその眼振データが急速相に属する度合いが高い。 For nystagmus data when no rotational stimulus is given, it is difficult to predict the shape of the slow phase because a sinusoidal waveform cannot be obtained, and an inertial curve is defined as when a rotational stimulus is given Can not. Therefore, in this embodiment, attention is paid to the absolute value of the difference between the nystagmus data and the previous nystagmus data for each point of the nystagmus data, and the absolute value of the difference is used instead of the inertia curve. “The absolute value of the difference is small” means that the nystagmus data belongs to the slow phase, and “the absolute value of the difference is large” means that the degree of the nystagmus data belongs to the rapid phase. high.
なお、この手法は、眼位データ及び速度データのいずれにも適用可能である。以下、眼位データに適用した場合についてのみ記載し、速度データについての説明は同様であるため省略する。 This method can be applied to both eye position data and speed data. Hereinafter, only the case of applying to eye position data will be described, and the description of speed data will be omitted because it is the same.
ステップS901において、眼位データの各点に対して、その眼位データ及び1つ前の眼位データの差を算出し、差分データを得る。眼位データ(xi,yi)に対して、差分diは以下の式(16)で定義される。Nは全眼位データ数である。
di=yi−yi−1 (i=2,3,・・・,N) ・・・・・・ (16)
In step S901, for each point in the eye position data, the difference between the eye position data and the previous eye position data is calculated to obtain difference data. For the eye position data (x i , y i ), the difference d i is defined by the following equation (16). N is the number of all eye position data.
d i = y i −y i−1 (i = 2, 3,..., N) (16)
ステップS902において、ステップS901で算出された差分データdiの絶対値を用いて、メンバーシップ値を決定する。
まず、差分データの各点において、次式(17)のniの値を決定する。Δyは、次式(18)で定義される解像度である。max(di)は、上記のようにして求めた差分データdiのうち、最大値である差分データを示す。min(di)は、上記のようにして求めた差分データdiのうち、最小値である差分データを示す。
Δyは、任意の値を設定しうるが、本実施例では、一例として、差分データの最大値max(di)及び最小値min(di)の差を20で割った値とする。niは、Δyを単位とした差分データdiの絶対値の分離度を示す値である。
ni・Δy≦|di|<(ni+1)・Δy ・・・・・・ (17)
Δy=(max(di)−min(di))/20 ・・・・・・ (18)
In step S902, the membership value is determined using the absolute value of the difference data d i calculated in step S901.
First, at each point of difference data to determine the value of n i of the following equation (17). Δy is a resolution defined by the following equation (18). max (d i ) indicates the difference data which is the maximum value among the difference data d i obtained as described above. min (d i ) indicates difference data which is the minimum value among the difference data d i obtained as described above.
Δy can be set to an arbitrary value, but in this embodiment, as an example, a difference between the maximum value max (d i ) and the minimum value min (d i ) of the difference data is divided by 20. n i is a value indicating the degree of separation of the absolute value of the difference data d i in units of Δy.
n i · Δy ≦ | d i | <(n i +1) · Δy (17)
Δy = (max (d i ) −min (d i )) / 20 (18)
分離度niの分布の求め方の一例を説明する。
まず、所定の差分データ個数(例えば3個分)に相当する幅wを有し、互いの重なり幅が(w/3)である2つの窓W1及びW2を定義する。1つ目の窓W1の中にある差分データの絶対値の各点(現在の注目点と以前の2つの点)の分離度の総和をm1i(=ni−2+ni−1+ni)、2つ目の窓W2の中にある差分データの絶対値の各点(現在の注目点と以後の2つの点)の分離度の総和をm2i(=ni+ni+1+ni+2)、1つ目の窓W1及び2つ目の窓W2の重なり部分の中にある差分データの絶対値の点(現在の注目点)の分離度の総和をm3i(=ni)とする。m1i、m2i、及びm3iは、上記式(17)から算出される。
An example of a method of obtaining the distribution of separability n i will be described.
First, two windows W1 and W2 having a width w corresponding to a predetermined number of difference data (for example, three) and overlapping each other (w / 3) are defined. M1 i (= n i−2 + n i−1 + n i ) is the sum of the degrees of separation of the absolute value points of the difference data in the first window W1 (current attention point and previous two points). ) M2 i (= n i + n i + 1 + n i + 2 ), the sum of the degrees of separation of the absolute value points of the difference data in the second window W2 (current attention point and the following two points), Let m3 i (= n i ) be the sum of the degrees of separation of the absolute value points (current attention points) of the difference data in the overlapping portion of the first window W1 and the second window W2. m1 i , m2 i , and m3 i are calculated from the above equation (17).
算出されたm1i、m2i、及びm3iを、次式(19)に示すように全て掛け合わせる。これにより、1つ目の窓W1及び2つ目の窓W2の重なり部分に属する差分データの絶対値の点(現在の注目点)における、重み付けを行ったメンバーシップ値μi’が求められる。
μi’=m1i・m2i・m3i (i=3,4,・・・,N−1,N−2)・・・・・・(19)
The calculated m1 i , m2 i , and m3 i are all multiplied as shown in the following equation (19). As a result, the weighted membership value μ i ′ at the absolute value point (current attention point) of the difference data belonging to the overlapping portion of the first window W1 and the second window W2 is obtained.
μ i ′ =
2つの窓W1及びW2を順次ずらしていくことによって、差分データの絶対値の各点におけるメンバーシップ値μi’が求められる。最終的に、求められたメンバーシップ値μi’に対して次式(20)に示されるように正規化を行い、差分データの絶対値の各点におけるメンバーシップ値μiを算出さする。max(μi’)は、上記のようにして求めたメンバーシップ値μi’のうち、最大値であるメンバーシップ値を示す。メンバーシップ値μiは、1に近いほど緩徐相である可能性が高いことを示す。
μi=1−(μi’/max(μi’)) ・・・・・・ (20)
By sequentially shifting the two windows W1 and W2, the membership value μ i ′ at each point of the absolute value of the difference data is obtained. Finally, the obtained membership value μ i ′ is normalized as shown in the following equation (20), and the membership value μ i at each point of the absolute value of the difference data is calculated. max (μ i ′) represents the membership value that is the maximum value among the membership values μ i ′ determined as described above. The closer the membership value μ i is to 1, the higher the possibility of a slow phase.
μ i = 1− (μ i ′ / max (μ i ′)) (20)
ステップS903及びS904は、上記した図3のステップS310及びS311、上記した図8のステップS811及びS812と同様であるので、説明を省略する。以上ステップS901〜S904の処理が終了した後、図2のステップS207に進む。図2のステップS207については、既に説明した。 Steps S903 and S904 are the same as steps S310 and S311 in FIG. 3 and steps S811 and S812 in FIG. After the processing in steps S901 to S904 is completed, the process proceeds to step S207 in FIG. Step S207 in FIG. 2 has already been described.
以上のように、本実施例における緩徐相抽出方法によれば、回転刺激が与えられていない場合の眼振データに対しても緩徐相を抽出することができる。なお、図9に示した回転刺激が与えられていない場合の眼振データについての緩徐相抽出方法は、回転刺激が与えられている場合の眼振データについても適用することができる。その場合、図9のフローチャートによる処理は、図3及び図8のフローチャートによる処理との比較からも明らかなように、処理時間が短くて済むという効果が得られる。 As described above, according to the slow phase extraction method in the present embodiment, it is possible to extract the slow phase even for nystagmus data when no rotational stimulus is given. Note that the slow phase extraction method for nystagmus data when no rotational stimulus is given, as shown in FIG. 9, can also be applied to nystagmus data when a rotational stimulus is given. In this case, the processing according to the flowchart of FIG. 9 has an effect that the processing time can be shortened, as is apparent from the comparison with the processing according to the flowcharts of FIG. 3 and FIG.
図10〜図18を参照して、本実施例の緩徐相抽出方法の精度について評価する。
まず、図10を用いて、本実施例の緩徐相抽出方法をデータモデルに対して適用した場合の精度について述べる。図10は、4つのデータモデルを示す図である。
With reference to FIGS. 10-18, the precision of the slow phase extraction method of a present Example is evaluated.
First, the accuracy when the slow phase extraction method of this embodiment is applied to a data model will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing four data models.
図10(a)は、回転刺激が与えられている場合のデータモデルであって、緩徐相成分の振幅が一定かつ水平方向に変位がない速度データモデルを示す。図10(b)は、回転刺激が与えられている場合のデータモデルであって、緩徐相成分の振幅が一定であるが、斜めに傾いている速度データモデルを示す。図10(c)は、回転刺激が与えられている場合のデータモデルであって、緩徐相成分の振幅が一定ではない速度データモデルを示す。図10(d)は、眼振データの形状がのこぎり状である眼位データモデルを示す。
図10(a)、(b)、(c)、及び(d)に示したデータモデルを、それぞれ以下モデルA、B、C、及びDと記す。
FIG. 10A shows a data model when a rotational stimulus is applied, and shows a velocity data model in which the amplitude of the slow phase component is constant and there is no displacement in the horizontal direction. FIG. 10 (b) shows a data model in the case where a rotational stimulus is applied, and shows a velocity data model in which the slow phase component has a constant amplitude but is inclined obliquely. FIG. 10C shows a data model in the case where a rotational stimulus is given, and a velocity data model in which the amplitude of the slow phase component is not constant. FIG. 10D shows an eye position data model in which the shape of the nystagmus data is sawtooth.
The data models shown in FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D are hereinafter referred to as models A, B, C, and D, respectively.
モデルA、B、及びCについては、緩徐相成分を正弦波とし、その正弦波信号に急速相成分に相当するランダムノイズを合成して作成した。モデルDについては、緩徐相としての傾きがゆるやかな曲線及び急速相としての傾きが急な曲線をつなぎあわせて作成した。 The models A, B, and C were created by combining the slow phase component as a sine wave and synthesizing random noise corresponding to the rapid phase component into the sine wave signal. For model D, a curve with a gentle slope as a slow phase and a curve with a steep slope as a rapid phase were connected together.
上記の緩徐相抽出方法をモデルA、B、C、及びDへ適用して抽出された緩徐相データと、上記のモデル化した眼振データ中の既知の緩徐相データを比較照合することにより、緩徐相抽出精度を定量化する。緩徐相抽出精度pを次式(21)で定義する(pの単位は%である)。なお、抽出された緩徐相の数をU、全データ数をN、人為的に作り出した急速相の数をVとする。
p=(U/(N−V))×100 ・・・・・・ (21)
By comparing the slow phase data extracted by applying the slow phase extraction method described above to models A, B, C, and D and the known slow phase data in the modeled nystagmus data, Quantify the accuracy of slow phase extraction. The slow phase extraction accuracy p is defined by the following equation (21) (unit of p is%). Note that the number of extracted slow phases is U, the total number of data is N, and the number of artificially created rapid phases is V.
p = (U / (N−V)) × 100 (21)
図3のフローチャート及び図8のフローチャートを用いる緩徐相抽出方法をアルゴリズム1、図9のフローチャートを用いる緩徐相抽出方法をアルゴリズム2とする。
The slow phase extraction method using the flowchart of FIG. 3 and the flowchart of FIG. 8 is referred to as
アルゴリズム1をモデルA、B、及びCに対して適用して緩徐相抽出精度pを計算した結果、及び、アルゴリズム2をモデルA、B、C、及びDに対して適用して緩徐相抽出精度pを計算した結果を表1に示す。アルゴリズム1をモデルDに適用しない理由は、アルゴリズム1が緩徐相が正弦波状になるという仮定の下に解析を行うもので、モデルDに対しては適用不可能であるためである。
表1から明らかなように、いずれも85%以上の緩徐相抽出精度が得られた。モデルDに対しては、90%以上の緩徐相抽出精度が得られた。
As is clear from Table 1, in each case, a slow phase extraction accuracy of 85% or more was obtained. For model D, a slow phase extraction accuracy of 90% or more was obtained.
次に、図11〜図18を参照して、本実施例の緩徐相抽出方法を実データに適用した場合の精度にについて述べる。
まず、図11及び図12を参照して、本実施例の緩徐相抽出方法を回転刺激が与えられている場合の眼振データへ適用した結果について説明する。図11及び図12は、0.1Hz及び0.5Hzの回転刺激が与えられている場合の実測眼位データ及びそれに対する緩徐相抽出結果をそれぞれ示す図である。図11及び図12において、(a)は元の眼位データ、(b)は本実施例の緩徐相抽出方法を用いて緩徐相を抽出した結果、(c)は(b)の一部拡大図をそれぞれ示している。
図11及び図12の(b)及び(c)に示されるように、0.1Hz及び0.5Hzの両方のデータにおいて、眼位データ中の緩やかな変位部分が抽出されており、良好な緩徐相抽出結果が得られた。
Next, with reference to FIGS. 11 to 18, the accuracy when the slow phase extraction method of the present embodiment is applied to actual data will be described.
First, the result of applying the slow phase extraction method of the present embodiment to nystagmus data when a rotational stimulus is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams respectively showing measured eye position data and a slow phase extraction result when rotational stimuli of 0.1 Hz and 0.5 Hz are given. 11 and 12, (a) is the original eye position data, (b) is the result of extracting the slow phase using the slow phase extraction method of this example, and (c) is a partially enlarged view of (b). Each figure is shown.
As shown in FIGS. 11 and 12 (b) and 12 (c), in both the data of 0.1 Hz and 0.5 Hz, a gentle displacement portion in the eye position data is extracted, and a good slow motion is obtained. Phase extraction results were obtained.
図13及び図14を参照して、本実施例の緩徐相抽出方法を回転刺激が与えられている場合の速度データへ適用した結果について説明する。図13及び図14は、0.1Hz及び0.5Hzの回転刺激が与えられている場合の実測速度データ及びそれに対する緩徐相抽出結果をそれぞれ示す図である。図13及び図14において、(a)は元の速度データ、(b)は本実施例の緩徐相抽出方法を用いて緩徐相を抽出した結果、(c)は(b)の一部拡大図をそれぞれ示している。速度データに対しては、抽出された緩徐相に対して最終フィッティング曲線を求める処理を行った。
図13及び図14の(b)及び(c)に示されるように、0.1Hz及び0.5Hzの両方のデータにおいて、速度データ中の緩やかな変位部分が抽出されており、良好な緩徐相抽出結果が得られた。
With reference to FIG. 13 and FIG. 14, the result of applying the slow phase extraction method of the present embodiment to the speed data when a rotational stimulus is applied will be described. FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams respectively showing measured speed data and a slow phase extraction result when rotational stimuli of 0.1 Hz and 0.5 Hz are given. 13 and 14, (a) is the original velocity data, (b) is the result of extracting the slow phase using the slow phase extraction method of this example, and (c) is a partially enlarged view of (b). Respectively. For the velocity data, a process for obtaining a final fitting curve was performed on the extracted slow phase.
As shown in FIGS. 13 and 14 (b) and (c), in both 0.1 Hz and 0.5 Hz data, a moderately displaced portion is extracted from the velocity data, and a good slow phase is obtained. Extraction results were obtained.
図15、図16、図17、及び図18を参照して、本実施例の緩徐相抽出方法を刺激が与えられていない場合の眼振データへ適用した結果について説明する。図15、図16、及び図17は、後半規管型良性発作性頭位めまい症の症例(症例kt)、後半規管型良性発作性頭位めまい症のうち特に回旋成分の強い症例(症例gt)、及び外側半規管型良性発作性頭位めまい症の症例(症例ried)の実測眼位データ及びそれに対する緩徐相抽出結果を示す図である。図18は、上記症例riedの実測速度データ及びそれに対する緩徐相抽出結果を示す図である。図15、図16、図17及び図18において、(a)は元データ、(b)は本実施例の緩徐相抽出方法を用いた緩徐相抽出の結果、(c)は(b)の一部拡大図をそれぞれ示している。 The result of applying the slow phase extraction method of the present embodiment to nystagmus data when no stimulus is given will be described with reference to FIGS. 15, 16, 17, and 18. FIG. 15, FIG. 16, and FIG. 17 show the case of the latter half canal type benign paroxysmal positional vertigo (case kt) and the case of the latter half canal type benign paroxysmal positional vertigo having a particularly strong rotation component (case gt). FIG. 5 is a diagram showing measured eye position data of a case of a benign paroxysmal positional vertigo of the outer semicircular canal type (case ried) and a slow phase extraction result corresponding thereto. FIG. 18 is a diagram showing the measured speed data of the case ried and the slow phase extraction result corresponding thereto. 15, FIG. 16, FIG. 17 and FIG. 18, (a) is the original data, (b) is the result of the slow phase extraction using the slow phase extraction method of this example, and (c) is one of (b). Each enlarged view is shown.
図15、図16、図17、及び図18に示されるように、いずれの症例のデータにおいても、一部で急速相が取り除けていない、あるいは、緩徐相が抽出されていない部分はあるが、全体として良好な結果が得られた。特に、症例riedにおいては、緩徐相成分が指数的に減衰するという特徴が知られているが、このことと図18に示された緩徐相抽出結果が合致しており、良好な結果が示された。 As shown in FIGS. 15, 16, 17, and 18, in any case data, there is a part in which the rapid phase is not removed or the slow phase is not extracted, Overall, good results were obtained. In particular, in the case ried, it is known that the slow phase component is exponentially attenuated, and this and the slow phase extraction result shown in FIG. 18 agree with each other, and a good result is shown. It was.
以上のように、本発明の緩徐相抽出方法は、刺激が与えられている場合の眼振データのみならず、刺激が与えられていない場合の眼振データからも高精度に緩徐相の自動抽出を行う、信頼性の高い緩徐相抽出方法及び眼振データ解析システムを実現することができる。 As described above, the slow phase extraction method of the present invention automatically extracts a slow phase with high accuracy not only from nystagmus data when a stimulus is given, but also from nystagmus data when a stimulus is not given. It is possible to realize a reliable slow-phase extraction method and nystagmus data analysis system.
本発明にかかる緩徐相抽出方法及び眼振データ解析システムは、例えば、医療目的の眼振データ解析システム等に利用することができる。 The slow phase extraction method and the nystagmus data analysis system according to the present invention can be used for, for example, a medical nystagmus data analysis system.
1 緩徐相
2 急速相
1
Claims (4)
n(nは2以上の整数)個目の眼振データと(n−1)個目の眼振データとの差分データを算出するステップ、
前記差分データの絶対値に基づいてメンバーシップ値を決定するステップ、及び
前記メンバーシップ値を所定の閾値と比較することによって緩徐相を抽出するステップ、
を有することを特徴とする緩徐相抽出方法。 A method for extracting a slow phase by applying fuzzy theory in nystagmus data,
calculating difference data between n (n is an integer of 2 or more) nystagmus data and (n−1) nystagmus data;
Determining a membership value based on an absolute value of the difference data; and extracting a slow phase by comparing the membership value with a predetermined threshold;
A slow phase extraction method characterized by comprising:
前記選択するステップにおいて回転刺激が与えられていない場合の眼振データが選択された場合に、前記算出するステップ、前記決定するステップ、及び前記抽出するステップが実行される
ことを特徴とする請求項1に記載の緩徐相抽出方法。 Selecting whether the nystagmus data is nystagmus data when a rotational stimulus is given or nystagmus data when a rotary stimulus is not given,
The calculation step, the determination step, and the extraction step are executed when nystagmus data is selected when no rotational stimulus is given in the selection step. 2. The slow phase extraction method according to 1.
n(nは2以上の整数)個目の眼振データと(n−1)個目の眼振データとの差分データを算出し、前記差分データの絶対値に基づいてメンバーシップ値を決定し、前記メンバーシップ値を所定の閾値と比較することによって緩徐相を抽出するデータ処理部
を有することを特徴とする眼振データ解析システム。 A nystagmus data analysis system that extracts a slow phase by applying fuzzy theory to nystagmus data,
Calculate difference data between n (n is an integer of 2 or more) nystagmus data and (n−1) nystagmus data, and determine a membership value based on the absolute value of the difference data A nystagmus data analysis system comprising: a data processing unit that extracts a slow phase by comparing the membership value with a predetermined threshold value.
よう構成されていることを特徴とする請求項3に記載の眼振データ解析システム。
When the nystagmus data is nystagmus data when no rotational stimulus is applied, the data processing unit includes n (n is an integer of 2 or more) nystagmus data and (n−1) Calculating difference data from the first nystagmus data, determining a membership value based on an absolute value of the difference data, and extracting a slow phase by comparing the membership value with a predetermined threshold value The nystagmus data analysis system according to claim 3, wherein
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