JP2014104120A - 眼球運動解析システム、眼球運動診断装置および眼球運動解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、眼球の運動データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているのか否かを容易に確認することができる眼球運動解析システム、眼球運動診断装置および眼球運動解析方法を提供する。
【解決手段】本発明は、平衡機能検査における眼球の運動データを解析する眼球運動解析システム２２である。眼球運動解析システムで２２は、入力部２２１と、相分離部２２３と、角度検出部２２４と、分布算出部２２５と、出力部２２６とを備える。相分離部２２３は、入力部２２１から入力した運動データを、所定の閾値に基づき眼球運動における緩徐相と急速相とに分離する。角度検出部２２４は、緩徐相における眼球の第１変位ベクトルと、緩徐相の次の急速相における眼球の第２変位ベクトルとのなす角を検出する。分布算出部２２５は、第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、眼球運動解析システム、眼球運動診断装置および眼球運動解析方法に関し、特に、平衡機能検査における眼球の運動データを解析する眼球運動解析システム、眼球運動診断装置および眼球運動解析方法に関する。

耳鼻科、神経内科、脳神経外科などにおいて、めまいや平衡機能障害などの診療においては、目への刺激、頭部への刺激、あるいは耳への刺激に対して、眼球がどのような運動をするかを調べる平衡機能検査が広く行なわれている。この平衡機能検査は、たとえば、頭部を水平に回転させる刺激、より具体的には首を左右に振る刺激に対する眼球運動を健常者と比較することによって、人体がうける種々の加速度を検知している前庭や三半規管などの平衡機能系の異常を検査する。

平衡機能検査には、前庭眼反射（ＶＯＲ：VESTIBULO-OCULAR REFLEX）、自然視前庭眼反射（Ｖｉｓ−ＶＯＲ：VISUAL-VESTIBULO-OCULAR REFLEX）、固視前庭眼反射（ＶＯＲ−ＦＩＸ：FIXATION SUPPRESSION OF THE VESTIBULO-OCULAR REFLEX）を検査するものがある。

このような平衡機能検査に用いられる眼球運動の記録観察法として肉眼観察、フレンツェル眼鏡下観察、キモグラフィー、映画撮影、ビデオ記録、電気的あるいは光学的記録方法、電磁的記録法などがある。近年では、主に、電気的記録法である電気眼振計（ＥＮＧ：ELECTRO-NYSTAGMOGRAPHY）、電磁的記録法であるサーチコイル法、あるいは眼球をビデオカメラで撮像し、その動画像を観察、記録する方法などが注目されている。これらの方法を用いることで、客観的な眼球運動のデータを得ることができる。具体的な平衡機能検査装置の構成としては、たとえば特許文献１に開示してある。

平衡機能検査装置から得られたデータから眼球運動を解析する方法の一つとして、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り、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規則的な運動を反復する。反復する眼球運動のうち、眼球位置が徐々に変位する部分が緩徐相、急速に元の位置に戻る変位の部分が急速相と呼ばれている。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、この眼振の時系列データが眼振データと呼ばれている。

眼振データから前庭動眼反射を解析したり、めまいの診断に用いたりする場合には、小脳等の中枢の働きによって引き起こされる急速相の部分と、前庭動眼反射によって引き起こされる緩徐相の部分とに眼振データを適切に分離する必要があった。

従来、眼振データを急速相の部分と緩徐相の部分とに分離するための種々の手法が提案されてきた。たとえば、特許文献２には、眼振データにファジー集合理論を適用し、眼振データの差分から求めたメンバーシップ値を閾値と比較して眼振データを急速相の部分と緩徐相の部分とに分離する手法が開示してある。

特開平９−２８５４６８号公報 特開２００７−２０８０２号公報

しかしながら、従来の眼球運動解析システムでは、特許文献２で示したように、閾値により眼球の運動データ（眼振データ）を急速相の部分と緩徐相の部分とに分離する手法を用いる場合、適切な閾値を設定しなければ期待する結果が得られないという問題があった。さらに、従来の眼球運動解析システムでは、得られた結果から直ちに、眼球の運動データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを容易に確認することができないという問題があった。

また、従来の眼球運動解析システムでは、閾値を変更することにより得られる結果がどの程度変化するのかを容易に確認することができず、閾値を変化させながら適切な閾値を選択する操作を行なうことができなかった。眼球運動解析システムは、眼球の運動データを急速相の部分と緩徐相の部分とを適切に分離することができなければ、眼球運動の診断に必要な情報を提供することができないという問題があった。

さらに、これまでの眼球運動の診断において、緩徐相と急速相とは、別々に扱われてきた。しかし、緩徐相と急速相とは、連続して交互に現れるものであるために、緩徐相と急速相との間に何らかの相関が存在すると予想されている。これまでの眼球運動の診察方法では、当該相関についての情報が見落とされてきた可能性がある。

それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、眼球の運動データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを容易に確認することができ、緩徐相と急速相とを統合的に扱うことができる眼球運動解析システム、眼球運動診断装置および眼球運動解析方法を提供することを目的とする。

本発明に係る眼球運動解析システムは、平衡機能検査における眼球の運動データを解析する眼球運動解析システムであって、平衡機能検査で測定した眼球の運動データを入力する入力部と、入力部から入力した運動データを、所定の閾値に基づき眼球運動における緩徐相と急速相とに分離する相分離部と、相分離部で分離した複数の緩徐相および複数の急速相に対して、緩徐相における眼球の第１変位ベクトルと、緩徐相の次の急速相における眼球の第２変位ベクトルとのなす角を検出する角度検出部と、角度検出部で検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出する分布算出部と、分布算出部で算出した度数分布を含む結果を出力する出力部とを備える。

好ましくは、出力部は、分布算出部で算出した度数分布を表示する表示部を含む。
好ましくは、表示部は、度数分布をヒストグラムで表示する。

好ましくは、表示部は、分布算出部で算出した度数分布を表示するとともに、度数分布に対応する運動データを表示する。

好ましくは、表示部は、表示する運動データのうち、緩徐相の部分と、急速相との部分とを識別可能に表示する。

好ましくは、使用者の入力操作に基づき、表示部に表示している運動データの表示範囲を変更する表示範囲変更部をさらに備え、分布算出部は、表示範囲変更部で変更した表示範囲に含まれる運動データから検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を再度算出し、表示部は、再度算出した度数分布を表示する。

好ましくは、相分離部の閾値を変更する閾値変更部をさらに備え、相分離部は、閾値変更部が変更した閾値に基づき、運動データを緩徐相と急速相とに再度分離し、角度検出部は、再度分離した緩徐相および急速相に基づき、第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角を再度検出し、分布算出部は、再度検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を再度算出し、表示部は、再度算出した度数分布を表示する。

好ましくは、角度検出部で検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の統計データを算出する統計算出部をさらに備え、表示部は、統計算出部で算出した統計データを表示する。

好ましくは、運動データは、眼球の回転運動中心における眼球の角度を所定の間隔でサンプリングした眼球位置データであり、相分離部は、隣接する眼球位置データ間の差分から眼球の角速度を算出し、算出した眼球の角速度が閾値以上となる眼球位置データを急速相に分離し、角度検出部は、急速相から緩徐相に変化する第１の眼球位置データと、緩徐相から急速相に変化する第２の眼球位置データとを結ぶベクトルを第１変位ベクトルとし、第２の眼球位置データと、急速相から緩徐相に変化する第３の眼球位置データとを結ぶベクトルを第２変位ベクトルとする。

本発明に係る眼球運動診断装置は、平衡機能検査における眼球の運動データを測定する平衡機能検査装置と、上記のいずれかの眼球運動解析システムとを備える。

本発明に係る眼球運動解析方法は、平衡機能検査における眼球の運動データを解析する眼球運動解析方法であって、平衡機能検査で測定した眼球の運動データを入力する入力ステップと、入力ステップから入力した眼球の運動データを、所定の閾値に基づき眼球運動における緩徐相と急速相とに分離する相分離ステップと、相分離ステップで分離した複数の緩徐相および複数の急速相に対して、緩徐相における眼球の第１変位ベクトルと、緩徐相の次の急速相における眼球の第２変位ベクトルとのなす角を検出する角度検出ステップと、角度検出ステップで検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出する分布算出ステップと分布算出ステップで算出した度数分布を含む結果を出力する出力ステップとを備える。

本発明に係る眼球運動解析システム、眼球運動診断装置および眼球運動解析方法は、緩徐相における眼球の第１変位ベクトルと、緩徐相の次の急速相における眼球の第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出することで、眼球の運動データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを容易に確認することができる。また、本発明では、第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布から、適切な閾値を設定したか否かを客観的に評価することができる。さらに、本発明では、適切に分離した緩徐相および急速相に基づく第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角、およびそのなす角の度数分布を出力することで、眼球運動の解析評価や診断に必要な情報を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る眼球運動解析システムの基本構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る眼球運動解析システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る眼球運動解析システムの動作を説明するためのフローチャートである。 眼球位置を説明するための図である。 眼球位置データを時系列に並べ、緩徐相と急速相との２つの相が交互に現れる眼振データの一例を示す図である。 図５に示す眼振データから算出した眼球の角速度を説明するための図である。 緩徐相の第１変位ベクトルと、急速相の第２変位ベクトルとのなす角を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る眼球運動解析システムが出力する解析結果の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る眼球運動解析システムが出力する解析結果の別の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る眼球運動解析システムが出力する解析結果のさらに別の一例を示す図である。 本発明の実施形態の変形例に係る眼球運動解析システムの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る眼球運動解析システムが出力する散布図の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施形態に係る眼球運動診断装置の基本構成を示す概略図である。図１に示す眼球運動診断装置１００は、平衡機能検査における眼球Ｅの運動データ（以下、眼振データともいう）を測定する平衡機能検査装置と、平衡機能検査における眼球Ｅの運動データを解析する眼球運動解析システムとを備えている。平衡機能検査装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどで構成された撮像カメラ１、パソコンなどで構成されたコンピュータ２、頭部運動センサ３、撮像カメラ１で撮像した動画像をＡＤ変換するビデオ入力ボード４、頭部運動センサ３から出力された測定信号ＶａをＡＤ変換するＡ／Ｄボード５を含んでいる。

平衡機能検査装置は、被検者の頭部に所定の刺激を与えて、前庭眼反射、自然視前庭眼反射、固視前庭眼反射を観察し、このときの眼球Ｅの運動を撮像カメラ１によって撮像し、撮像した動画像を、ビデオ入力ボード４を介してコンピュータ２に取り込む。眼球の運動を撮像するための構成としては、特開平９−２８５４６８号（特許第３４５５６３８号）公報に開示してある平衡機能検査装置がある。当該平衡機能検査装置で提案されている構成は、ゴーグルタイプの眼球観察用装着具であり、被検者は、このゴーグルを装着して、頭部を回転させるなどして眼球Ｅの運動を撮像カメラ１で撮像する。

撮像カメラ１で撮像した動画像は、ビデオ信号の形で出力されるため、そのビデオ信号を、ビデオ入力ボード４を介してコンピュータ２に取り込む。コンピュータ２は、取り込んだ眼球Ｅの動画像をフレーム毎あるいはフィールド毎にサンプリングして、サンプリングした画像を２値化し、楕円近似法によって眼球Ｅの運動中心Ｏ（図４参照）を検出する。さらに、コンピュータ２は、所定の演算処理を施し、眼球Ｅの運動中心Ｏに対する瞳孔中心の角度位置を眼球位置データとして算出する。なお、眼球の画像から楕円近似法を用いて、眼球の運動中心Ｏを求める手法は、特開平８−１４５６４４号において詳しく開示されているため、説明を繰返さない。

コンピュータ２は、算出した眼球位置データを時系列に並べ、緩徐相と急速相との２つの相が交互に現れる眼振データとして記憶部（図示せず）に記憶する。記憶部に記憶した眼振データは、データファイルとして外部の記憶媒体に保存したり、ＬＡＮを介して外部に送信したり、後述する眼球運動解析システムで解析処理を行なったりすることが可能である。

頭部運動センサ３は、角速度センサ、角度センサ、角加速度センサなどが使用され、被検者の頭部の運動に応じた測定信号Ｖａを出力する。コンピュータ２は、ＡＤボード５を介して測定信号Ｖａを取込み、眼球位置データと同期させて記憶部（図示せず）に記憶する。コンピュータ２は、特開平１１−２２５９６７号（特許第３７３０００５号）公報に開示されているように、記憶部に記憶した眼球位置データと、測定信号Ｖａに基づく頭部運動の角速度などのデータとを組合せて解析することで、より信頼性の高い診断データとして解析したデータを利用することができる。

次に、眼振データを解析する眼球運動解析システムについて説明する。眼球運動解析システムは、図１に示すコンピュータ２により実行されるソフトウェアで構成されるシステムとして以下に説明するが、本発明はこれに限定されず、専用のハードウェアとして各部が構成されるシステムであってもよい。

図２は、本発明の実施形態に係る眼球運動解析システムの構成を示すブロック図である。図２に示す眼球運動解析システム２２は、入力部２２１、相分離部２２３、角度検出部２２４、分布算出部２２５、出力部２２６、統計算出部２２７、表示範囲変更部２２８、および閾値変更部２２９を含んでいる。

入力部２２１は、平衡機能検査装置で取得した眼振データの入力を行なう。具体的に、入力部２２１は、ビデオ入力ボード４に直接接続され、当該ビデオ入力ボード４から眼振データを読込んで眼球運動解析システム２２に入力する。または、入力部２２１は、既にコンピュータ２の記憶部に記憶してあるファイルから眼振データを読込んで眼球運動解析システム２２に入力する。もちろん、入力部２２１は、有線または無線で接続されたサーバ（眼振データが蓄積された記憶装置）から眼振データを読込んで眼球運動解析システム２２に入力してもよい。

相分離部２２３は、入力部２２１から入力した眼振データを緩徐相と急速相とに分離する。本実施形態では、後述するように眼球Ｅの角速度が閾値以上となる眼球位置データを急速相に、それ以外を緩徐相に分離する手法を説明する。しかし、相分離部２２３は、当該手法に限定されるものではなく、特許文献２などに記載された他の手法で眼振データを緩徐相と急速相とに分離してもよい。

角度検出部２２４は、相分離部２２３で分離した複数の緩徐相および複数の急速相に対して、緩徐相における眼球Ｅの第１変位ベクトルと、緩徐相の次の急速相における眼球Ｅの第２変位ベクトルとのなす角（以下、単に第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角ともいう）を検出する。角度検出部２２４では、平衡機能検査装置で測定した緩徐相と、当該緩徐相の次に現れる急速相とを一組の情報として取扱うため、緩徐相の変位ベクトルと急速相の変位ベクトルとのなす角として検出している。ここで、緩徐相の変位ベクトルは、緩徐相が始まる時点の眼球位置データから緩徐相が終わる時点の眼球位置データへの位置変位を示すベクトルであり、急速相の変位ベクトルは、急速相が始まる時点の眼球位置データから急速相が終わる時点の眼球位置データへの位置変位を示すベクトルである。

分布算出部２２５は、角度検出部２２４で検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出する。なお、分布算出部２２５は、たとえば、階級の個数を１３階級に、階級の幅を３０度に固定して度数分布を算出しても、度数分布が適切な分布となるように階級の個数および階級の幅を自動的に設定して度数分布を算出してもよい。

出力部２２６は、分布算出部で算出した度数分布を含む結果を出力する。具体的に、出力部２２６は、ディスプレイ２１と接続し、当該ディスプレイ２１に算出した度数分布を表示する。また、出力部２２６は、プリンタ６と接続し、当該プリンタ６に算出した度数分布を印刷してもよいし、コンピュータ２の記憶部に算出した度数分布をそのまま記憶しても、眼球運動解析システム２２の専用ソフトから汎用ソフトで表示可能な形式のファイルにエクスポートして記憶してもよい。もちろん、出力部２２６は、有線または無線で接続された他のディスプレイなどに算出した度数分布を表示してもよい。

統計算出部２２７は、角度検出部２２４で検出した第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の統計データを算出する。ここで、第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角の統計データとしては、たとえば、当該なす角の平均値、中央値、最頻値、偏差、標準偏差、変動係数、歪度、および尖度などがある。

表示範囲変更部２２８は、使用者の入力操作の情報に基づく処理により、ディスプレイ２１に表示している眼振データの表示範囲を変更する。たとえば、使用者がディスプレイ２１に表示されている眼振データの一部分を拡大して表示したり、眼振データを縮小して表示されていなかった部分をディスプレイ２１に表示させたりするために、表示範囲変更部２２８は、マウスなどの入力操作の情報に基づく処理をして、ディスプレイ２１に表示している眼振データの表示範囲を変更することができる。

本実施形態では、眼振データのすべてを対象に分布算出部２２５で度数分布を算出し、当該度数分布をディスプレイ２１に表示する。一方、眼振データは、使用者の入力操作に基づき指定した表示範囲のみが表示される。つまり、本実施形態では、ディスプレイ２１に表示している眼振データの範囲に連動して分布算出部２２５が度数分布を算出するのではなく、使用者の入力操作に基づき眼振データの表示範囲を単に変更しているだけである。

しかし、表示範囲変更部２２８が眼振データの表示範囲を変更した結果を分布算出部２２５に出力して、分布算出部２２５が変更した表示範囲に含まれる眼振データで、度数分布を再度算出する構成であってもよい。つまり、ディスプレイ２１に表示している眼振データに連動して度数分布を算出し、算出した度数分布でディスプレイ２１の表示を更新してもよい。詳細については、変形例で述べる。

閾値変更部２２９は、相分離部２２３の閾値を変更する。閾値変更部２２９は、使用者の入力操作に基づき相分離部２２３の閾値を変更しても、分布算出部２２５で算出する度数分布がある定められた範囲の分布となるように相分離部２２３の閾値を変更してもよい。なお、閾値変更部２２９は、相分離部２２３の閾値を変更した場合、その結果を相分離部２２３に出力する。相分離部２２３は、閾値変更部２２９で変更した閾値に基づき、眼振データを緩徐相と急速相とに再度分離する。

次に、眼球運動解析システム２２の動作を、フローチャートを用いて詳しく説明する。図３は、本発明の実施形態に係る眼球運動解析システム２２の動作を説明するためのフローチャートである。まず、入力部２２１は、平衡機能検査装置で取得した眼振データを含むファイルを読込む（ステップＳ３０１）。

ここで、眼振データについて詳しく説明する。眼振データは、眼球位置データを時系列に並べ、緩徐相と急速相との２つの相が交互に現れるデータである。図４は、眼球位置を説明するための図である。また、図５は、眼球位置データを時系列に並べ、緩徐相と急速相との２つの相が交互に現れる眼振データの一例を示す図である。

図４では、ｘ−ｙ平面またはｙ−ｚ平面で見た眼球Ｅが示してある。そして、ｙ軸方向が正面であり、眼球Ｅが正面を向いている位置が基準位置ｅ０である。この基準位置ｅ０に対して、運動中心Ｏを中心に眼球Ｅが移動した位置ｅ１とのなす角が眼球位置θである。眼球位置θは、ｘ−ｙ平面での角度θｘｙの成分と、ｙ−ｚ平面での角度θｙｚの成分とを有している。そのため、本実施の形態では、眼球位置θを、角度θｘｙと角度θｙｚとの二乗平均平方根（ＲＭＳ（Root Mean Square）や平均二乗偏差ともいう）の値として表わす。なお、角度θｘｙと角度θｙｚとの二乗平均平方根を眼球位置θとしているが、それぞれの角度を別々に眼球位置として解析を行なってもよい。

図５に示す眼振データは、眼球位置θの時間変化を示しており、緩徐相と急速相との２つの相が交互に現れるデータである。つまり、図５に示す眼振データは、緩徐相において、眼球位置θが徐々に大きくなり、急速相になると、眼球位置θが急激に小さくなる変化を繰返している。

図３に戻って、相分離部２２３は、眼振データを緩徐相と急速相とに分離するために、隣接する眼球位置θのデータの差分をとって眼球Ｅの角速度（角度／秒）を算出する（ステップＳ３０２）。図６は、図５に示す眼振データから算出した眼球Ｅの角速度を説明するための図である。図６に示す眼球Ｅの角速度のグラフには、緩徐相の期間に遅い角速度であった眼球Ｅの運動が、急速相になると急激に速い角速度に変化する様子が示されている。そのため、図６から分かるように緩徐相の角速度と急速相の角速度との間に閾値を設定すれば、眼振データを緩徐相と急速相とに分離することができる。

図３に戻って、相分離部２２３は、たとえば入力操作によって指定された閾値で眼振データを緩徐相と急速相とに分離する（ステップＳ３０３）。つまり、相分離部２２３は、指定された閾値以上の角速度に対応する眼球位置θのデータを急速相とし、指定された閾値より遅い角速度に対応する眼球位置θのデータを緩徐相とする。

次に、角度検出部２２４は、相分離部２２３で分離した緩徐相と急速相とのなす角を検出する（ステップＳ３０４）。緩徐相と急速相とのなす角とは、緩徐相の第１変位ベクトルと、急速相の第２変位ベクトルとのなす角である。緩徐相の第１変位ベクトルは、たとえば、図５に示す急速相から緩徐相に変わった眼球位置θから緩徐相から急速相に変わった眼球位置θまでの位置変位より求めことができる。また、急速相の第２変位ベクトルは、たとえば、図５に示すように緩徐相から急速相に変わった眼球位置θから、急速相から緩徐相に変わった眼球位置θまでの位置変位より求めことができる。

図７は、緩徐相の第１変位ベクトルと、急速相の第２変位ベクトルとのなす角を説明するための図である。前述のように求めた第１変位ベクトルおよび第２変位ベクトルは、図７に示すようにｘ−ｙ座標の原点にそれぞれのベクトルの始点をあわせ、ｘ軸からのそれぞれの角度が求められる。第１変位ベクトルの角度を角度α、第２変位ベクトルの角度を角度βとする場合、緩徐相と急速相とのなす角（第１変位ベクトルと第２変位ベクトルとのなす角）は、角度β−角度αで求めることができる。

図３に戻って、分布算出部２２５は、緩徐相と急速相とのなす角の度数分布を算出する（ステップＳ３０５）。具体的に、分布算出部２２５は、角度検出部２２４で検出した緩徐相と急速相とのなす角を階級ごとに振分け、それぞれの階級に含まれる数を求めて度数分布を算出する。統計算出部２２７は、緩徐相と急速相とのなす角の統計量（統計データ）を算出する（ステップＳ３０６）。ここで、分布算出部２２５での処理と、統計算出部２２７での処理とは、図３に示すフローチャートのように順番に行なっても、図２に示すように並列に行なってもよい。また、後述するように、眼振データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを確認する程度であれば、統計算出部２２７での処理を行なわずに、分布算出部２２５での処理のみでもよい。つまり、眼球運動解析システム２２は、ステップＳ３０６をスキップするフローチャートの処理でもよい。

次に、出力部２２６は、分布算出部２２５および統計算出部２２７の結果を、ディスプレイ２１に表示する（ステップＳ３０７）。図８は、本発明の実施形態に係る眼球運動解析システム２２が出力する解析結果の一例を示す図である。図８に示す表示では、上段に眼振データを、下段に分布算出部２２５で算出した度数分布のヒストグラムをそれぞれ図示している。

上段に示す眼振データには、サンプリングした眼球位置θのデータの一部（ある時点から１０秒間）が図示されている。そして、表示範囲変更部２２８は、使用者が操作したスライドバー２２８ａの情報を処理することで、ディスプレイ２１に表示されている眼振データの範囲を変更することができる。具体的に、表示範囲変更部２２８は、使用者がスライドバー２２８ａを左右に移動する操作の情報を処理することで表示できる期間（１０秒間）を変更することなく、サンプリングしたデータのうち使用者が所望する一部をディスプレイ２１に表示させることができる。

また、表示範囲変更部２２８は、使用者がスライドバー２２８ａ自体を長くする操作の情報を処理することで表示できる期間（１０秒間）を長くすること（たとえば２０秒間）ができ、逆に使用者がスライドバー２２８ａ自体を短くする操作の情報を処理することで表示できる期間（１０秒間）を短くすること（たとえば５秒間）ができる。つまり、表示範囲変更部２２８は、マウスなどの入力操作の情報を処理することで、ディスプレイ２１に表示されている眼振データの一部分を拡大して表示したり、眼振データを縮小して表示されていなかった部分をディスプレイ２１に表示させたりすることができる。

上段に示す眼振データには、サンプリングした眼球位置θのデータがドットとして表示されている。さらに、ディスプレイ２１の表示の右上欄に示した閾値（図８では閾値＝５．０）以上となる眼球位置θのドットは白色、閾値未満となる眼球位置θのドットは黒色として識別されている。また、黒色のドットは、緩徐相であり、白色のドットは、急速相である。さらに、黒色のドット間を実線で結び、白色のドット間を破線で結ぶことで、緩徐相と急速相とを識別することができる。これにより、使用者が、ディスプレイ２１に表示された眼振データを見るだけで、緩徐相の部分と、急速相との部分とを識別可能に表示してあるので、眼振データにおいて緩徐相と急速相とが適切に分離されているのかを視覚的に確認することができる。なお、緩徐相の部分と、急速相との部分との識別を色分けすることで行なってもよく、たとえば緩徐相を青色の実線やドットで、急速相を赤色の実線やドットで表わしてもよい。

下段に示すヒストグラムは、緩徐相と急速相とのなす角の度数分布を表わしており、階級の個数は１３階級で、階級の幅は３０度（ただし、０度の階級、３６０度の階級は除く）である。具体的に、各階級は、０度の階級（０度以上〜１５度未満）、３０度の階級（１５度以上〜４５度未満）、６０度の階級（４５度以上〜７５度未満）、９０度の階級（７５度以上〜１０５度未満）、１２０度の階級（１０５度以上〜１３５度未満）、１５０度の階級（１３５度以上〜１６５度未満）、１８０度の階級（１６５度以上〜１９５度未満）、２１０度の階級（１９５度以上〜２２５度未満）、２４０度の階級（２２５度以上〜２５５度未満）、２７０度の階級（２５５度以上〜２８５度未満）、３００度の階級（２８５度以上〜３１５度未満）、３３０度の階級（３１５度以上〜３４５度未満）、および３６０度の階級（３４５度以上〜３６０度未満）である。

そして、下段に示すヒストグラムは、緩徐相と急速相とのなす角の数が２８７個あり、０度の階級に６個、３０度の階級に３個、６０度の階級に６個、９０度の階級に３個、１２０度の階級に６個、１５０度の階級に２４個、１８０度の階級に２１８個、２１０度の階級に１５個、および２４０度の階級に６個、緩徐相と急速相とのなす角が分布している。

平衡機能検査では、一定方向の加速度刺激などが持続すると、眼球Ｅが逆方向に徐々に変位し、急速に元に戻るという規則的な運動を検査している。そのため、眼球Ｅが逆方向に徐々に変位する緩徐相の第１変位ベクトルと、急速に元に戻る急速相の第２変位ベクトルとのなす角度は、正常な被験者であれば１８０度の階級に多く分布することになる。そのため、適切に分離した緩徐相および急速相に基づく緩徐相と急速相とのなす角、およびそのなす角の度数分布を使用者が確認できることで、正常な被験者の度数分布か否かを容易に確認することができ、眼球運動の診断に必要な情報を提供することができる。さらに、ヒストグラム同士を比較することで、正常な眼球運動との比較がさらに容易になる。

なお、下段に示すヒストグラムは例示であり、算出した度数分布をディスプレイ２１に表示する形式は、階級ごとの数を表にした度数分布表の形式であってもよい。さらに、ディスプレイ２１に表示する形式は、これに限定されず、階級ごとの数を折れ線グラフや円グラフなどで表わす形式であってもよい。

さらに、ディスプレイ２１の表示の右下欄には、統計算出部２２７で算出した統計量が表示されている。具体的に、同欄には、統計量として平均、標準偏差、変動係数、歪度、および尖度が表示されている。なお、同欄には、緩徐相と急速相とのなす角の数も表示されている。このように、眼球運動解析システム２２は、緩徐相と急速相とのなす角の統計量を算出することで、眼球運動の診断に必要となる定量データを使用者に提供することができる。

次に、図３に戻って、ディスプレイ２１に表示された結果に基づき、使用者が閾値を変更する必要があると判断した場合、閾値変更部２２９に対して入力操作を行ない、逆に、閾値を変更する必要がないと判断した場合、閾値変更部２２９に対して入力操作を行なわない。つまり、閾値変更部２２９は、使用者による閾値変更の入力操作が行なわれたか否かを判定する（ステップＳ３０８）。閾値変更部２２９が、使用者による閾値変更の入力操作が行なわれたと判定した場合（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、ステップＳ３０３に処理を戻し、相分離部２２３は、入力操作で指定した閾値で緩徐相と急速相との分離を再度行なう。一方、閾値変更部２２９が、使用者による閾値変更の入力操作が行なわれていないと判定した場合（ステップＳ３０８：ＮＯ）、出力部２２６は、設定した閾値で眼振データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができたと判断して、分布算出部２２５および統計算出部２２７で処理した結果をコンピュータ２の記憶部に出力する（ステップＳ３０９）。その後、眼球運動解析システム２２は、処理を終了する。

このように、眼球運動解析システム２２は、閾値を変更するごとに、緩徐相と急速相とが識別されて表示される眼振データや、緩徐相と急速相とのなす角のヒストグラムの表示を更新するので、閾値を変更することにより得られる結果がどの程度変化するのかを容易に且つ視覚的に確認することができ、閾値を変化させながら適切な閾値を選択する操作を行なうことができる。

なお、分布算出部２２５および統計算出部２２７で処理した結果の出力先は、コンピュータ２の記憶部に限定されるものではなく、コンピュータ２に接続されたプリンタ６や有線または無線で接続されたサーバなどでもよい。また、出力部２２６が出力する結果には、分布算出部２２５および統計算出部２２７で処理した結果以外に、相分離部２２３で緩徐相と急速相とに分離した結果や角度検出部２２４で検出した緩徐相と急速相とのなす角の結果など、あるいは、ディスプレイ２１に表示された画面の画像データを含んでもよい。

使用者は、ディスプレイ２１の表示の右上欄に表示された閾値表示の下にあるスライダー２２９ａをマウスなどで左右に操作することで、閾値を変更することができる。また、使用者は、表示された閾値の欄に直接数字を入力して閾値を変更することもできる。前述のような入力操作により閾値を変更した場合の解析結果を説明する。

図９は、本発明の実施形態に係る眼球運動解析システム２２が出力する解析結果の別の一例を示す図である。図１０は、本発明の実施形態に係る眼球運動解析システム２２が出力する解析結果のさらに別の一例を示す図である。なお、図９および図１０に表示する眼振データは、図８で表示した同じ表示範囲の眼振データである。また、図９および図１０に表示するヒストグラムは、図８で表示した同じ階級の個数で、同じ階級の幅である。

図９に示す解析結果は、入力操作により閾値を０．１に変更した場合である。そのため、上段に示す眼振データには、眼球位置θのドットの略すべてが閾値以上となり、すべてのドットが黒色で表示されている。なお、図８では、閾値以上となった眼球位置θのドット（急速相のドット）を白色で表示していたが、図９のようにすべてのドットを白色で表示すると、表示を視認し難いので、すべてのドットを黒色で表示してある。

図８では、緩徐相のドット間を実線で結び、急速相のドット間を破線で結ぶことで、緩徐相と急速相とを識別していた。しかし、図９に示す眼振データでは、すべてのドットが急速相と判断されるため、正しく実線および破線を引くことができず、意味のない破線が表示されている。そのため、眼球運動解析システム２２は、眼振データにおいて緩徐相と急速相とが適切に分離されていないことを視覚的に確認することができる。

眼振データの略すべてが急速相であり、緩徐相が極端に少ないという分離結果に基づいているため、図９に示すヒストグラムは、緩徐相と急速相とのなす角の数が４個あり、１８０度の階級に３個、および３３０度の階級に１個、緩徐相と急速相とのなす角が分布している。そのため、眼球運動解析システム２２は、ヒストグラムにおいても緩徐相と急速相とが適切に分離されていないことを視覚的に確認することができる。

一方、図１０に示す解析結果は、入力操作により閾値を８．０に変更した場合である。そのため、上段に示す眼振データには、図８で急速相と分離された眼球位置θのドットの一部が緩徐相と分離され、白色のドットの一部が黒色のドットに変化している。しかし、図１０に示す眼振データは、図９に示した眼振データと異なり、黒色のドット間を実線で結び、白色のドット間を破線で結ぶことができ、緩徐相と急速相とを識別することができる。これにより、使用者が、ディスプレイ２１に表示された眼振データを見るだけで、緩徐相の部分と、急速相との部分とを識別可能に表示してあるので、眼振データにおいて緩徐相と急速相とが適切に分離されているか否かを視覚的に確認することができる。

図１０に示すヒストグラムは、緩徐相と急速相とのなす角の数が２５４個あり、０度の階級に３個、６０度の階級に３個、９０度の階級に３個、１２０度の階級に９個、１５０度の階級に２４個、１８０度の階級に１９４個、２１０度の階級に９個、２４０度の階級に６個、および２７０度の階級に３個、緩徐相と急速相とのなす角が分布している。そのため、眼球運動解析システム２２は、ヒストグラムにおいても緩徐相と急速相とが適切に分離されていることを視覚的に確認することができる。

以上のように、本実施形態に係る眼球運動解析システム２２は、緩徐相と急速相とのなす角の度数分布を算出することで、眼振データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを容易に確認することができる。さらに、適切に分離した緩徐相と急速相とのなす角、およびそのなす角の度数分布を出力することで、眼球運動の診断に必要な情報を提供することができる。また、眼球運動解析システム２２は、度数分布をヒストグラムで表示するので、眼振データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを視覚的に確認することができるとともに、ヒストグラム同士を比較することで正常な眼球運動との比較が容易になる。

また、本実施形態に係る眼球運動診断装置１００は、眼球運動解析システム２２において緩徐相と急速相とのなす角の度数分布を算出することで、眼振データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができているか否かを容易に確認することができる。眼球運動診断装置１００は、眼球運動解析システム２２において適切に分離した緩徐相と急速相とのなす角、およびそのなす角の度数分布を出力することで、眼球運動の解析評価や診断に必要な情報を提供することができる。

（変形例）
（１） 本実施形態では、ディスプレイ２１に表示している眼振データの範囲に連動して分布算出部２２５が度数分布を算出するのではなく、使用者の入力操作に基づき眼振データの表示範囲を単に変更する構成について説明した。そこで、本変形例１では、ディスプレイ２１に表示している眼振データに連動して度数分布を算出し、算出した度数分布でディスプレイ２１の表示を更新する構成について説明する。

本変形例１に係る表示範囲変更部２２８では、眼振データの表示範囲を変更した場合、その結果を分布算出部２２５に出力する。そのため、分布算出部２２５は、変更された表示範囲に含まれる眼振データで、度数分布を再度算出する。具体的に、表示範囲変更操作の処理を、フローチャートを用いて詳しく説明する。図１１は、本発明の実施形態の変形例１に係る眼球運動解析システム２２の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、表示範囲変更部２２８は、使用者がマウスなど眼振データの表示範囲を指定した情報を読込む（ステップＳ１０１）。具体的に、使用者がスライドバー２２８ａを左右に移動するなどの操作を行った情報が、表示範囲を指定する情報として表示範囲変更部２２８に読込まれる。

次に、表示範囲変更部２２８は、読込んだ情報による表示範囲が、現在表示している表示範囲と同じか否かを確認する（ステップＳ１０２）。表示範囲変更部２２８は、読込んだ情報に基づく表示範囲が、現在表示している表示範囲と異なる場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、変更する眼振データの表示範囲の情報を分布算出部２２５に出力する。分布算出部２２５は、変更する眼振データの表示範囲の情報が入力されると、新たに指定した表示範囲に含まれる緩徐相と急速相とのなす角の度数分布を再度算出する（ステップＳ１０３）。

次に、統計算出部２２７は、新たに指定した表示範囲に含まれる緩徐相と急速相とのなす角の統計量（統計データ）を再度算出する（ステップＳ１０４）。その後、出力部２２６は、分布算出部２２５で再度算出した度数分布のヒストグラムにディスプレイ２１の表示を更新し、統計算出部２２７で再度算出した統計量の結果にディスプレイ２１の表示を更新する（ステップＳ１０５）。

一方、表示範囲変更部２２８は、読込んだ情報に基づく表示範囲が、現在表示している表示範囲と同じである場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理をスキップして、現在、ディスプレイ２１に表示しているヒストグラムや統計量の表示を維持する。

以上のように、本変形例１に係る眼球運動解析システム２２は、眼振データの表示範囲を変更した場合、変更した眼振データの表示範囲の度数分布を再度算出して、ディスプレイ２１に表示するので、使用者が希望する眼振データの表示範囲の度数分布を容易に確認することができる。

（２） 本実施形態では、使用者がディスプレイ２１に表示している眼振データや、ヒストグラムを見て、スライダー２２９ａなどを操作して閾値を変更し、変更した閾値に基づいて分布算出部２２５が度数分布を再度算出する構成について説明した。そこで、本変形例２では、分布算出部２２５が算出した度数分布や、統計算出部２２７が算出した統計量に基づいて、閾値変更部２２９が適正な閾値に設定されているか否かを判定し、閾値を変更する構成について説明する。

図３に示すステップＳ３０８において、閾値変更部２２９は、閾値変更の入力操作が行なわれた否かを判定するのではなく、たとえば、分布算出部２２５から算出した度数分布の結果が入力され、当該度数分布の結果が所定の度数分布の範囲に入っているか否かを判定する。そして、閾値変更部２２９は、当該度数分布の結果が所定の度数分布の範囲に入っていない場合（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、閾値をたとえば「１．０」増加する変更を行ない、当該度数分布の結果が所定の度数分布の範囲に入っている場合、閾値に問題が無いと判定し（ステップＳ３０８：ＮＯ）、閾値を変更せずにステップＳ３０９に進む。

以上のように、本変形例２に係る眼球運動解析システム２２は、閾値変更部２２９が度数分布の結果が所定の度数分布の範囲になるように閾値変更を変更するので、眼振データを緩徐相と急速相とに適切に分離することができる閾値を自動で設定することが可能になる。

なお、閾値変更部２２９は、分布算出部２２５から算出した度数分布の結果ではなく、統計算出部２２７が算出した統計量の結果が所定の統計量の範囲に入っているか否かを判定して、閾値を変更してもよい。たとえば、閾値変更部２２９は、統計算出部２２７が算出した歪度および尖度が、所定の範囲に入っているか否かを判定して、閾値を変更してもよい。

（３） 本実施形態では、閾値を変更した場合、変更した閾値に基づいて算出された度数分布のヒストグラムをディスプレイ２１に表示して、表示を更新する構成について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、たとえば、本変形例３では、変更した閾値に基づいて算出された度数分布のヒストグラムを、変更前のヒストグラムと比較可能となるように表示する。たとえば、出力部２２６は、閾値が異なる複数のヒストグラムの表示領域をタイリングしてディスプレイ２１に表示しても、複数のヒストグラムを閾値順に並べて３次元的にディスプレイ２１に表示してもよい。

（４） さらに、本変形例４では、緩徐相の角速度をＸ軸、眼球運動解析システム２２において適切に分離した緩徐相と急速相とのなす角をＹ軸として、眼振データをプロットした散布図をディスプレイ２１に表示してもよい。図１２は、本発明の実施形態の変形例に係る眼球運動解析システム２２が出力する散布図の一例を示す図である。図１２に示す散布図は、Ｘ軸に０度／秒〜２０度／秒の緩徐相の角速度をとり、Ｙ軸に０度〜３６０度の緩徐相と急速相とのなす角をとることで、緩徐相の角速度ごとの、緩徐相と急速相とのなす角のばらつきを表示する。この散布図から、緩徐相の角速度が遅いときには緩徐相と急速相とのなす角のばらつきが大きくなる傾向があり、逆に、緩徐相の角速度が速いときには緩徐相と急速相とのなす角のばらつきが小さくなる傾向があることが分かる。また、図１２に示すように、緩徐相の角速度ごとの、緩徐相と急速相とのなす角が１８０度付近に集中する分布の場合、正常な被験者の散布図であると考えられる。

さらに、図１２に示す散布図では、プロットした眼振データをＹ軸へ投影することで、緩徐相と急速相とのなす角のヒストグラムを作成することができる。また、図１２に示す散布図では、プロットした眼振データをＸ軸へ投影することで、緩徐相の角速度のヒストグラムを作成することができる。

なお、散布図を表示したディスプレイ２１には、統計算出部２２７が散布図から算出した統計量を表示してもよい。また、出力部２２６は、閾値を変更した場合、変更した閾値に基づいて算出した散布図およびヒストグラムにディスプレイ２１の表示を更新してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 撮像カメラ、２ コンピュータ、３ 頭部運動センサ、４ ビデオ入力ボード、５ Ａ／Ｄボード、６ プリンタ、２１ ディスプレイ、２２ 眼球運動解析システム、１００ 眼球運動診断装置、２２１ 入力部、２２３ 相分離部、２２４ 角度検出部、２２５ 分布算出部、２２６ 出力部、２２７ 統計算出部、２２８ 表示範囲変更部、２２８ａ スライドバー、２２９ 閾値変更部、２２９ａ スライダー。

Claims (11)

1. 平衡機能検査における眼球の運動データを解析する眼球運動解析システムであって、
   前記平衡機能検査で測定した眼球の前記運動データを入力する入力部と、
   前記入力部から入力した前記運動データを、所定の閾値に基づき眼球運動における緩徐相と急速相とに分離する相分離部と、
   前記相分離部で分離した複数の前記緩徐相および複数の前記急速相に対して、前記緩徐相における眼球の第１変位ベクトルと、前記緩徐相の次の前記急速相における眼球の第２変位ベクトルとのなす角を検出する角度検出部と、
   前記角度検出部で検出した前記第１変位ベクトルと前記第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出する分布算出部と、
   前記分布算出部で算出した前記度数分布を含む結果を出力する出力部と
   を備える眼球運動解析システム。
2. 前記出力部は、前記分布算出部で算出した前記度数分布を表示する表示部を含む、請求項１に記載の眼球運動解析システム。
3. 前記表示部は、前記度数分布をヒストグラムで表示する、請求項２に記載の眼球運動解析システム。
4. 前記表示部は、前記分布算出部で算出した前記度数分布を表示するとともに、前記度数分布に対応する前記運動データを表示する、請求項２または請求項３に記載の眼球運動解析システム。
5. 前記表示部は、表示する前記運動データのうち、前記緩徐相の部分と、前記急速相との部分とを識別可能に表示する、請求項４に記載の眼球運動解析システム。
6. 使用者の入力操作に基づき、前記表示部に表示している前記運動データの表示範囲を変更する表示範囲変更部をさらに備え、
   前記分布算出部は、前記表示範囲変更部で変更した前記表示範囲に含まれる前記運動データから検出した前記第１変位ベクトルと前記第２変位ベクトルとのなす角の前記度数分布を再度算出し、
   前記表示部は、再度算出した前記度数分布を表示する、請求項４または請求項５に記載の眼球運動解析システム。
7. 前記相分離部の前記閾値を変更する閾値変更部をさらに備え、
   前記相分離部は、前記閾値変更部が変更した前記閾値に基づき、前記運動データを前記緩徐相と前記急速相とに再度分離し、
   前記角度検出部は、再度分離した前記緩徐相および前記急速相に基づき、前記第１変位ベクトルと前記第２変位ベクトルとのなす角を再度検出し、
   前記分布算出部は、再度検出した前記第１変位ベクトルと前記第２変位ベクトルとのなす角の前記度数分布を再度算出し、
   前記表示部は、再度算出した前記度数分布を表示する、請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の眼球運動解析システム。
8. 前記角度検出部で検出した前記第１変位ベクトルと前記第２変位ベクトルとのなす角の統計データを算出する統計算出部をさらに備え、
   前記表示部は、前記統計算出部で算出した前記統計データを表示する、請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の眼球運動解析システム。
9. 前記運動データは、眼球の回転運動中心における眼球の角度を所定の間隔でサンプリングした眼球位置データであり、
   前記相分離部は、隣接する前記眼球位置データ間の差分から眼球の角速度を算出し、算出した眼球の角速度が前記閾値以上となる前記眼球位置データを前記急速相に分離し、
   前記角度検出部は、前記急速相から前記緩徐相に変化する第１の眼球位置データと、前記緩徐相から前記急速相に変化する第２の眼球位置データとを結ぶベクトルを前記第１変位ベクトルとし、前記第２の眼球位置データと、前記急速相から前記緩徐相に変化する第３の眼球位置データとを結ぶベクトルを前記第２変位ベクトルとする、請求項２〜請求項８のいずれか１項に記載の眼球運動解析システム。
10. 平衡機能検査における眼球の運動データを測定する平衡機能検査装置と、
    請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の前記眼球運動解析システムとを備える、眼球運動診断装置。
11. 平衡機能検査における眼球の運動データを解析する眼球運動解析方法であって、
    前記平衡機能検査で測定した眼球の前記運動データを入力する入力ステップと、
    前記入力ステップから入力した前記運動データを、所定の閾値に基づき眼球運動における緩徐相と急速相とに分離する相分離ステップと、
    前記相分離ステップで分離した複数の前記緩徐相および複数の前記急速相に対して、前記緩徐相における眼球の第１変位ベクトルと、前記緩徐相の次の前記急速相における眼球の第２変位ベクトルとのなす角を検出する角度検出ステップと、
    前記角度検出ステップで検出した前記第１変位ベクトルと前記第２変位ベクトルとのなす角の度数分布を算出する分布算出ステップと
    前記分布算出ステップで算出した前記度数分布を含む結果を出力する出力ステップと
    を備える眼球運動解析方法。
    

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