JP2017109001A - Vision diagnosis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ユーザの色覚を診断する視覚診断装置に関する。 The present invention relates to a visual diagnostic apparatus for diagnosing color vision of a user.
生物は、物体から放射された光や、物体で反射された光を眼球で捉え、脳で信号処理することにより色の知覚を行っている。眼球に入った光は、水晶体にて焦点の調節が行われ、網膜に受容される。例えば、人の目の網膜には、暗い場所で機能する桿体と明るい場所で機能する錘体との２種類の視細胞がある。錘体視細胞は３種類あり、夫々赤色（波長５５０−６５０ｎｍ）、緑色（波長５００−６００ｎｍ）、青色（波長４００−５００ｎｍ）の光を受容する。物体の色の正確な知覚は、このような錘体視細胞の３原色（赤色、緑色、青色）の受容により実現される。しかしながら、錘体視細胞の一部又は全てを先天的に有さない人が存在する。このような人は、全種類（３種類）の錘体視細胞を有する人に比べて、先天的に色覚異常を有することとなる。また、色覚異常は、例えば白内障、網膜や神経系や大脳の病変、心理的ストレスにより後天的にも起こり得る。このような色覚の異常を診断する技術として、例えば特許文献１−５に記載のものがある。 Living organisms perceive color by capturing light emitted from an object and light reflected from the object with an eyeball and processing the signal with the brain. Light entering the eyeball is adjusted in focus by the lens and received by the retina. For example, in the retina of a human eye, there are two types of photoreceptor cells: a rod that functions in a dark place and a weight that functions in a bright place. There are three types of pyramidal photoreceptor cells, each receiving red (wavelength 550-650 nm), green (wavelength 500-600 nm), and blue (wavelength 400-500 nm) light. Accurate perception of the color of the object is realized by receiving the three primary colors (red, green, and blue) of the pyramidal photoreceptor cells. However, there are people who do not have some or all of the pyramidal photoreceptor cells innately. Such a person has a congenital color blindness in comparison with a person having all types (three types) of pyramidal photoreceptor cells. In addition, color blindness can also be acquired later due to, for example, cataracts, lesions of the retina, nervous system or cerebrum, or psychological stress. As a technique for diagnosing such a color vision abnormality, for example, there is one disclosed in Patent Documents 1-5.
特許文献１に記載の色覚能力測定装置は、所定の検査画面を用いて被検者にマウスにより選択させ、その選択回数の検出結果に応じて色覚を検査するものである。特許文献２に記載の色覚を診断および補助するための技術は、所定の２つのテスト画像を患者に目視比較させ、その結果を用いて色覚障害をテストする方法である。特許文献３に記載の色覚特性検知装置は、所定の視覚特性の試験用の第１画像データをユーザに提示し、当該第１画像データが提示されたユーザからの入力に応じて、異なる視覚特性の試験用の第２画像データをユーザに提示するか否かを決定するものである。特許文献４に記載の自動視機能検査装置は、所定の視力検査視標をユーザに提示し、ユーザにより操作入力手段で視力検査視標の視認した方向の入力があった場合に、次の視力検査指標を選択して提示するものである。特許文献５に記載の色覚検査装置は、標準色と、当該標準色と比較する比較色とを表示して、比較色を変化させながら被検者が標準色と等しいと感じる比較色である等色を特定し、この等色から被検者に適合した色覚補正レンズを特定するものである。 The color vision ability measuring apparatus described in Patent Document 1 causes a subject to select with a mouse using a predetermined inspection screen and inspects color vision according to the detection result of the number of selections. The technique for diagnosing and assisting color vision described in Patent Document 2 is a method of causing a patient to visually compare two predetermined test images and testing the color vision impairment using the result. The color vision characteristic detection device described in Patent Document 3 presents a first image data for testing with a predetermined visual characteristic to a user, and different visual characteristics according to an input from the user who is presented with the first image data. Whether to present the second image data for the test to the user. The automatic visual function inspection device described in Patent Document 4 presents a predetermined visual acuity test target to the user, and when the user inputs the direction in which the visual inspection target is viewed by the operation input means, the next visual acuity An inspection index is selected and presented. The color vision inspection apparatus described in Patent Document 5 displays a standard color and a comparison color to be compared with the standard color, and is a comparison color that the subject feels equal to the standard color while changing the comparison color. A color is specified, and a color vision correction lens suitable for the subject is specified from these equal colors.
特許文献１−５に記載の技術は、被験者の入力によってその後の処理を行うものであるので、検査の信頼性がユーザの回答に依存する。また、ユーザによって入力にばらつきがあるケースが多いので、色覚の検査結果について定量的な評価を行うことが困難であり、更には、色覚が正常であるか否かは最終的には医師の診断が必要であった。 Since the technique described in Patent Documents 1-5 performs the subsequent processing according to the input of the subject, the reliability of the examination depends on the user's answer. In addition, since there are many cases in which there are variations in input depending on the user, it is difficult to quantitatively evaluate the color vision test results. Furthermore, whether or not color vision is normal is finally diagnosed by a doctor. Was necessary.
そこで、色覚が正常であるか否かを客観的に、且つ、定量的に判定することが可能な視覚診断装置が求められる。 Accordingly, there is a need for a visual diagnostic apparatus that can objectively and quantitatively determine whether color vision is normal.
本発明に係る視覚診断装置の特徴構成は、共に灰色基調の第１パターン及び第２パターンを表示画面に繰り返し表示する第１表示と、有彩色の第３パターン及び他の有彩色の第４パターンを前記表示画面に繰り返し表示する第２表示とを交互に行う表示制御部と、前記表示画面を見たユーザの脳波を、前記ユーザの頭部に付設した検出電極により電気信号として取得する脳波信号取得部と、前記脳波信号取得部により取得された、前記第１表示に応じた第１電気信号と前記第２表示に応じた第２電気信号とに基づいて、前記ユーザの色覚が正常であるか否かを判定する色覚判定部と、を備えている点にある。 The visual diagnostic apparatus according to the present invention has the following features: a first display that repeatedly displays the first and second gray-tone patterns on the display screen, a chromatic third pattern, and another chromatic fourth pattern An electroencephalogram signal that obtains an electroencephalogram as an electric signal by a detection electrode attached to the user's head, and a display control section that alternately performs a second display that repeatedly displays the image on the display screen Based on the acquisition unit and the first electrical signal corresponding to the first display and the second electrical signal corresponding to the second display acquired by the electroencephalogram signal acquisition unit, the color vision of the user is normal And a color vision determination unit for determining whether or not.
このような特徴構成とすれば、第１表示を見た際に取得された電気信号の振幅を基準として、第２表示を見た際に取得された電気信号の振幅を比較することで、ユーザが第３パターン及び第４パターンの夫々の色が弁別可能であるか否かを容易に判定することができる。このような脳波信号は、ユーザの主観的要素が入り込むことはないので、本構成であれば客観的に、且つ、定量的にユーザの色覚が正常であるか否かを判定することが可能となる。 With such a characteristic configuration, by comparing the amplitude of the electrical signal acquired when viewing the second display with reference to the amplitude of the electrical signal acquired when viewing the first display, the user can However, it is possible to easily determine whether or not each color of the third pattern and the fourth pattern can be discriminated. Since such an electroencephalogram signal does not include a user's subjective element, it is possible to determine whether the user's color vision is normal objectively and quantitatively with this configuration. Become.
また、前記第２表示が、赤色の第３パターン及び緑色の第４パターンからなる表示と、青色の第３パターン及び黄色の第４パターンからなる表示とからなると好適である。 Further, it is preferable that the second display includes a display composed of a red third pattern and a green fourth pattern and a display composed of a blue third pattern and a yellow fourth pattern.
このような構成とすれば、ユーザが赤色及び緑色が弁別可能であるか否か、また、青色及び黄色が弁別可能であるか否かを容易に判定することができる。 With such a configuration, the user can easily determine whether red and green can be distinguished, and whether blue and yellow can be distinguished.
また、前記第１表示及び前記第２表示は、前記第１表示及び前記第２表示の夫々の色の輝度を所定の範囲内で変化させて彩色されていると好適である。 In addition, it is preferable that the first display and the second display are colored by changing the luminance of each color of the first display and the second display within a predetermined range.
このような構成とすれば、夫々の色に対して、所定の輝度バラツキを含ませて表示することができる。したがって、ユーザにとって見易い輝度で第１表示及び第２表示を表示することができるので、ユーザにとって見易い状況の下、色覚が正常であるか否かを判定することが可能となる。 With such a configuration, it is possible to display each color with a predetermined luminance variation. Therefore, since the first display and the second display can be displayed with a luminance that is easy for the user to see, it is possible to determine whether or not the color vision is normal under a situation that is easy for the user to see.
また、前記色覚判定部は、前記第１表示に応じた第１電気信号の振幅値と、前記第２表示に応じた第２電気信号の振幅値との差異をプロットして作成したマップに基づいて判定すると好適である。 The color vision determination unit is based on a map created by plotting the difference between the amplitude value of the first electrical signal corresponding to the first display and the amplitude value of the second electrical signal corresponding to the second display. Is preferable.
このような構成とすれば、ユーザから取得された脳波信号を定量的に評価し易くなる。したがって、ユーザの色覚が正常であるか否かを容易に判定することが可能となる。 With such a configuration, it becomes easy to quantitatively evaluate the electroencephalogram signal acquired from the user. Therefore, it is possible to easily determine whether or not the user's color vision is normal.
本発明に係る視覚診断装置は、ユーザの色覚が正常であるか否かを客観的に判定する機能を備えて構成される。以下、本実施形態の視覚診断装置１について説明する。 The visual diagnosis apparatus according to the present invention is configured to have a function of objectively determining whether or not a user's color vision is normal. Hereinafter, the visual diagnostic apparatus 1 of the present embodiment will be described.
図１は、視覚診断装置１の構成を模式的に示した図である。図１に示されるように視覚診断装置１は、表示制御部１０、脳波信号取得部２０、色覚判定部３０の各機能部を備えて構成され、これらの機能部は色覚判定に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the visual diagnostic apparatus 1. As shown in FIG. 1, the visual diagnostic apparatus 1 is configured to include each function unit of a display control unit 10, an electroencephalogram signal acquisition unit 20, and a color vision determination unit 30, and these functional units perform processing related to color vision determination. Therefore, the CPU is a core member and is constructed with hardware and / or software.
表示制御部１０は、第１表示と、第２表示とを交互に行う。第１表示及び第２表示は、視覚診断装置１がユーザ３の色覚が正常であるか否かの判定（以下「色覚判定」とする）を行うためにユーザ３に見せる画像である。以下では、第１表示及び第２表示を区別する必要がない場合には総称して「視覚オブジェクト」として説明する。本実施形態に係る第１表示の例が図２に示される。第１表示とは、図２に示されるような第１パターン及び第２パターンを表示装置２の表示画面Ｇに繰り返し表示する表示である。第１パターン及び第２パターンは、共に灰色基調のパターンで作成される。第１パターン及び第２パターンは、大きさが見かけで１０度となるように設定され、形状はモザイクパッチ構造を有する円形で設定される。モザイクパッチ構造とは、円形状のパッチを複数配置して、一つの円形状を構成した構造である。各パッチの大きさは見かけで０．２度〜０．５度の範囲内でランダムに設定され、配置は互いのパッチが重ならないようにランダムに決定される。 The display control unit 10 performs the first display and the second display alternately. The first display and the second display are images shown to the user 3 in order for the visual diagnostic apparatus 1 to determine whether or not the user 3 has normal color vision (hereinafter referred to as “color vision determination”). Hereinafter, when it is not necessary to distinguish between the first display and the second display, they are collectively referred to as “visual objects”. An example of the first display according to the present embodiment is shown in FIG. The first display is a display in which the first pattern and the second pattern as shown in FIG. 2 are repeatedly displayed on the display screen G of the display device 2. Both the first pattern and the second pattern are created in a gray tone pattern. The first pattern and the second pattern are set to have an apparent size of 10 degrees, and the shape is set to be a circle having a mosaic patch structure. The mosaic patch structure is a structure in which a plurality of circular patches are arranged to form one circular shape. The size of each patch is set at random within the range of 0.2 to 0.5 degrees in appearance, and the arrangement is randomly determined so that the patches do not overlap each other.
灰色基調とは、灰色（Ｇｒａｙ）を基準として作成された色をいう。したがって、色名称をＲＧＢ値で示した場合に（１２８,１２８，１２８）に限らず、例えば（２２０，２２０，２２０）や、（２１１，２１１，２１１）や、（１９２，１９２，１９２）や、（１６９，１６９，１６９）や、（１２８，１２８，１２８）や、（１０５，１０５，１０５）等の色を用いて作成することも可能であることを意味する。 The gray tone refers to a color created based on gray. Therefore, when the color name is indicated by an RGB value, it is not limited to (128, 128, 128), for example, (220, 220, 220), (211, 211, 211), (192, 192, 192), , (169, 169, 169), (128, 128, 128), (105, 105, 105), and the like.
また、本実施形態では、第１表示の夫々の色の輝度は所定の範囲内で変化させて彩色されている。本実施形態では、パッチ毎に、基本色である（１２８,１２８，１２８）で規定される灰色から−２２．５、−１５、−７．５、７．５、１５、２２．５ｃｄ／ｍ２の内のいずれかの輝度逸脱が生じるように、明度の調整が行われる。どのパッチに輝度逸脱を行うかは、ランダムにより決定される。したがって、本実施形態では、第１パターンと第２パターンとは異なるパターンで作成される。 In the present embodiment, the luminance of each color of the first display is changed within a predetermined range. In this embodiment, for each patch, the gray color defined by the basic color (128, 128, 128) is changed to -22.5, -15, -7.5, 7.5, 15, 22.5 cd / m2. The brightness is adjusted so that any one of the luminance deviations occurs. Which patch is used for luminance deviation is determined randomly. Therefore, in the present embodiment, the first pattern and the second pattern are created with different patterns.
図３には、本実施形態に係る第２表示の例が示される。第２表示とは、図３に示されるような第３パターン及び第４パターンを表示装置２の表示画面Ｇに繰り返し表示する表示である。第３パターンは有彩色のパターンで作成され、第４パターンは他の有彩色のパターンで作成される。有彩色とは、白色と黒色とを階調表示した際に表示される色以外の色である。本実施形態では、第２表示として２つの表示が利用される。一方の第２表示は、第３パターンの有彩色として赤色（Ｒｅｄ）が用いられ、第４パターンの有彩色として緑色（Ｇｒｅｅｎ）が用いられる。他方の第２表示は、第３パターンの有彩色として青色（Ｂｌｕｅ）が用いられ、第４パターンの有彩色として黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）が用いられる。以下では、これらを区別する時には、前記一方の第２表示を「Ｒ−Ｇ系第２表示」として示し、前記他方の第２表示を「Ｂ−Ｙ系第２表示」として示す。 FIG. 3 shows an example of the second display according to the present embodiment. The second display is a display that repeatedly displays the third pattern and the fourth pattern as shown in FIG. 3 on the display screen G of the display device 2. The third pattern is created with a chromatic color pattern, and the fourth pattern is created with another chromatic color pattern. A chromatic color is a color other than the color displayed when gray and white are displayed. In the present embodiment, two displays are used as the second display. On the other hand, in the second display, red (Red) is used as the chromatic color of the third pattern, and green (Green) is used as the chromatic color of the fourth pattern. In the other second display, blue (Blue) is used as the chromatic color of the third pattern, and yellow (Yellow) is used as the chromatic color of the fourth pattern. In the following, when these are distinguished, the one second display is indicated as “RG-type second display” and the other second display is indicated as “BY-type second display”.
このような第２表示における第３パターン及び第４パターンも、第１表示における第１パターン及び第２パターンと同様に、大きさが見かけで１０度となるように設定され、形状はモザイクパッチ構造を有する円形で設定される。各パッチの大きさは見かけで０．２度〜０．５度の範囲内でランダムに設定され、配置は互いのパッチが重ならないようにランダムに決定される。 Similar to the first pattern and the second pattern in the first display, the third pattern and the fourth pattern in the second display are set to have an apparent size of 10 degrees, and the shape is a mosaic patch structure. Is set in a circle with The size of each patch is set at random within the range of 0.2 to 0.5 degrees in appearance, and the arrangement is randomly determined so that the patches do not overlap each other.
また、本実施形態では、第２表示の夫々の色の輝度も所定の範囲内で変化させて彩色されている。本実施形態では、パッチ毎に、夫々のパターンの基本色（赤色、緑色、青色、黄色）から−２２．５、−１５、−７．５、７．５、１５、２２．５ｃｄ／ｍ２の内のいずれかの輝度逸脱が生じるように、明度の調整が行われる。どのパッチに輝度逸脱を行うかは、ランダムにより決定される。 Further, in the present embodiment, the luminance of each color of the second display is also colored within a predetermined range. In this embodiment, for each patch, the basic colors (red, green, blue, yellow) of each pattern are changed to −22.5, −15, −7.5, 7.5, 15, 22.5 cd / m 2. The brightness is adjusted so that any one of the luminance deviations occurs. Which patch is used for luminance deviation is determined randomly.
このような視覚オブジェクト（第１表示及び第２表示）は、下地（背景）を同じ色に統一すると好適である。本実施形態では、灰色で設定される。 In such visual objects (first display and second display), it is preferable to unify the background (background) into the same color. In this embodiment, it is set in gray.
図４及び図５には、本実施形態に係る表示制御部１０による視覚オブジェクトの表示に係るフローが示される。図４はメインルーチンであり、図５はサブルーチンである。また、図６にはサブルーチンにおける表示画面Ｇへの表示形態が示される。メインルーチンは、セッション１〜セッション５に分かれている。ここで、視覚オブジェクトは、所定の周期で点滅して表示される。セッション１〜セッション５は、夫々、視覚オブジェクトの点滅周期（明滅周波数）が異なる。具体的にはセッション１は周波数が２Ｈｚ、セッション２は周波数が３Ｈｚ、セッション３は周波数が４Ｈｚ、セッション４は周波数が５Ｈｚ、セッション５は周波数が１０Ｈｚに設定されている。 4 and 5 show a flow relating to display of a visual object by the display control unit 10 according to the present embodiment. 4 is a main routine, and FIG. 5 is a subroutine. FIG. 6 shows a display form on the display screen G in the subroutine. The main routine is divided into session 1 to session 5. Here, the visual object is displayed blinking at a predetermined cycle. Session 1 to session 5 have different blinking cycles (flashing frequencies) of visual objects. Specifically, the frequency of session 1 is 2 Hz, the frequency of session 2 is 3 Hz, the frequency of session 3 is 4 Hz, the frequency of session 4 is 5 Hz, and the frequency of session 5 is 10 Hz.
各セッションは、３０回の標準試行と５回の固視試行とで構成される。３０回の標準試行は、１０回の第１表示を表示する第１標準試行、１０回のＲ−Ｇ系第２表示を表示する第２標準試行、及び１０回のＢ−Ｙ系第２表示を表示する第３標準試行からなり、この時に表示画面Ｇを見たユーザ３の脳波が後述する脳波信号取得部２０により取得される。５回の固視試行は、表示画面Ｇに視覚オブジェクトのいずれかがランダムで決定され、表示される。この時、取得されるユーザ３の脳波は色覚判定用の電気信号から除外される。このような３０回の標準試行と５回の固視試行とが実行される順序はランダムで設定される。 Each session consists of 30 standard trials and 5 fixation trials. The 30 standard trials are the first standard trial displaying the first display of 10 times, the second standard trial displaying the RG system second display, and the 10th BY system second display. The brain wave of the user 3 who has viewed the display screen G at this time is acquired by the brain wave signal acquisition unit 20 described later. In the five fixation trials, one of the visual objects is randomly determined and displayed on the display screen G. At this time, the acquired brain wave of the user 3 is excluded from the electrical signal for color vision determination. The order in which 30 standard trials and 5 fixation trials are executed is set at random.
図５及び図６に示されるように、標準試行と固視試行とは、色順応期間表示、固視期間表示、刺激期間表示から構成される。色順応期間表示とは、表示画面Ｇには何も表示されず、ユーザ３の色覚を所定の色（例えば灰色）に順応させ、外乱の影響を打ち消すことを目的としたものである。この期間は２秒間設けられる。固視期間表示とは、表示画面Ｇに固視点（画面中央に表示される十字型のオブジェクト）を表示するものであり、ユーザ３に対して画面中央への注視を促すことを目的としたものである。この期間は０．５秒間設けられる。固視点は見かけで５度とし、黒色で作成される。刺激期間表示とは、固視点が表示されている表示画面Ｇの中央部に、上述した第１表示及び第２表示のいずれかを表示するものであり、この期間は５秒間設けられる。標準試行における刺激期間表示では黒色の固視点が表示され、固視試行における刺激期間表示では当該刺激期間表示が開始されてから２秒経過するまでは固視点は黒色で表示し、その後、固視点の色は黄色に変化される。このような固視点の色の変化に応じて、ユーザ３に手元の入力装置でボタンを押下してもらう。これにより、ユーザ３に対して視覚診断への集中を喚起することが可能となる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the standard trial and the fixation trial include a chromatic adaptation period display, a fixation period display, and a stimulation period display. The chromatic adaptation period display is intended to cancel the influence of the disturbance by displaying nothing on the display screen G and adapting the color vision of the user 3 to a predetermined color (for example, gray). This period is provided for 2 seconds. The fixation period display is for displaying a fixation point (a cross-shaped object displayed at the center of the screen) on the display screen G, and for the purpose of prompting the user 3 to pay attention to the center of the screen. It is. This period is provided for 0.5 seconds. The fixed viewpoint is apparently 5 degrees and is created in black. The stimulus period display is to display either the first display or the second display described above at the center of the display screen G on which the fixed viewpoint is displayed, and this period is provided for 5 seconds. In the stimulus period display in the standard trial, a black fixation point is displayed. In the stimulus period display in the fixation trial, the fixation point is displayed in black until 2 seconds after the stimulus period display starts, and then the fixation point is displayed. The color of is changed to yellow. In response to such a change in the color of the fixation point, the user 3 presses the button with the input device at hand. Thereby, it is possible to call the user 3 to concentrate on visual diagnosis.
図１に戻り、脳波信号取得部２０は、表示画面Ｇを見たユーザ３の脳波を、当該ユーザ３の頭部に付設した検出電極４０により電気信号として取得する。表示画面Ｇには、上述した第１表示と第２表示とが交互に表示される。表示画面Ｇを見たユーザ３の脳波とは、表示制御部１０により表示画面Ｇに表示された一連の第１表示及び第２表示を見た際のユーザ３の脳波をいう。本実施形態では、このような脳波を検出するために、検出電極４０がユーザ３の後頭部に付設される。本実施形態では、検出電極４０は、ユーザ３の後頭部における視覚野周辺の８箇所（国際１０−２０法によるＰ０Ｚ、Ｐ０３、Ｐ０４、Ｐ０７、Ｐ０８、０Ｚ、０１、０２）に付設される。視覚野とは、大脳皮質のうちで視覚に直接関係のある部分であり、後頭葉にある。検出電極４０は、ユーザ３が第１表示及び第２表示を見た際に視覚野から発せられる脳波を検出し易いように、後頭部に付設される。また、ユーザ３の頭部にＧＮＤ電極４１とＲＥＦ電極４２も付設される。 Returning to FIG. 1, the electroencephalogram signal acquisition unit 20 acquires the electroencephalogram of the user 3 viewing the display screen G as an electrical signal by the detection electrode 40 attached to the head of the user 3. On the display screen G, the first display and the second display described above are alternately displayed. The brain wave of the user 3 viewing the display screen G refers to the brain wave of the user 3 when viewing the series of first display and second display displayed on the display screen G by the display control unit 10. In the present embodiment, the detection electrode 40 is attached to the back of the user 3 in order to detect such an electroencephalogram. In the present embodiment, the detection electrodes 40 are attached to eight locations (P0Z, P03, P04, P07, P08, 0Z, 01, 02 according to the international 10-20 method) around the visual cortex in the occipital region of the user 3. The visual cortex is a portion of the cerebral cortex that is directly related to vision and is located in the occipital lobe. The detection electrode 40 is attached to the back of the head so that it is easy to detect an electroencephalogram emitted from the visual cortex when the user 3 views the first display and the second display. A GND electrode 41 and a REF electrode 42 are also attached to the head of the user 3.
ここで、脳波信号は信号の大きさが数μＶレベルである。そこで、信号処理を行い易くするために、脳波信号取得部２０により取得された脳波信号は生体アンプを用いて信号増幅（例えば１０６倍）される。増幅後の脳波信号は、所定のサンプリング周波数でアナログ−デジタル変換して記録される。このような脳波信号の取得及び処理は、表示制御部１０による表示と同期して行われる。 Here, the magnitude of the electroencephalogram signal is several μV level. Therefore, in order to facilitate signal processing, the electroencephalogram signal acquired by the electroencephalogram signal acquisition unit 20 is amplified (for example, 106 times) using a biological amplifier. The amplified electroencephalogram signal is recorded after analog-digital conversion at a predetermined sampling frequency. Such acquisition and processing of an electroencephalogram signal is performed in synchronization with the display by the display control unit 10.
図７には、セッション毎に取得された電気信号の一例が示される。このような電気信号は周波数分析が行われ、図８に示さるような平均周波数−パワースペクトル密度波形が取得される。図８に示されるような信号は、定常性視覚誘発電位（SSVEP： Steady State Visual Evoked Potential）信号と称される。本実施形態では、定常性視覚誘発電位の第２次ハーモニクス周波数成分（視覚オブジェクトの明滅周波数の２倍にあたる周波数に現れる成分であり、以下では「Ｆ２成分」と称する）の振幅に基づいて判定される。その理由は、定常性視覚誘発電位の基底ハーモニクス周波数成分（明滅周波数と等しい周波数に現れるＦ１成分）と第ｎ次（ただしｎ≧３）ハーモニクス成分（Ｆ４成分、Ｆ６成分）とは、多くの場合Ｆ２成分よりも振幅が小さく、且つ、表示画面Ｇにおける表示を変更しても大きな変化は現れないためである。 FIG. 7 shows an example of an electrical signal acquired for each session. Such an electrical signal is subjected to frequency analysis, and an average frequency-power spectral density waveform as shown in FIG. 8 is obtained. The signal as shown in FIG. 8 is referred to as a Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP) signal. In the present embodiment, the determination is made based on the amplitude of the second harmonic frequency component of the stationary visual evoked potential (a component appearing at a frequency corresponding to twice the blinking frequency of the visual object, hereinafter referred to as “F2 component”). The The reason is that the base harmonic frequency component of the stationary visual evoked potential (F1 component appearing at a frequency equal to the blinking frequency) and the n-th order (where n ≧ 3) harmonic component (F4 component, F6 component) are often used. This is because the amplitude is smaller than that of the F2 component, and even if the display on the display screen G is changed, a large change does not appear.
図９のＡ−Ｄは、予め色覚が異常でないと判っているユーザ３（以下、「色覚正常者」とする）から取得された定常性視覚誘発電位の振幅の一例が示される。図９は、縦軸が正規化したパワースペクトル密度であり。横軸は明滅周波数である。また、合せて標準誤差も示される。 9A to 9D show an example of the amplitude of the stationary visual evoked potential obtained from the user 3 (hereinafter referred to as “color vision normal person”) who has been known that the color vision is not abnormal in advance. FIG. 9 shows the normalized power spectral density on the vertical axis. The horizontal axis is the flicker frequency. In addition, the standard error is also shown.
色覚正常者１８名の定常性視覚誘発電位の振幅から演算した平均データが図９のＥに示される。図９に示されるように、色覚正常者から得られた定常性視覚誘発電位の振幅の特徴としてＲ−Ｇ系第２表示に対する定常性視覚誘発電-位の振幅が最も大きくなり、第１表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅が最も小さくなる。また、定常性視覚誘発電位の振幅は明滅周波数３Ｈｚもしくは４Ｈｚで最大となっている。 Average data calculated from the amplitudes of the stationary visual evoked potentials of 18 persons with normal color vision are shown in FIG. As shown in FIG. 9, the amplitude of the stationary visual evoked potential with respect to the RG system second display is the largest as a characteristic of the amplitude of the stationary visual evoked potential obtained from the color vision normal person, and the first display The amplitude of the stationary visual evoked potential is the smallest. The amplitude of the stationary visual evoked potential is maximum at the blinking frequency of 3 Hz or 4 Hz.
図１０のＡ−Ｄは、予め色覚が先天的に異常であると判っているユーザ３（以下、「先天的色覚異常者」とする）から取得された定常性視覚誘発電位の振幅の一例が示される。図１０のＡは２型２色覚者のデータであり、図１０のＢ及びＣは２型３色覚者のデータであり、図１０のＤは１型２色覚者のデータである。 10A to 10D show an example of the amplitude of the stationary visual evoked potential acquired from the user 3 (hereinafter referred to as “congenital color blind person”) whose color vision is known to be abnormal in advance. Indicated. A in FIG. 10 is data of a type 2 and 2-color person, B and C in FIG. 10 are data of a type 2 and 3 color person, and D in FIG. 10 is data of a type 1 and 2 color person.
図１０に示されるように、先天的色覚異常者から得られた定常性視覚誘発電位の振幅の特徴として、図９のＥと比べてＲ−Ｇ系第２表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅が大きく減退している。第１表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅を基準とした増加分の最大値は１３０−１６３％の範囲にあり、この値は色覚正常者のデータから得られた値（２８５％）の半分程度であった。一方、Ｂ−Ｙ系第２表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅は、色覚正常者の定常性視覚誘発電位の振幅と同等以上となっている。第１表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅を基準とした増加分の最大値は１６５−２１２％の範囲にあり、この値は色覚正常者のデータから得られた値（１６４％）の１．０〜１．３倍程度であった。 As shown in FIG. 10, the amplitude of the stationary visual evoked potential obtained from the congenital color blind person is compared with E in FIG. Has declined significantly. The maximum increment based on the amplitude of the stationary visual evoked potential for the first display is in the range of 130-163%, which is about half of the value (285%) obtained from the data of the normal color vision person. Met. On the other hand, the amplitude of the stationary visual evoked potential with respect to the BY system second display is equal to or greater than the amplitude of the stationary visual evoked potential of a person with normal color vision. The maximum value of the increase based on the amplitude of the stationary visual evoked potential for the first display is in the range of 165 to 212%, and this value is 1 of the value (164%) obtained from the data of the normal color vision person. It was about 0 to 1.3 times.
図１１のＡ−Ｄは、予め色覚が後天的に異常であると判っているユーザ３（以下、「後天的色覚異常者」とする）から取得された定常性視覚誘発電位の振幅の一例が示される。図１１のＡ及びＢは白内障者のデータであり、図１１のＣ及びＤは緑内障者のデータである。 11A to 11D show an example of the amplitude of the stationary visual evoked potential acquired from the user 3 (hereinafter referred to as “acquired color blind person”) whose color vision is known to be abnormal in advance. Indicated. A and B in FIG. 11 are data on a cataract person, and C and D in FIG. 11 are data on a glaucoma person.
図１１に示されるように、後天的色覚異常者から得られた定常性視覚誘発電位の振幅の特徴として、図９のＥと比べてＲ−Ｇ系第２表示及びＢ−Ｙ系第２表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅が小さくなっている。Ｒ−Ｇ系第２表示について第１表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅を基準とした増加分の最大値は１１２−１７５％の範囲にあり、この値は色覚正常者のデータから得られた値（２８５％）の半分程度であった。一方、Ｂ−Ｙ系第２表示について第１表示に対する定常性視覚誘発電位の振幅を基準とした増加分の最大値は１０６−１５８％の範囲にあり、この値は色覚正常者のデータから得られた値（１６４％）の半分から等倍程度であった。 As shown in FIG. 11, as a characteristic of the amplitude of the stationary visual evoked potential obtained from the acquired color blind person, the RG system second display and the BY system second display as compared with E in FIG. 9. The amplitude of the stationary visual evoked potential with respect to is small. For the RG system second display, the maximum value of the increase based on the amplitude of the stationary visual evoked potential relative to the first display is in the range of 112-175%, and this value was obtained from the data of the normal color vision person It was about half of the value (285%). On the other hand, the maximum value of the increase in the BY system second display based on the amplitude of the stationary visual evoked potential relative to the first display is in the range of 106-158%, and this value is obtained from the data of the normal color vision person. It was about half the same value (164%).
色覚判定部３０は、脳波信号取得部２０により取得された、第１表示に応じた第１電気信号と第２表示に応じた第２電気信号とに基づいて、ユーザ３の色覚が正常であるか否かを判定する。色覚判定部３０は、ユーザ３から得られた定常性視覚誘発電位の振幅に基づき特徴ベクトルを作成し、所定の特徴空間に写像して判定を行う。 Based on the first electrical signal corresponding to the first display and the second electrical signal corresponding to the second display acquired by the electroencephalogram signal acquisition unit 20, the color vision determination unit 30 has normal color vision of the user 3. It is determined whether or not. The color vision determination unit 30 creates a feature vector based on the amplitude of the stationary visual evoked potential obtained from the user 3, and performs determination by mapping it to a predetermined feature space.
図１２には、ユーザ３の一人から取得された定常性視覚誘発電位の振幅が示される。例えば、明滅周波数が３Ｈzの時の特徴ベクトルを作成する例を挙げて説明する。特徴ベクトルＦＶは２次元とし、(１)式のようにＦＶｘとＦＶｙとから構成される。
ＦＶ＝（ＦＶｘ，ＦＶｙ） ・・・（１）
ＦＶｘ＝ＳＳＶＥＰＲＧ−ＳＳＶＥＰＧ ・・・（２）
ＦＶｙ＝ＳＳＶＥＰＢＹ−ＳＳＶＥＰＧ ・・・（３）
FIG. 12 shows the amplitude of the stationary visual evoked potential acquired from one of the users 3. For example, a description will be given of an example of creating a feature vector when the blinking frequency is 3 Hz. The feature vector FV is two-dimensional and is composed of FVx and FVy as shown in equation (1).
FV = (FVx, FVy) (1)
FVx = SSVEPRG−SSVEPG (2)
FVy = SSVEPBY-SSVEPG (3)
ここで、ＦＶｘはＲ−Ｇ系第２表示によって得られた定常性視覚誘発電位の平均振幅ＳＳＶＥＰＲＧと、第１表示によって得られた定常性視覚誘発電位の平均振幅ＳＳＶＥＰＧとの差分である。また、ＦＶｙはＢ−Ｙ系第２表示によって得られた定常性視覚誘発電位の平均振幅ＳＳＶＥＰＢＹと、第１表示によって得られた定常性視覚誘発電位の平均振幅ＳＳＶＥＰＧとの差分である。このようなＦＶｘ及びＦＶｙは、夫々Ｒ−Ｇ系の色弁別能力及びＢ−Ｙ系の色弁別能力に対応するものとなる。 Here, FVx is the difference between the average amplitude SSVEPRG of the stationary visual evoked potential obtained by the RG system second display and the average amplitude SSVEPRG of the stationary visual evoked potential obtained by the first display. Further, FVy is a difference between the average amplitude SSVEPBY of the stationary visual evoked potential obtained by the BY system second display and the average amplitude SSVEPG of the stationary visual evoked potential obtained by the first display. Such FVx and FVy correspond to the RG color discrimination capability and the BY color discrimination capability, respectively.
このように演算された特徴ベクトルに基づき、ユーザ３の定常性視覚誘発電位の振幅変化を、特徴空間に写像する。すなわち、演算されたＦＶｘとＦＶｙとを用いて、対応する位置に特徴点をプロットする。本実施形態では、特徴空間は２次元であり、横軸はＲ−Ｇ系の色弁別能力を示し、縦軸はＢ−Ｙ系の色弁別能力を示す。 Based on the feature vector thus calculated, the amplitude change of the stationary visual evoked potential of the user 3 is mapped to the feature space. That is, feature points are plotted at corresponding positions using the calculated FVx and FVy. In the present embodiment, the feature space is two-dimensional, the horizontal axis indicates the RG color discrimination capability, and the vertical axis indicates the BY color discrimination capability.
図１３には、全てのユーザ３から得られた定常性視覚誘発電位の振幅データを用いて、明滅周波数毎にプロットして作成された特徴空間が示される。図１３では、色覚正常者と、先天的色覚異常者と、白内障を有する後天的色覚異常者と、緑内障を有する後天的色覚異常者とを分けてプロットしている。また、色覚正常者の平均も示される。図１３のＡ-Ｅは明滅周波数が夫々２、３、４、５、１０Ｈｚの時のデータを用いて作成された結果であり、図１３のＦは明滅周波数が３及び４Ｈｚの時のデータを用いて作成された結果である。また、図１３のＧは全セッションから得られた定常性視覚誘発電位の振幅データの平均値を用いて作成された結果である。 FIG. 13 shows a feature space created by plotting each blinking frequency using the amplitude data of stationary visual evoked potentials obtained from all users 3. In FIG. 13, a normal color blind person, a congenital color blind person, an acquired color blind person with cataract, and an acquired color blind person with glaucoma are plotted separately. In addition, the average of color vision normal persons is also shown. AE in FIG. 13 is a result created using data when the flicker frequency is 2, 3, 4, 5, 10 Hz, respectively, and F in FIG. 13 is data when the flicker frequency is 3 and 4 Hz. It is the result created by using. Moreover, G of FIG. 13 is the result created using the average value of the amplitude data of the stationary visual evoked potential obtained from all sessions.
図１３の全体を通して、色覚正常者はＲ−Ｇ系第２表示の色弁別能力が高い方に偏る傾向があり、色覚異常者はＲ−Ｇ系第２表示の色弁別能力が低い方に偏る傾向があることがいえる。この傾向は、図１３のＦやＧにおいて顕著である。よって、色覚判定部３０が、第１表示に応じた第１電気信号と第２表示に応じた第２電気信号とに基づいて、図１３のＦやＧのような特徴空間にプロットし、その結果によりユーザ３の色覚が正常であるか否かを判定することが可能となる。 Throughout the whole of FIG. 13, normal color-blind persons tend to be biased toward a higher RG-type second display color discrimination ability, and color-blind persons are biased toward a lower RG-type second display color discrimination ability. It can be said that there is a tendency. This tendency is remarkable in F and G in FIG. Therefore, based on the first electrical signal corresponding to the first display and the second electrical signal corresponding to the second display, the color vision determination unit 30 plots it in a feature space such as F or G in FIG. As a result, it is possible to determine whether or not the color vision of the user 3 is normal.
図１４には、本視覚診断装置１を用いて色覚が正常であるか否かを自動判定した結果が示される。単一のセッションによるデータを用いて色覚が正常であるか否かの自動判別を行った場合の判別率は最高で８４％であった（明滅周波数３Ｈｚ）。また、明滅周波数が３Ｈｚ及び４Ｈｚのデータを用いた際の判別率は９６．７％であった。更に、全セッションのデータを用いて行った場合の判別率は９８．９％であった。この結果から、本視覚診断装置１によれば、例えばスクリーニング目的で判別率として１００％が求められない場合には十分に利用できることがわかった。 FIG. 14 shows a result of automatically determining whether or not color vision is normal using the visual diagnostic apparatus 1. When automatic discrimination as to whether or not color vision is normal was performed using data from a single session, the discrimination rate was 84% at the maximum (flashing frequency: 3 Hz). In addition, the discrimination rate when using data with blinking frequencies of 3 Hz and 4 Hz was 96.7%. Furthermore, the discrimination rate when using the data of all sessions was 98.9%. From this result, it was found that the visual diagnostic apparatus 1 can be used sufficiently when, for example, 100% is not required as a discrimination rate for screening purposes.
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第１パターンと第２パターンとは異なるパターンで作成されるとして説明したが、第１パターンと第２パターンとは同じパターンとすることも可能である。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, the first pattern and the second pattern are described as being created as different patterns. However, the first pattern and the second pattern can be the same pattern.
上記実施形態では、視覚オブジェクト（第１表示及び第２表示）は、下地（背景）が灰色に設定されるとして説明したが、下地（背景）を灰色以外の色で構成することも可能である。 In the above-described embodiment, the visual object (first display and second display) has been described on the assumption that the background (background) is set to gray. However, the background (background) may be configured with a color other than gray. .
上記実施形態では、固視試行における刺激期間表示において当該刺激期間表示が開始されてから２秒経過するまでは固視点は黒色で表示し、その後、固視点の色は黄色に変化して表示されると説明したが、互いに別の色を用いて構成することも可能である。 In the above embodiment, the fixation point is displayed in black until 2 seconds have passed after the stimulation period display is started in the fixation period display in the fixation trial, and then the fixation point is displayed in yellow. However, it is also possible to configure using different colors.
上記実施形態では、第２表示が、赤色の第３パターン及び緑色の第４パターンからなる表示と、青色の第３パターン及び黄色の第４パターンからなる表示とからなるとして説明したが、第２表示は上記何れか一方のみを用いて構成することも可能である。また、第２表示として、上記実施形態とは異なる色や異なる色の組み合わせを用いて構成することも可能である。 In the above embodiment, the second display has been described as being composed of a display composed of a red third pattern and a green fourth pattern, and a display composed of a blue third pattern and a yellow fourth pattern. The display can be configured using only one of the above. Further, the second display can be configured using a color different from the above embodiment or a combination of different colors.
上記実施形態では、第１表示及び第２表示は、第１表示及び第２表示の夫々の色の輝度を所定の範囲内で変化させて彩色されているとして説明したが、第１表示及び第２表示は輝度を変化させずに彩色することも可能である。 In the above-described embodiment, the first display and the second display are described as being colored by changing the luminance of the colors of the first display and the second display within a predetermined range. The two displays can be colored without changing the luminance.
上記実施形態では、色覚判定部３０は、第１表示に応じた第１電気信号の振幅値と、第２表示に応じた第２電気信号の振幅値との差異をプロットして作成したマップに基づいて判定するとして説明したが、マップを用いずに例えば数値演算等により判定することも可能である。 In the above embodiment, the color vision determination unit 30 creates a map created by plotting the difference between the amplitude value of the first electrical signal corresponding to the first display and the amplitude value of the second electrical signal corresponding to the second display. Although it has been described that the determination is based on the determination, it is also possible to determine by numerical calculation or the like without using the map.
本発明は、ユーザの色覚を診断する視覚診断装置に用いることが可能である。 The present invention can be used in a visual diagnostic apparatus that diagnoses color vision of a user.
１：視覚診断装置
３：ユーザ
１０：表示制御部
２０：脳波信号取得部
３０：色覚判定部
４０：検出電極
Ｇ：表示画面
1: visual diagnostic device 3: user 10: display control unit 20: electroencephalogram signal acquisition unit 30: color vision determination unit 40: detection electrode G: display screen
Claims (4)
前記表示画面を見たユーザの脳波を、前記ユーザの頭部に付設した検出電極により電気信号として取得する脳波信号取得部と、
前記脳波信号取得部により取得された、前記第１表示に応じた第１電気信号と前記第２表示に応じた第２電気信号とに基づいて、前記ユーザの色覚が正常であるか否かを判定する色覚判定部と、
を備える視覚診断装置。 A first display that repeatedly displays the first pattern and the second pattern of gray base tone on the display screen, and a second display that repeatedly displays the third pattern of chromatic color and the fourth pattern of other chromatic color on the display screen, A display control unit that alternately performs,
An electroencephalogram signal acquisition unit that acquires an electroencephalogram of the user who viewed the display screen as an electrical signal by a detection electrode attached to the user's head;
Whether or not the color vision of the user is normal based on the first electrical signal corresponding to the first display and the second electrical signal corresponding to the second display acquired by the electroencephalogram signal acquisition unit. A color vision determination unit for determining;
A visual diagnostic apparatus comprising:
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| JP6614552B2 (en) | 2019-12-04 |
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