JP2019535401A - 視覚機能の臨床パラメータを統合的に測定するためのシステム - Google Patents

Abstract

シーン内の３Ｄオブジェクトのバーチャルな位置およびバーチャルな容積といった可変特徴を有する３Ｄオブジェクトを有するシーンを表すためのディスプレイユニット（２０）と、ユーザ頭部位置およびディスプレイユニット（２０）からの距離を検出するための動きセンサ（６０）と、ユーザ瞳孔位置および瞳孔径を検出するためのトラッキングセンサ（１０）と、シーン上のユーザインタラクションのためのインターフェース（３０）と、３Ｄオブジェクトの特徴バリエーションとともに、センサ（６０，１０）およびインターフェース（３０）から入ってくるデータに基づいて、および両眼視機能、遠近調節、眼球運動および視覚認知に関連する視覚機能の複数の臨床パラメータの推定に基づいて、ユーザ応答を分析するための処理手段（４２，４４）とを含む、視覚機能の臨床パラメータを統合的に測定するためのシステム。

Description

本発明は、視覚機能の臨床パラメータを測定するためのシステムおよび方法の分野に属する。より詳細には、本発明はこのタイプのパラメータを測定するために、バーチャルリアリティをイマーシブに使用する技法に関する。

現在、視覚機能のこのタイプの臨床パラメータを測定することは臨床専門家に、患者がいくつかの検査および視力表によって検査される診察を行うことを要求する。測定プロセスの個人的なおよび手動の構成要素は、主観的な、まず再現可能ではない、単に質的なだけの結果を提供することが多い。

他方で測定は、検査される視覚機能に基づいて独立して行われる。これは、他のファクターの影響が考慮されないがゆえに、結果を時に有効でないものにする。たとえば、患者は普通、その視覚機能における特定の異常または障害を、他の視覚機能の統合的な使用によって補償することが知られている。

要するに現在、患者の適応能力は考慮されず、それゆえに、実際の異常を補正するように意図された行為は、実際問題として、患者の視力の全体的な悪化という結果を生じ得る。さらに、患者の測定および検査は、それらを行う専門家の主観性によって影響され、それゆえに、得られる実験結果の再現可能性および一貫性を著しく制限する。

本発明は、眼の、眼球運動の、および視覚機能のパラメータを、好ましくはリアルタイムで、統合的に測定し、視覚機能改善のための療法および訓練を生成するためのシステムに関する。

この目的のために、ユーザの瞳孔の位置を検出するトラッキングセンサ、サイズ、形状、色、速度、等に関する所定の特性を有する３Ｄオブジェクトによってユーザのためにある特定のシーンを再現する三次元ディスプレイユニット（３Ｄ）が使用され、それらは、診察の一部として行われるべき検査のタイプに基づいて選択されている。動きセンサは、ディスプレイユニットがシーンを適合させ、それにイマーシブな特徴を提供できるように、ユーザの動きを検出する。

システムはまた、ユーザがインタラクトできるインターフェースを含む。特にインターフェースは、ディスプレイシステムとインタラクトするためのユーザからのコマンドを受信する。これらのコマンドは、多くの異なる手法で（制御ボタン、音声コマンド、グローブ、等によって）記録され得る。

システムはまた、ディスプレイユニット、センサおよびインターフェースを協調的に管理する処理手段を実装する。これにより、ディスプレイユニットにおいて生成された視覚刺激へのユーザの応答が、センサによって検出され、臨床パラメータを測定するための処理手段へと送信される。

本開示における重要なポイントは、ユーザとのインタラクションのための環境を生成することを可能にするバーチャルリアリティに基づいたテクノロジーにある。特に、探求されるものは、バーチャルな環境へと没入するための能力である。これは、ユーザにとって現実の状況と同様の状況、ゆえに所望の場合に何度でもその再現を可能にする状況を作り出すために特に興味深い。その目的のためにディスプレイユニットは、ユーザによって装着される動きセンサへと結合されることを要求される。いくつかの実施形態において、これは、バーチャルリアリティ眼鏡であってもよいし、他の例では３Ｄ画面および偏光眼鏡であってもよい。いずれにせよ、動きセンサとディスプレイユニットとを結合することにより、３Ｄ画像が、好ましくは視覚機能の評価、療法および訓練を適切に実行できるように６０°の最小視野で、表示されている前記バーチャルな環境に沿って動いているようにユーザに感じさせながら、すなわち、その中に没入しているように感じさせながら、人の動きまたは位置に適合させられて示されることが可能になる。上記を達成するために、セッションに関与する要素間の精確な協調が重要である。このようなわけで、ユーザはまず、ユーザがその中に没入するように意図される３Ｄバーチャルリアリティ環境に導入される。前記３Ｄ環境では、ユーザが目の焦点を合わせなくてはならない刺激としての役割を果たすように意図され、行われようとしている検査に関連する、「視力表」により、いくつかの３Ｄオブジェクトが表示されるであろう。

発明の可能な実施形態に係る簡略化されたブロック図である。 動いている３Ｄオブジェクトを有するシーンを見ている健康なユーザからの測定の例を示す図である。 動いている３Ｄオブジェクトを有するシーンを見ている健康なユーザからの測定の例を示す図である。 動いている３Ｄオブジェクトを有するシーンを見ている、機能不全を有するユーザからの測定の例を示す図である。 動いている３Ｄオブジェクトを有するシーンを見ている、機能不全を有するユーザからの測定の例を示す図である。 実施形態において実現される一般的なステップによる概要図である。

例示的で非限定的な実施形態が、先の図面を参照してさらに詳細に説明される。

図１は、いくつかの構成要素を含む、リアルタイムで視覚機能の臨床パラメータを統合的に測定するためのシステムを示す。ユーザの瞳孔の位置を定期的に検出するために使用されるトラッキングセンサ１０が存在する。それにより、方向の変化だけでなく速度もまた測定されることができる。一般的には、トラッキングセンサ１０は、診察において行われている特定の検査に基づいて複数のパラメータを測定することを可能にする。図２および図３は、発明のこの態様をさらに詳細に示す。たとえば、トラッキングセンサ１０は、右眼および左眼の位置についての値、ユーザが（両眼で、および別個に）見ているオブジェクトの位置、アイセンサの距離、瞳孔サイズ、瞳孔間距離、眼球運動の速度、等についての値を得ることができる。一般的には、測定動作を行うために、トラッキングセンサ１０は、ユーザの眼に焦点を合わせるように意図され、それらの動きおよび位置を取り込む、一対のカメラを備える。これは、眼の素早い動きを取り込むのに十分に高いサンプリング周波数を要求する。それはまた、ユーザが見ている生成されたバーチャルな環境内の位置を計算しなくてはならない。トラッキングセンサ１０は、正確な検眼測定に不可欠である。数多くの機能不全が、いくつかの刺激に対する眼球の異常な動きによって検出される。明確さの理由のために、図２および図３は、センサ１０、６０によって得られた測定値が、可能な機能不全を有するまたは有しないユーザの視覚条件にそれぞれどのように関連づけられるかの例を示す。

３Ｄ没入能力を有するディスプレイユニット２０は、サイズ、形状、色、シーンにおける場所、ユーザからの距離、静止しているか動いているか、等に関する所定の特性を有する３Ｄオブジェクトを含む深度特徴を有するシーンを、ユーザのために再現または投影する。３Ｄオブジェクトを含むこれらのシーンは、視力表としての役割を果たし、行われようとしている検査のタイプにしたがいシステムにおいて選択されることができ、それはユーザにおけるある特定の視覚刺激を生成することを可能にする。それゆえに、視覚機能の評価、療法または訓練のいずれかのために、異なる視覚課題および刺激を有する複数のシーンが、ユーザのために設計され得る。

システムはまた、ユーザインタラクションのためのインターフェース３０を含む。特に、インターフェースは、ディスプレイユニット２０およびシステムの他の要素を制御するためのユーザからのコマンドを受信する。インターフェース３０はまた、ユーザに検査のためのインストラクションを送信することができる。それゆえに、システムは、ユーザアクション（動き、３Ｄ環境における位置、ボタンの押圧、等）への応答を測定することができる。

システムはまた、好ましくはサーバ４２および端末４４として実現される、処理手段４０を含み、サーバ４２および端末４４は、ユーザからの視覚応答が、センサ１０によって検出され、視覚機能の臨床パラメータを測定するためのサーバ４２へと送信され得るように、ディスプレイユニット２０、センサ１０およびインターフェース３０の制御の管理を協調的に共有する。さらに、ディスプレイユニット２０は、表される３Ｄ画像の、ユーザの動きに応じた適合を可能にする。ディスプレイユニット２０は、（偏光眼鏡、等といった）分散システムを含み得る。

検査は、好ましくは３Ｄインターフェースを通じて開始される。具体的なシーンを視覚化する一方で、所与の時間にセンサ１０によって検出されたユーザ視覚刺激が、ディスプレイユニット２０においてその時間に表された３Ｄオブジェクトに関連づけられる。ユーザの瞳孔の位置のこれらの変化が検出され、動きセンサ６０によって検出されるユーザの頭部によって生まれる動きと組み合わせられる。動きセンサ６０とディスプレイユニット２０とを結合することは、３Ｄ画像を人の動きまたは位置に適合させながら示すこと、それらが視覚化している前記視覚環境中を実際に動いているかのようにユーザに感じさせること、すなわち、その中に没入しているかのように感じさせることを可能にする。

データが処理され、３Ｄオブジェクトの特性が、センサ１０、６０によって検出された生成された刺激に関連づけられる。これは、再現可能なおよび制御可能な状況下で視覚機能の臨床パラメータを測定することを可能にする。それゆえに、得られているデータの適切な処理により、ユーザの視覚動作、眼球運動、輻輳、等を知ることができる。また、視覚機能の臨床パラメータは、何らかの問題が存在するかどうかを判定するために、期待される範囲と比較され得る。

ディスプレイユニット２０における３Ｄオブジェクトの視覚化とともに、述べてきたように、トラッキングセンサ１０は、前記バーチャルリアリティ環境におけるユーザの視線をトラッキングする。トラッキングセンサ１０は、
−眼の位置（左右）
−各々の眼が（別個に）見ている場所
−ユーザが３Ｄ環境との組み合わせで両眼を使用することにより見ている場所
を記録する。

また同時に、ユーザがその時その時にしなければならないことを説明することにより彼らを誘導するためのインストラクションが示され得る。これらのインストラクションは、インターフェース３０によるテキストによるものであってもオーディオによるものであってもよい。前記インターフェース３０はまた、ディスプレイユニット２０によって表されているシーンからの３Ｄオブジェクトとインタラクトすることをユーザに可能にさせる。ユーザとのインタラクションはその瞬間に開始され、示されている刺激に対し与えられる応答、すなわち測定値が記録されなくてはならない。

ユーザのこれらの応答は、たとえば、とりわけ、
−デバイスの動き（空間における任意の方向）
−バーチャルリアリティ環境内のデバイスの位置
−デバイスのボタンの押圧
−音声コマンド
によるものであり得る。

上述された状況において、先のタスクのために、処理は好ましくはクライアント端末４４において行われるが、これらのタスクは、外部サーバ４２から提供されている（ダウンロードされている）。分散環境は、端末４４の技術的な要求を減じること、異なるユーザにおいて行われる検査の集中制御、統計データへのアクセス、等を可能にする。たとえば、最も重い演算および計算は、端末４４から処理ワークロードをオフロードして、サーバ４２において行われることができる。同様に、検査のために確立され得る特徴、すなわち、
−使用されるべきバーチャルリアリティ環境
−３Ｄオブジェクトおよびそれらの特徴（サイズ、距離、色、動き・・・）
−どのようなインストラクションをユーザに与えるべきか
−トラッキングセンサ１０によっていつ情報を取り込むべきか
−ユーザインターフェース３０によっていつ情報を取り込むべきか
−実行タスクの結果としてどのデータを記録および出力すべきか
は、サーバ４２から定義され得る。

記録されるべきデータに関しては、センサ１０、６０から、またインターフェース３０とのユーザによるインタラクションによって、入ってくるデータが存在する。

データのすべてのローカル処理が終了すると、これらはグループ化され、その記憶およびその後の分析のためにサーバ４２へと送られる。それゆえに、統計、新たな検査、リコメンデーション、療法、等が行われ得る。

たとえば、所与のパラメータのために得られた値が許容限界内であるかどうかが、サーバ４２において記憶された学術研究にしたがって確認され得る。他方で、新たなシーンが、検査がより悪い結果を提供した機能のいくつかを改善するための療法または訓練としての役割を果たすリコメンデーションとして設計され得る。

図２Ａおよび図２Ｂは、ユーザが２つの瞬間時間にシステムとインタラクトする例を示す。最初の瞬間ｔ＝ｔｉに、システムは、線路に沿って走る電車に対応するディスプレイユニット３０における３Ｄモデルを表す。

ユーザは、両方の時間瞬間に頭部の動き（Ｘｉｃ，ｙｉｃ），（Ｘｆｃ，Ｙｆｃ）およびディスプレイユニット２０との距離Ｄｉｃ，Ｄｆｃを記録するための動きセンサ６０を装着する。同様に、トラッキングセンサ１０は、両方の時間瞬間のユーザの瞳孔運動を記録し、両方の瞳孔の位置、右：（ｘｉ１，ｙｉ１，ｚｉ１），（ｘｆ１，ｙｆ１，ｚｆ１）；左：（ｘｉ２，ｙｉ２，ｚｉ２），（ｘｆ２，ｙｆ２，ｚｆ２）についてのより多くの情報を提供する。

他方で、ディスプレイユニット２０は、各々の時間瞬間での、２つの異なるバーチャルな位置（ｘｉｏ，ｙｉｏ，ｚｉｏ），（ｘｆｏ，ｙｆｏ，ｚｆｏ）における、および２つの異なる容積を有する、３ＤオブジェクトＶｉｏ，Ｖｆｏを表す。３Ｄオブジェクトの色といった他の特性は、診察において行われるべき検査に応じて変わり得る。

上記値の処理が行われる場合、ユーザの眼球がシーンにおける３Ｄオブジェクトの動きと適切に協調しているかがチェックされる。視覚動作は、健康な個人に対応する。

図３Ａおよび図３Ｂは、ユーザの視覚動作が刺激に対し適切に応答しない上記ケースを模式的に示す。図３Ａにおいて見られ得るように、ユーザは、関心のオブジェクト（Ｖ_ｉｏ）上に彼らの左眼の視覚軸（ｘ_ｉ２，ｙ_ｉ２，ｚ_ｉ２）を正しくアラインメントさせておらず、彼らの両眼視の抑制（斜視）を明らかにしている。このケースでは、ずれの角度（図３Ｂ）は、関心のオブジェクト（Ｖ_ｆｏ）を動かしても一定に保たれ、共同性状態を示し、すなわちそれは、視線の異なる位置における同一のずれの角度を有する。この情報は、状態の程度ならびに被験者の両眼視能を回復させるための視覚療法のリコメンデーションのタイプの程度を決定するのに極めて重要である。

明らかに、選ばれたシーンは単なる一例である。他の例は、出たり消えたりし続ける、異なる形状、色およびサイズの魚がいる水槽、車がユーザに近づいてくる道路、モグラがランダムに出てくる穴、等であってもよい。これらのシーンにおいてパラメータは、客観的に、また、（互いとの間の既存の影響を過小評価せずに）すべて一緒に、測定され得る。

図４は、検査のためのシステムの動作中のアクションの可能なシーケンスを簡潔に示す。第１のステップ５０において、ユーザの個人的な関連情報が記録される。好ましくは、導入されるデータは、性別、年齢、嗜癖、等であり、そのためにインターフェース３０が使用され得る。ユーザは、端末４４により、クライアントとしてサーバ４２に要求を行い、選択されている検査のタイプに関連づけられたアプリケーションがインストールされる。

ユーザはディスプレイユニット２０の前におり、インストラクションがユーザに対し、トラッキングセンサ１０を正しく配置するように、または動きセンサ６０にしたがってディスプレイユニットに対し適切な位置に座るように、インターフェース３０またはディスプレイユニット２０を通じて与えられる。続いて、ステップ５１で、選択されている検査に関連し、その特性が経時的にまたはユーザインタラクションにより変化する１つまたはいくつかの３Ｄオブジェクトを有する、シーンが表される。

ユーザおよびディスプレイユニットは、ステップ５２でインターフェース３０を通じてインタラクトする。一般的にユーザは、グラフィックスおよびオーディオの両方を使用して、検査中にインストラクションを与えられ得る。たとえば、インターフェース３０は、ディスプレイユニット２０において表されたシーン３０からの３Ｄオブジェクトとのユーザインタラクションをより容易にするための任意の要素を組み込むことができる。

センサ１０、６０はステップ５３で、シーンが再現されている間に値を検出する。これらのデータは、端末４４に最小遅延時間で送られなくてはならない。

端末４４は、取り込まれたデータを受信し、ステップ５４で視覚機能の臨床パラメータ値を得るためにそれらを前処理してサーバ４２に送る。

検査または異なる検査を有する診察が終了すると、端末４４は得られているデータを、その記憶およびさらなる処理のためにサーバ４２に送る。特に、パラメータは、ステップ５５でユーザプロフィールのための期待される範囲と比較される。

サーバ４２が得られているデータを処理すると、それは、ステップ５６でそれらを可能な機能不全に関連させる。

最後にサーバは、ステップ５７で機能不全を改善するための可能なリコメンデーションを生成し、得られている結果と一緒にそれらをユーザに示すために、それらを端末４４に送信する。

使用されている技術のおかげで、検査は、客観的かつ統合的に行われるだけでなく、カスタマイズされて行われ、それらは、異なる視覚機能不全、特に、関心のオブジェクトにわたる眼のアラインメントのための能力を抑制するもの（輻輳不全、開散過多、両眼転導不能）、または焦点を合わせる能力を抑制するもの（調節不全、調節過剰、調節不能）、または１つのオブジェクトから他のオブジェクトへと視線を移すこと（跳躍性眼球運動）もしくはオブジェクトの追跡（円滑性追跡眼球運動）もしくは我々の環境についての情報を特定および管理するために要求される視知覚能力の抑制の特定を可能にする。それらのすべては、（検査が行われた条件に基づくのみならず、各々のワーキングセッションの展開にも基づいて）カスタマイズされて、判定および訓練されることができる。他方で多くの種類の視覚化が同一のエクササイズのために提供されることができ、それは、日常の視覚要求へのより良好な適応、およびエクササイズへの関心および注意の維持を可能にする。

本発明は、機能不全を特定するのに有用であるのみならず、視覚刺激および課題によって健康なユーザの身体的および技術的な活動を訓練するためにも有用である、ということに注意すべきである。これは、スポーツする人および子供に直接的に応用されることができ、それは、特定の専門職（運転手、パイロット・・・）および愛好家（ミニチュア、エンターテインメントゲームを扱う能力・・・）の視覚要求の両方へと広げられることができる。

本開示の特徴の利点の１つは、必要なデバイスを収容するためにほんの小さなスペースしか要求されない点である、ということに注意すべきである。たとえば、ディスプレイユニット２０として構成された画面を使用する実施形態のために、あらゆるものが、処理手段４０の一部の要素としてのコンピュータと一緒に、テーブル上の、好ましくは５０ｃｍ〜１ｍのところに座っているであろうユーザから少し離れたところに置かれることができる。残りの要素は、ユーザの頭および手に装着される（制御デバイス、グローブ・・・）。ディスプレイユニット２０がＶＲ眼鏡である実施形態の場合には、要素はさらに少ない。

Claims (13)

1. 視覚機能の臨床パラメータを統合的に測定するためのシステムであって、
   シーンにおいて少なくとも３Ｄオブジェクトがユーザにおける視覚応答を促進するための可変特徴を有する前記シーンを表すように構成されたディスプレイユニット（２０）であって、前記可変特徴は、前記シーン内の前記３Ｄオブジェクトの少なくともバーチャルな位置（Ｘ_ｏ，Ｙ_ｏ，Ｚ_ｏ）およびバーチャルな容積（Ｖ_ｏ）を含む、ディスプレイユニット（２０）と、
   ユーザ頭部位置（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ）および前記ディスプレイユニット（２０）からの距離（Ｄ_ｃ）を検出するように構成された複数の動きセンサ（６０）と、
   ユーザ瞳孔位置（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）および瞳孔径（ｄ_ｐ）を検出するように構成された複数のトラッキングセンサ（１０）と、
   前記ユーザに前記シーン上でインタラクトすることを可能にさせるように構成されたインターフェース（３０）と、
   処理手段（４２，４４）であって、
   前記センサ（６０，１０）および前記インターフェース（３０）から入ってくるデータを、前記ディスプレイユニットにおいて表される前記３Ｄオブジェクトの特徴バリエーションに関連づけることと、
   ユーザ視覚機能の複数の臨床パラメータを推定することと
   に基づいて、前記ユーザ応答を分析するように構成された処理手段（４２，４４）と
   を備えることを特徴とする、システム。
2. 前記特徴は、所定のプログラミングにしたがって時間に応じて可変である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記可変特徴はまた、前記３Ｄオブジェクトの色を含む、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記特徴は、前記インターフェース（３０）による前記ユーザインタラクションに応じて可変である、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記インターフェース（３０）は、デジタルペン、グローブ、制御デバイス、等の少なくとも１つを備える、請求項４に記載のシステム。
6. 前記ディスプレイユニット（２０）は、３Ｄ画面を備える、請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記ディスプレイユニット（２０）は、バーチャルリアリティ眼鏡を備える、請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
8. 前記ディスプレイユニット（２０）は、分散システムを備える、請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
9. 前記処理手段（４２，４４）はまた、前記視覚機能の前記推定された臨床パラメータを記憶された基準値範囲と比較し、前記比較に基づいて、可能な視覚機能不全を確立するように構成される、請求項１から８のいずれかに記載のシステム。
10. 基準値範囲との前記比較は、少なくとも年齢情報を含むユーザプロフィールに基づいて実現される、請求項８または９に記載のシステム。
11. 前記処理手段は、クライアント端末（４４）およびサーバ（４２）を備え、前記クライアント端末（４４）は、センサ（１０，６０）によって測定されたデータを受信および処理し、それらを前記サーバ（４２）に送るように構成される、請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。
12. 前記サーバ（４２）は、値を基準値を有するデータベースと比較するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記臨床パラメータの前記視覚機能は、両眼視機能、遠近調節、眼球運動または視覚認知の少なくとも１つに関する、請求項１から１２のいずれかに記載のシステム。