JP2022529730A - Ｍｒｉスキャナ対応仮想現実システム - Google Patents
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Abstract
態様及び実施形態が、ＭＲＩスキャナボア内に配置可能なユーザ機器を含むＭＲＩスキャナ対応仮想現実システムを提供し、ユーザ機器は、対象者に没入型仮想環境を提供するように構成され、システムは、対象者の目の動きを追跡するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに含み、対象者と没入型仮想環境の相互作用が、追跡された目の動きによって制御される。ＶＲ対象者の動的な動きに通常依存するＶＲ技術を用いて、ＭＲＩスキャナボア内に配置される対象者の最小運動の維持を支援することができるということを認識している方法で、態様及び実施形態を実装することができる。実施形態は、対象者の落ち着きを増し、その物理的環境の認識を低下させることができ、したがって研究中の対象者が経験する苦痛、退屈及び／又は欲求不満を最小化しようとしながら、ＭＲＩ画像取得を成功させることが可能になるようなものとすることができる。
Description
本発明の態様は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ，Magnetic Resonance Imaging）スキャナ対応仮想現実（ＶＲ，virtual reality）システム、より具体的には、そうでない場合ＭＲＩスキャナの使用及びＭＲＩスキャナの対象者に課せられる制約を大変又は困難と思う対象者に関して画像取得の成功を支援することができる仮想現実システムに関する。
磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、例えば、人体の内部で起こる解剖学的構造及び生理学的プロセスの画像の取り込みを可能にする臨床画像化技術である。ＭＲＩスキャナは、強い磁場、磁場勾配及び無線周波数磁場を用いて、解剖学的構造及び体内で起こるプロセスの画像を生じさせる。
典型的なＭＲＩスキャナは、比較的小さくて狭いスキャナボアを有する。スキャナボアは、ＭＲＩスキャナに配置された対象者を研究するために強い磁場が生成される領域である。
対象者は、ＭＲＩスキャナに配置されることを心配に思う可能性がある。大人の場合、このような心配は、例えば、閉所恐怖症及び／又は混乱又は認知症に苦しむことに起因している可能性がある。子供もスキャニングの前及び最中に不安になることがある。
ＭＲＩスキャナ内に配置された対象者から鮮明で有用な画像を得るため、スキャンプロセスの間、対象者は実質的に静止していなければならない。全身麻酔薬を用いて幼い子供のスキャンを可能にすることは珍しくない。
上に挙げた問題のいくつかを緩和又は軽減するのに役立つことができるＭＲＩスキャナで用いるためのシステムを提供することが望まれる。
したがって、第１の態様が、ＭＲＩスキャナコイル内に配置可能なユーザ機器を含むＭＲＩスキャナ対応仮想現実システムを提供し、ユーザ機器は、対象者に没入型仮想環境を提供するように構成されており、システムは、対象者の目の動きを追跡するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに含み、対象者と没入型仮想環境の相互作用が、追跡された目の動きによって制御される。
いくつかの実施形態において、システムは、対象者に没入型仮想環境を提供するように構成され、これは、全体的な物理的動きを介した対象者と仮想環境の相互作用を軽減、最小化及び／又は防止するように選択された視覚及び音声入力を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、対象者に没入型仮想環境を提供するように構成され、これは、目の動きのみを介した対象者と仮想環境の相互作用を促進するように選択された視覚及び音声入力を含む。
いくつかの実施形態において、ユーザ機器の要素が、ＭＲＩスキャナコイル内の磁場に影響を及ぼさない材料から構築される。
いくつかの実施形態において、磁気的又は電気的に破壊的であるＶＲシステムの要素が、スキャナコイルの外側に配置される。いくつかの実施形態において、ＶＲシステムの提示のための要素が、スキャナボア内に配置可能となる対象者とともに存在する。提示のための要素は対象者と一緒に移動して、システムによって生成された没入型ＶＲ体験をスキャナの外側で開始させ、対象者が磁気スキャナから除去されるまで検査のすべての要素を通して中断することなく継続させる。
いくつかの実施形態において、没入型仮想環境の提供のための視覚入力は、プロジェクタ及び１又は２以上のミラーを含む光学システムを介してスキャナコイルの外側から対象者へ中継される。
いくつかの実施形態において、対象者の目の動きを追跡するように構成された少なくとも１つのセンサは、ユーザ機器の一部を形成する少なくとも１つのカメラを含み、カメラは、スキャナコイルの使用によって取り込まれたＭＲＩ画像における電磁干渉を軽減するように選択されたユーザ機器に配置された対象者からの距離を置いてユーザ機器上に配置される。
いくつかの実施形態において、仮想現実環境を作成するために要求される処理デバイスが、スキャナコイル又はボアの外側に配置される。
いくつかの実施形態において、ユーザ機器は、スキャナコイル又はボア内に収まるように寸法が決められている。
いくつかの実施形態において、仮想現実システムの１又は２以上の要素が、ＭＲＩスキャナから取り外し可能に分離できる。
いくつかの実施形態において、対象者と没入型仮想環境の相互作用が、追跡された目の動きによって主に制御される。
いくつかの実施形態において、ユーザ機器は、ユーザ機器内に配置されて、対象者の頭の動きを制限する、１又は２以上のリミッタを含む。
いくつかの実施形態において、追跡された目の動きは、瞳孔追跡を介して達成される視線推定を含む。
いくつかの実施形態において、追跡された目の動きは、変形可能な目の形状追跡を含む。
いくつかの実施形態において、追跡された目の動きは、頭部姿勢補正を含む瞳孔追跡を含む。
いくつかの実施形態において、追跡された目の動きは、センサによって得られた画像から、対象者の頭の動きを判定することを含み、システムは、判定された頭の動きを用いて、ＭＲＩスキャナによって得られたＭＲＩ画像を修正又は補正するように構成されている。
いくつかの実施形態において、対象者の頭部姿勢の変化が、センサによって取り込まれた対象者の目の１又は２以上の画像から判定された目の端の変位に基づいて推定され、この変化が運動修正を提供するために用いられる。
いくつかの実施形態において、システムは、対象者に相互作用型視線ターゲットを提供して、対象者のフィードバックを提供し、ターゲットとの全体的な関与を改善するように構成されている。
いくつかの実施形態において、相互作用型視線ターゲットは、対象者の視線が視線ターゲットと接触したままであると判定されている間に変化又は進化するアイコンを含む。
いくつかの実施形態において、没入型仮想環境は、対象者が経験する物理的環境と一致している。
いくつかの実施形態において、ユーザ機器は、仮想環境の一部を形成する聴覚景観がスキャナコイル内の聴覚景観の主要要素を含むようにシステムに入力を提供するように構成された音響センサを含む。
いくつかの実施形態において、ユーザ機器は、仮想環境の一部を形成する視覚景観がスキャナコイル内の対象者が経験する運動と一致するようにシステムに入力を提供するように構成された１又は２以上のモーションセンサを含む。
いくつかの実施形態において、システムは、スキャナコイルの外側にいる者についての情報をシステムに提供するように、そしてその者の表現を仮想環境内へ挿入して対象者と相互作用するように構成された音響及び画像センサを含む。
本発明のさらなる一態様が第１の態様の装置の使用の方法に関することが理解されよう。特に、ＭＲＩスキャナコイル内にユーザ機器を配置することによってＭＲＩスキャナ対応仮想現実システムを提供することに関し、上記ユーザ機器は、対象者に没入型仮想環境を提供するように構成され、この方法は、上記対象者の目の動きを追跡するように少なくとも１つのセンサを構成するステップと、対象者と没入型仮想環境の相互作用が対象者の追跡された目の動きによって制御される構成を提供するステップと、をさらに含む。
第１の態様に関して説明した装置特徴に対応する方法ステップを提供することができる。
さらなる特定の好ましい態様が添付の独立及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、適宜、請求項に明示的に記載されているもの以外の組み合わせで、独立請求項の特徴と組み合わせることができる。
装置特徴が機能を提供するように動作可能であるとして説明される場合、これは、その機能を提供する、又はその機能を提供するように適合又は構成されている装置特徴を含むということが理解されよう。
次に、添付の図面を参照して、本発明の実施形態をさらに説明する。
１つの可能な構成において用いるために考案された光学投影システムを示す。
ＶＲシステムの一部を形成するユーザ機器を示し、そのユーザ機器はスキャナボア内に配置可能である。
視線追跡のための較正プロセスの主要構成要素を概略的に示す。
主な目印と較正データが重ねられた、典型的な目の画像を示す。
対象者がＭＲＩスキャナボア内へ配置されるところを示す。
一構成に従ってＭＲＩスキャナボアにおける対象者に提供される仮想環境の視覚要素のスクリーンショットを示す。
ＶＲシステムの一部を形成する代替のユーザ機器を、ＭＲＩスキャナボア内に配置可能なヘッドセットの形で示す。
図７に示すもののようなユーザ機器の内部構造を形成する主要構成要素のいくつかの等角図である。
上記のように、多くの大人が、スキャンされるためにＭＲＩスキャナに配置されるプロセスを心配な出来事と考える。これは、その大人が閉所恐怖症であれば、又は混乱若しくは認知症に苦しんでいれば特に顕著になる可能性がある。多くの子供もＭＲＩスキャニングの前及び最中に不安になり、全身麻酔薬、又は鎮静剤を用いて対象者のスキャンを可能にすることは珍しくない。麻酔の使用には関連するリスク及びコストがあることが理解されよう。これらの課題に対処する既知の方法は年齢によって異なる。約２歳まで、自然睡眠中に子供をスキャンすることが可能である。乳児が年長になるにつれて、画像化が夜間に向かって移動しなければならず、最終的には深夜にスキャンして自然睡眠の画像化の年齢範囲を拡大する。子供が年長になりすぎて自然睡眠がＭＲＩ画像化を成功させる信頼できるメカニズムにならなくなると、再度スキャニングの拡大を可能にするのに十分に成熟するまで選択肢が限定される。５歳頃から、映画又は他の気を散らす素材を見せて妥当な検査期間を達成することが可能になるが、これは部分的に成功するのみである。
同様に、ＭＲＩスキャナ内の対象者の動きを落ち着かせて最小化するのを支援するという意図で、スキャナボア内にいる間、大人に落ち着いた画像を見せるシステムが知られている。このようなシステムは通常、周辺視野の手がかりを除去することがなく、これらのキュアにより対象者が自分のいる場所を思い出す可能性があり、これは苦痛につながることがある。
完全にＭＲＩに対応し、完全に没入型の仮想現実システムをＭＲＩスキャナボア内の対象者に提供することができる構成を実装することができる。このようなシステムは、例えば、ＭＲセーフ視覚表示システム、完全な頭の動きの必要性なく対象者が仮想環境と相互作用し、したがってスキャナボア内の対象者のある程度の静止を維持し、限定されたスペースのスキャナボア内での頭の動きの必要性を除去することが可能になるアイトラッキングを含む、様々な構成要素及び機能を含むことができる。対象者からの持続的な視線が較正のため及びＶＲ環境内の選択肢の選択を制御するために用いられ、目の動きを用いてゲームを直接制御し、他のタスクを実行する能力を、アイトラッキング及び適切なアイトラッキングアルゴリズムによって提供することができる構成を実装することができる。アイトラッキングは有用な神経科学／臨床評価ツールを提供することができ、ＭＲＩ運動補正のために対象者の頭の予期されるトラッキングを提供するために用いることができるということも理解されよう。このような追加特徴は、以下でより詳細に説明する。いくつかの構成は、ＭＲＩスイートの外側にいる第２の当事者が、スキャナにおける対象者に提供されている没入型仮想環境内でのように、その対象者と相互作用することができる直接ビデオ注入能力を提供することができる。同様に、いくつかの構成は、対象者がその第２の当事者と及び／又はＭＲＩスキャナオペレータと通信することを可能にする双方向音声通信を提供することができる。いくつかの構成は任意選択のハンドトラッキングを提供することができ、したがってＶＲ世界への運動入力の提供を可能にし、そして対象者が仮想環境における没入感を高めることを可能にするとともに、神経科学及び／又は臨床実験という目的のために小さな運動タスクを実行することが潜在的に可能になる。ＭＲＩスキャナ又はスキャナボアに入る前に、対象者を配置することができる完全に没入型のＭＲＩ対応ＶＲシステムを提供する構成を実装することができる。ＭＲＩスキャナボア内にいる間に対象者に提供される仮想環境において、第２の当事者、例えば、親が対象者に加わることを提供する構成を実装することができる。
一般に、ＶＲ対象者の動的な動きに通常依存するＶＲ技術を用いて、ＭＲＩスキャナボア内に配置される対象者の最小運動の維持を支援することができるということを認識している構成を実装することができる。実施形態は、ＭＲＩスキャナボア内の対象者の落ち着きを増し、その物理的環境（小さなスキャナボア内）の認識を低下させることができ、したがって対象者が経験する苦痛、退屈及び／又は欲求不満を最小化しようとしながら、より成功した画像取得を可能にするようなものである。
完全に没入型且つ相互作用型体験を対象者に提供するＭＲＩ対応ＶＲシステムを提供する方法で構成を実装することができる。構成は、目の動きによる制御、第三者アバターを導入する能力を提供することができ、スキャンされる対象者がスキャナのボアに入る前にシステムを用い、したがってそれらを画像取得のために行われているいかなる準備からも気をそらすことができるように実装することができる。
特定の特徴をより詳細に説明する前に、アプローチの全般的な概要及び可能な構成を提供する。
ＶＲシステムとＭＲＩスキャナの適合性を達成することは困難である。ｆＭＲＩのような用途では、静磁場の局所的な歪みを回避することが非常に望ましい。構成は、スキャナボア内の磁気環境を乱すことを回避し、ＶＲ環境とのスキャン対象者の主要なインターフェイスとしてアイトラッキングを用いる非侵入型ＭＲ対応ＶＲシステムを開発することが可能であることを認識している。いくつかのアプローチは、視線に基づくＶＲコンテンツとの動的な相互作用を含め、ＶＲ世界をＭＲＩシステムに取り込むことができる。
ＭＲＩスキャナ環境におけるＶＲ
仮想現実（ＶＲ）技術は、例えば、１時間以上続くことがあるスキャンプロセス中にスキャナにいる対象者が経験する不安を低減する可能性を有する没入型相互作用型シミュレーション環境を提供することができる。ＶＲゲーミング業界は活況を呈しているが、臨床環境における使用が意図されたデバイスは比較的粗雑なままである。
仮想現実（ＶＲ）技術は、例えば、１時間以上続くことがあるスキャンプロセス中にスキャナにいる対象者が経験する不安を低減する可能性を有する没入型相互作用型シミュレーション環境を提供することができる。ＶＲゲーミング業界は活況を呈しているが、臨床環境における使用が意図されたデバイスは比較的粗雑なままである。
ＭＲＩスキャナ環境内でＶＲ技術を用いることに関して様々な課題が発生する。これらの課題は、例えば、電子機器を、機器及び画像化が損なわれないような方法で強い磁場に配置することを含む。ＭＲＩスキャナとの適合性を達成することは困難であり、ｆＭＲＩのような用途では、静磁場の局所的な歪みを回避することが非常に望ましい。対象者に提供されるＶＲ環境と相互作用したいという願望によって、さらなる課題が提示される。多くのＶＲシステムにおいて、没入感は対象者の動き、例えば、頭の動き及び頭の動きの追跡に依存して、提示されている視覚シーンの対象者による能動的な制御を作成する。小さなスキャナボア内で対象者の動きを促進することは、ＭＲＩ用途にとって明らかに望ましくない。結果的に得られる画像は鮮明さを欠くことになり、ボア内での対象者の大きな物理的動きは単純に可能でない。ＶＲシステムの目の制御は限定された運動のシナリオにおいて実行可能な代替手段のように思われることがあるが、堅牢な目の制御を達成することにおける１つの課題は、頭の動きのために修正する必要性であり、これは通常、対象者の顔全体の遮られない見え方を得ることによって達成される。このような見え方は通常、標準のＭＲＩスキャナヘッドレシーバコイル内で得ることが可能でない。
構成は、スキャナ内の磁気環境を乱すことを回避し、主要なインターフェイスとしてアイトラッキングを用いて対象者の動きを最小化しながら、ＶＲ環境の制御を可能にする非侵入型ＭＲ対応ＶＲシステムを提供しようとしている。
構成は、対象者に提供されているＶＲ環境を制御するために対象者が頭又は体の動きを用いないＶＲシステムを対象者に提供する。目の動き及びアイトラッキングを用いる市販のゲーミングシステムが利用可能であり得るが、これらの目の動きは通常、全体的な動き、又はＶＲ環境との全体的な相互作用を判定するのではなく、対象者が向いている方向を判定するために用いられる。換言すると、ほとんどのＶＲシステムは、手の振り、頭の追跡、姿勢などのような全体的な運動の動きを追跡して、対象者と仮想環境の主要な相互作用を促進し、アイトラッキングは、相互作用の主要又は唯一の手段として用いられるのではなく、その相互作用を改善するために用いられる。構成は、目の動き／アイトラッキングのみを用いて対象者と仮想環境の相互作用を制御するＶＲシステムを提供することができる。したがって、構成は、例えば、対象者がＭＲＩスキャナボアに配置されているため、対象者の体の物理的運動が制約されている場合に、ＶＲ環境を制御してこれと相互作用するメカニズムを提供する。
ＭＲＩスキャナ適合性
ＭＲＩスキャナ内のイメージングフィールドの乱れを実質的に回避するため、様々な技術を採用することができる。例えば、スキャナボア内に配置されるＶＲシステムの要素は、磁気的又は電気的に破壊的な材料を含まないように選択することができ、及び／又は磁気的又は電気的に破壊的でありそうな材料は、ボア内で遮蔽又は構成して磁気的及び電気的破壊を最小化することができる。特に、ボア内に、ＬＣＤスクリーンのような、アクティブな表示装置を提供するのではなく、対象者への視覚入力は、投影及びミラーを介して提供することができる。同様に、目の動きを追跡するという目的で用いられる、カメラのような、１又は２以上のセンサを対象者から十分な距離を置いて配置して、取り込まれるＭＲＩ画像における電磁干渉を軽減することができる。このようなカメラも、電磁干渉を回避するために遮蔽されるＭＲＩ対応カメラを含むことができる。
ＭＲＩスキャナ内のイメージングフィールドの乱れを実質的に回避するため、様々な技術を採用することができる。例えば、スキャナボア内に配置されるＶＲシステムの要素は、磁気的又は電気的に破壊的な材料を含まないように選択することができ、及び／又は磁気的又は電気的に破壊的でありそうな材料は、ボア内で遮蔽又は構成して磁気的及び電気的破壊を最小化することができる。特に、ボア内に、ＬＣＤスクリーンのような、アクティブな表示装置を提供するのではなく、対象者への視覚入力は、投影及びミラーを介して提供することができる。同様に、目の動きを追跡するという目的で用いられる、カメラのような、１又は２以上のセンサを対象者から十分な距離を置いて配置して、取り込まれるＭＲＩ画像における電磁干渉を軽減することができる。このようなカメラも、電磁干渉を回避するために遮蔽されるＭＲＩ対応カメラを含むことができる。
仮想現実環境を作成及び維持するために要求される処理デバイス（コンピュータなど）をスキャナボアの外側に配置することができる。対象者に体験を提供するために必要なシステムの要素は、スキャナボア内に収まるように寸法を決めることができる。スキャナボアの外側にいる間に対象者をスキャナテーブル上に配置してＶＲ環境に没入させることができるよう、対象者に体験を提供するために必要なシステムの要素は、ＭＲＩスキャナから切り離し可能とすることができる。いくつかの構成において、ユーザ機器は、スキャナヘッドコイル、ＲＦコイル、又はスキャナボアの中又は周囲に適合するように寸法が決められている。システムが別のコイル、例えば、心臓検査用のコイルでスキャンされるように、構成を実装することができる。いくつかの構成により、対象者がＭＲＩスキャナ内に配置されているどのような場合でも、ユーザ機器が没入型の視野を提供することが可能になり得る。すなわち、頭、又は対象者の体の他の構成要素がＭＲＩスキャナによって画像化されているかどうかに関係なく、没入型環境を提供することができる。頭部スキャンに関して、ユーザ機器及び他の構成要素が画像化を妨害しないように、いくつかの構成が実装される。すなわち、それらはＶＲシステムが画像化に用いられる磁場を妨害しないように提供される。スキャナ内の磁場を用いて頭から離れた対象者の体の一部（例えば、胴体、又は下肢）を画像化する場合に関して、対象者の頭で提供されるＶＲシステムが画像化に必須の場を妨害しないように保証することは、頭が画像化されている場合より簡単であり得る。
図１は、１つの可能な構成において用いるために考案された光学投影システムを示す。デスクトップコンピュータ及びデジタルプロジェクタ（図示の例において、Aaxa Technologies社、HD Pico）が、ＭＲＩスキャナが収容されている部屋の外側に配置されている。このような構成により、電気的干渉を引き起こすことなく、刺激提示のラピッドプロトタイピングが可能になる。標準のプロジェクタレンズが、オープン導波路を通して投影するように構成された、Kodak Ektapro Selectの８７～２００ｍｍのズームレンズと置き換えられている。非磁性スタンド上に取り付けられた２つのフロントシルバーミラーが、プロジェクタビームをＭＲＩスキャナボアに向けるように構成されている。３Ｄ印刷されたプラスチックデバイスが、Philips社の３２チャンネルヘッドコイルと正確に一致するように構成され、透過状態で見ることができるディフューザスクリーン用のホルダ及び透明なアクリルリフレクタを含むように構成されている。図示の構成において、調整可能なホルダ上に取り付けられた２台のオンボードのMRC 12M-IのＩＲ－ＬＥＤカメラからのライブビデオを用いてアイトラッキングを達成することができる。ライブビデオからの画像を評価してライブビデオから対象者の視線方向を推測することができる。ＶＲシステムプロセッサは、仮想環境との対象者の相互作用のために視線データを制御信号に変換するように構成することができる。図１に示すシステムは、Unityゲームエンジンを用いて開発され、この構成により、OpenCV及びディープラーニングライブラリ（Dlib及びTensorflow）に基づく追跡システムが提供される。
図１のシステムは、典型的なｆＭＲＩプロトコルから取ったパラメータでフィールドエコープラナーイメージング（ＥＰＩ，echo planar imaging）を用いて球形ファントム及び通常のボランティアを画像化し、ＳＮＲ及び幾何学的歪みの変化をチェックすることによって、3T Philips Achievaシステム上でのＭＲＩ適合性についてテストした。図１に示す完全なシステムを設置してもしなくても、ＳＮＲ又は幾何学的歪みに検出可能な変化はなかった。
図２は、ＶＲシステムの一部を形成するユーザ機器２００を示し、そのユーザ機器はスキャナボア内に配置可能である。図２に示すように、ユーザ機器２００は、典型的なＭＲＩスキャナヘッドコイル上に配置することができる。ユーザ機器２００をＭＲＩスキャナヘッド装置と一体的に形成することができる構成を提供することができる。ユーザ機器２００は、ＭＲＩスキャナの残りから取り外し可能に分離することができ、ＭＲＩスキャナへ入る前にＶＲ環境を対象者に提供することが可能になる。
アイトラッキング
スキャナボア内に配置された対象者が仮想環境と相互作用するメカニズムを提供するため、全体的な運動の動きを促進しないが、視線制御を可能にするアイスキャニング技術を、それらが主要対象者入力として作用するように実装することができる。スキャナボア内に配置可能なユーザ機器の一部としてカメラが提供されるような構成にすることができるということが理解されよう。これらのカメラは、実質的にこれらの視野全体が対象者の目の画像によって占められるように配置することができる。カメラは、スキャナヘッドコイルの外側に配置し、これらが画像化性能を損なわないように配置することができる。画像化されている対象者に非常に近く配置されるレンズのような通常物理的な物体により、ｆＭＲＩ及び拡散画像において信号のドロップアウト及び／又は歪みが引き起こされる可能性があることが理解されよう。
スキャナボア内に配置された対象者が仮想環境と相互作用するメカニズムを提供するため、全体的な運動の動きを促進しないが、視線制御を可能にするアイスキャニング技術を、それらが主要対象者入力として作用するように実装することができる。スキャナボア内に配置可能なユーザ機器の一部としてカメラが提供されるような構成にすることができるということが理解されよう。これらのカメラは、実質的にこれらの視野全体が対象者の目の画像によって占められるように配置することができる。カメラは、スキャナヘッドコイルの外側に配置し、これらが画像化性能を損なわないように配置することができる。画像化されている対象者に非常に近く配置されるレンズのような通常物理的な物体により、ｆＭＲＩ及び拡散画像において信号のドロップアウト及び／又は歪みが引き起こされる可能性があることが理解されよう。
ＭＲＩスキャナヘッドコイルにおいては対象者の頭の運動が比較的制限されるため、構成による目及び視線のスキャニング技術は、対象者の頭の全体的な動きを考慮する、又は修正する必要性ではなく、主に目の動きに焦点を当てることができる。いくつかの構成は、対象者の目の画像を用いて頭の動きを判定することができるようなものとすることができる。次いでその頭の動きを用いて、得られたＭＲＩ画像を修正又は補正することができる。
いくつかの構成は、主要アイトラッキングに追加される手段を介して制御及び仮想環境との相互作用を追加する手動ボタンなどを提供することができる。このようなコントローラは、例えば、ボタン、ジョイスティック及び／又は小さな手のジェスチャーの追跡を含むことができる。
図３は、視線追跡のための較正プロセスの主要構成要素を概略的に示す。いくつかの構成によれば、各目についての６目印形状記述子に基づく変形可能な目の形状追跡と組み合わせて頭部姿勢補正を達成する瞳孔追跡によって視線推定が達成される（Kazemi, Vahid, and Josephine Sullivan. "One millisecond face alignment with an ensemble of regression trees." Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2014）。図３に設定した目印を用いて適応性のある密度ベースの瞳孔追跡アルゴリズムの適用をガイドする。瞳孔－目－端（の特徴ベクトルが、スクリーンスペース較正手順の後、スクリーン上の注視点上へ回帰する。頭部姿勢の変化を目の端の変位から推定し、運動修正を提供するために用いることができる。いくつかの構成は、対象者のフィードバックを提供してターゲットとの全体的な関与を改善する相互作用型視線ターゲットを提供する。例えば、相互作用型視線ターゲットは、対象者の視線がターゲットと接触したままである間に変化又は進化するアイコンを含むことができる。一貫した視線パターンに基づいて継続的且つ即座に自明なフィードバックが対象者に提供される、このような構成は、視線制御が仮想環境との対象者の相互作用のための主要入力であるＶＲシステムの使用を支援することができる。
図３は、主な目印と較正データが重ねられた、典型的な目の画像を示す。一人の対象者についての視線精度及び正確性データを図２に示す。統合較正手順及び後続の視線制御の使用で没入型コンテンツを生じさせ、ボランティアでテストした。このシステムは、対象者によって相互作用的に制御することができる強い没入型視覚体験を提供した。
図３の構成は、参考の「典型的な」システムと同等の性能を有することがわかり、時間の経過に伴う性能測定値のドリフトが少ないことをも示した。特に、図３に概説したものと一致する視線制御を有するＶＲシステムを、大人及び子供でその性能をテストして、達成された視線測定を、Tobii社によって設定されたメトリックを用いてTobii 4Cゲーミングアイトラッカシステムと比較した（Tobii Technology (2015), "Tobii Accuracy and Precision Test Method for Remote Eye Trackers," https://stemedhub.org/resources/3310）。両システムで一致した較正及び試験条件を用いた。較正では対象者はスクリーンのターゲットを見て、対応する瞳孔の位置を記録する。精度及び正確性試験は、対象者が８のターゲットマーカーの連続にその視線を固定し、各ターゲットについて検出された視線位置を１０秒間記録することを伴う。このテストを２分の遅延後に繰り返して性能のあらゆるドリフトをチェックした。
表１は、図３及び４に関して設定された方法に従って動作し、図２に示したもののようなユーザ機器に従って実装された視線トラッカの性能比較を含む。特に、カメラ及びアイトラッキングは、ＭＲＩヘッドコイルに配置された対象者に関して行っている。Tobii社によって提案されたメトリックを用いてTobii 4C商用ゲーミングシステムと性能を比較している。スクリーンサイズの違いのいかなる影響をも除去するために、スクリーン上のターゲットの周囲の円の半径の小数としてすべての距離が表されていることに留意されたい。
没入感
構成は、没入感のある仮想環境を対象者に提供することは有益であり得ることを認識している。換言すると、対象者の１又は２以上の感覚をだまして、対象者を取り巻く物理的環境（すなわちＭＲＩスキャナ）に仮想環境が取って代わることができると信じ込ませることができる。この点において、対象者に提供される仮想環境内で適切に提供することによって様々な感覚に対処することができる。ＭＲＩスキャナ用途内の関心のある主な感覚は、視覚、聴覚及び触覚である。仮想環境と対象者に明らかであり得る実際の物理的環境のあらゆる側面との間で対象者の体験が一致することを保証する様々な方法を提供することができる。
構成は、没入感のある仮想環境を対象者に提供することは有益であり得ることを認識している。換言すると、対象者の１又は２以上の感覚をだまして、対象者を取り巻く物理的環境（すなわちＭＲＩスキャナ）に仮想環境が取って代わることができると信じ込ませることができる。この点において、対象者に提供される仮想環境内で適切に提供することによって様々な感覚に対処することができる。ＭＲＩスキャナ用途内の関心のある主な感覚は、視覚、聴覚及び触覚である。仮想環境と対象者に明らかであり得る実際の物理的環境のあらゆる側面との間で対象者の体験が一致することを保証する様々な方法を提供することができる。
いくつかの構成において、研究中の対象者は、スキャナから物理的に離れた場所に配置されている間に仮想環境に没入することができるので、心配な閉所恐怖症の脅威に直面する必要はない。
いくつかの構成において、対象者の視覚体験全体が仮想環境によって提供される。すなわち、対象者の視野全体が仮想環境によって提供可能である。仮想環境の一部でないいかなる領域も消され、又は対象者がそれらを取り巻く物理的環境を見ることができないように遮断される。例えば、仮想シーンを含むヘッドセットを提供することができるが、作成された仮想シーンの一部でないいかなる領域も、スクリーン又は他の障害物によって遮断することができ、したがって対象者がその実際の物理的環境を見られないことを保証している。いくつかの構成において、完全な視覚刺激がシステムによって提供され、対象者の周辺視野では、対象者が相互作用して、それらが配置されている実際の物理的環境を見ることができないことを確実にすることを含む。すなわち、構成は、対象者の周辺視野を遮断し、及び／又は対象者のために作成された仮想環境の一部として周辺視覚情報を提供することができる。
センサ、例えば、ジャイロスコープ及び／又は加速度計タイプのセンサとすることができる動きセンサを、ヘッドセット上、又は対象者が配置可能であるテーブル上に提供することができ、それらを取り巻く物理的環境において対象者が経験するあらゆる物理的動きを収容し、仮想環境において見られる動きと一致させることができる。例えば、スキャナボアへの対象者の動きは対象者に検出可能であり得、仮想環境は、仮想環境内の対象者に視覚的に同様の「移動／滑り込み」体験を提供しようとすることができる。
対象者を取り巻く物理的環境に存在するあらゆるノイズを収容し、作成された仮想環境内の要因によって「説明」することができるように、ノイズセンサ、例えば、マイクロフォンを提供することができる。例えば、ＭＲＩスキャナのノイズは大きいことがあり、対象者に不快感を与えることがある。仮想環境内でＭＲＩスキャナノイズについての「説明」を提供することは、対象者が実際の物理的環境を忘れるのに役立つことができる。例えば、ＭＲＩスキャナのノイズは、空気圧ドリルの使用、建築現場で起きている作業、交通騒音などのような、仮想環境内の騒々しい出来事によって「提供」することができる。
いくつかの構成によれば、外部で感知された「実際の」聴覚環境に対応する視覚的特徴の作成を介して、「実際の」環境と仮想環境との間の一致が達成される。ＭＲＩの対象者は通常、イヤーディフェンダーを装着するが、外部の音を完全に除去することは大抵不可能である。したがって構成は、対象者に提供される仮想環境に、知覚される音を説明可能にするのに役立つ認識可能な視覚的特徴を持たせるようにすることができる。例えば、空気圧ドリルを備えた仮想道路掘削機を仮想環境内へ挿入して、ＭＲＩスキャナの動作中に発生するノイズを対象者に「説明」することができる。
いくつかの構成は、対象者が経験する完全な視覚的及び聴覚的シーンに対する制御が提供されるメカニズムとともに、システムによって提供される仮想環境と対象者がどのように相互作用しているかについての情報を提供するセンサを提供する（その視線の場所の能動的制御と受動的観察の両方、又は他の生理学的センサ）。このような構成は、ｆＭＲＩ（機能的ＭＲＩ）研究に用いる例外的な情報の提供に関して、特定の使用及び用途を有することができる。例えば、システムは、対象者を複雑なシーンにさらすように構成することができ、対象者がアイトラッキングを介して複雑なシーンのどの部分に参加したか、及びその参加がいつ起こったかを知り、その情報を取得した画像に関連付けることが可能になる。
対象者の安心感
構成は、ＭＲＩスキャナボア内にいることは対象者に困難を提示することがあること、そしてスペースの制約及び／又は威圧感が少ない代替現実の提供を介する気晴らしが、鮮明で有用なＭＲＩ画像の取得を支援することができるということを認識している。いくつかの構成は、仮想環境内に既知の「第三者」を提供することによって対象者の快適さ及び安心感をさらに向上させることができるということを認識している。例えば、いくつかの構成により、対象者に提供される仮想環境内で、介護者、又は親のような、第三者のアバター表現、又はビデオ表現が可能になる。その人は、対象者に視覚的及び聴覚的の両方で利用可能とすることができる。構成によるＶＲシステムは、カメラ、マイクロフォン、及びスキャナボアの外側の「グリーンスクリーン」を含むことができ、第三者の実際の表現を仮想環境内で提供することができるようになる。第三者は、対象者に提供されている仮想環境を見ること、そして仮想環境を介してスキャナボア内の対象者と会話で相互作用することができ得る。したがって、子供は、仮想環境内の親の、視覚的及び聴覚的の両方の存在によって安心することができる。高齢者、又は動けない人は、仮想環境内の介護者の存在によって同様に安心することができる。
構成は、ＭＲＩスキャナボア内にいることは対象者に困難を提示することがあること、そしてスペースの制約及び／又は威圧感が少ない代替現実の提供を介する気晴らしが、鮮明で有用なＭＲＩ画像の取得を支援することができるということを認識している。いくつかの構成は、仮想環境内に既知の「第三者」を提供することによって対象者の快適さ及び安心感をさらに向上させることができるということを認識している。例えば、いくつかの構成により、対象者に提供される仮想環境内で、介護者、又は親のような、第三者のアバター表現、又はビデオ表現が可能になる。その人は、対象者に視覚的及び聴覚的の両方で利用可能とすることができる。構成によるＶＲシステムは、カメラ、マイクロフォン、及びスキャナボアの外側の「グリーンスクリーン」を含むことができ、第三者の実際の表現を仮想環境内で提供することができるようになる。第三者は、対象者に提供されている仮想環境を見ること、そして仮想環境を介してスキャナボア内の対象者と会話で相互作用することができ得る。したがって、子供は、仮想環境内の親の、視覚的及び聴覚的の両方の存在によって安心することができる。高齢者、又は動けない人は、仮想環境内の介護者の存在によって同様に安心することができる。
議論
説明する構成は、没入型ＶＲ世界をＭＲＩシステムにうまく取り込む能力を示す。構成は、視線に基づいてＶＲコンテンツとの動的な相互作用を提供することができる。構成による視線追跡は、現在の最良の商用ゲーミングアイトラッカに匹敵する性能を有することができる。スキャナボア内に配置可能なユーザ機器の非侵入型で非接触の設計は、目の端の推定された動きから、対象者が仮想環境との相互作用を制御することが可能になる、及び／又は対象者の頭のあらゆる動きを計算することが可能になるよう、スキャンの前にいかなる準備作業（対象者の顔にマーカーを貼り付けることのような）が要求されないようなものである。構成は、例えば、ＭＲＩをストレスと思う対象者（閉所恐怖症の人又は子供のような）に関する、そして、例えば、収集された画像データに関して運動補正を提供する可能性のある神経科学的研究（Bohil, Corey J., Bradly Alicea, and Frank A. Biocca. "Virtual reality in neuroscience research and therapy." Nature reviews neuroscience 12.12 (2011): 752）に関する両方の臨床領域に用途を有する。
説明する構成は、没入型ＶＲ世界をＭＲＩシステムにうまく取り込む能力を示す。構成は、視線に基づいてＶＲコンテンツとの動的な相互作用を提供することができる。構成による視線追跡は、現在の最良の商用ゲーミングアイトラッカに匹敵する性能を有することができる。スキャナボア内に配置可能なユーザ機器の非侵入型で非接触の設計は、目の端の推定された動きから、対象者が仮想環境との相互作用を制御することが可能になる、及び／又は対象者の頭のあらゆる動きを計算することが可能になるよう、スキャンの前にいかなる準備作業（対象者の顔にマーカーを貼り付けることのような）が要求されないようなものである。構成は、例えば、ＭＲＩをストレスと思う対象者（閉所恐怖症の人又は子供のような）に関する、そして、例えば、収集された画像データに関して運動補正を提供する可能性のある神経科学的研究（Bohil, Corey J., Bradly Alicea, and Frank A. Biocca. "Virtual reality in neuroscience research and therapy." Nature reviews neuroscience 12.12 (2011): 752）に関する両方の臨床領域に用途を有する。
本発明の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して、本明細書に詳細に開示してきたが、本発明は正確な実施形態に限定されないこと、及び添付の請求項及びそれらの同等物によって定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって、その中で様々な変更及び修正を行うことができるということが理解される。
ＶＲシステムの使用
図５は、対象者がＭＲＩスキャナボア内へ配置されるところを示す。いくつかの構成により、ＭＲＩスキャナを含む部屋の外側に対象者がいる間に対象者をＶＲシステム内へ及びＭＲＩスキャナテーブル上へ挿入することが可能になる。したがって、ＶＲシステムの没入型の性質は、ＭＲＩスキャナボアによって提供される小さな物理的空間への挿入に関して対象者が経験し得るいかなる懸念又は不快感をも緩和するのに役立つことができる。
図５は、対象者がＭＲＩスキャナボア内へ配置されるところを示す。いくつかの構成により、ＭＲＩスキャナを含む部屋の外側に対象者がいる間に対象者をＶＲシステム内へ及びＭＲＩスキャナテーブル上へ挿入することが可能になる。したがって、ＶＲシステムの没入型の性質は、ＭＲＩスキャナボアによって提供される小さな物理的空間への挿入に関して対象者が経験し得るいかなる懸念又は不快感をも緩和するのに役立つことができる。
図６は、一構成に従ってＭＲＩスキャナボアにおける対象者に提供される仮想環境の視覚要素のスクリーンショットを示す。図示の例において対象者に見せられている要素があり、対象者は適切な目の動きによってこれと相互作用することができる。
ＭＲＩスキャナ環境におけるＶＲに関するさらなるコメント
上述のように、態様は、ＭＲＩスキャナ環境内でＶＲ技術を用いることに関して様々な課題が発生することを認識している。特に、いくつかの構成は、対象者が全体的な頭又は体の動きを用いずに、提供されているＶＲ環境を制御する相互作用型ＶＲシステムを対象者に提供しようとしている。さらに、構成は、実世界から対象者が受けている１又は２以上の感覚又は刺激と一致する視覚及び聴覚刺激を提供することによって、対象者が大きく動きたいという欲求を感じるかもしれない範囲を限定しようとしている。このような刺激は、例えば、視覚、体の動き及び音に関する感覚を含む。
上述のように、態様は、ＭＲＩスキャナ環境内でＶＲ技術を用いることに関して様々な課題が発生することを認識している。特に、いくつかの構成は、対象者が全体的な頭又は体の動きを用いずに、提供されているＶＲ環境を制御する相互作用型ＶＲシステムを対象者に提供しようとしている。さらに、構成は、実世界から対象者が受けている１又は２以上の感覚又は刺激と一致する視覚及び聴覚刺激を提供することによって、対象者が大きく動きたいという欲求を感じるかもしれない範囲を限定しようとしている。このような刺激は、例えば、視覚、体の動き及び音に関する感覚を含む。
いくつかの構成は、ＭＲＩテーブル上に対象者を配置することには仰臥位にすることが要求される可能性が高いことを認識している。例えば、仰臥位の感覚は、テーブルに置かれたときに対象者に明らかになり、その仰臥位を説明する最初の視覚的ＶＲ入力を対象者に提供することにより、対象者はリラックスしてより快適に感じることが可能になり得る。同様に、テーブルがスキャナボア内へ移動するにつれて、自分が移動していることが、体が受ける刺激から明らかになる可能性が高い。その動き及び／又はＭＲＩスキャナによって生じる振動を説明する視覚的ＶＲ入力を対象者に提供することにより、対象者はリラックスしてより快適に感じ、仮想環境内へ完全に没入する感覚を開始させることが可能になる。
このようなシナリオにおいて、対象者が経験しているＭＲＩスキャナの構成要素の実世界の全体的な動きに仮想環境における視覚刺激を一致させることができるよう、ＶＲシステムに１又は２以上の信号を提供する動きセンサを対象者サポートに取り付けることができる。いくつかの構成において、ＭＲＩスキャナ室内、又はスキャナボア内の対象者のライブビデオストリームの分析を用いて、対象者が経験している可能性のある刺激の指標を提供することができる。
同様に、対象者に提供されている仮想環境における音声は、対象者を取り巻く実際の環境において起こっている音声刺激を考慮に入れることができる。したがって、ＶＲシステムは、周囲環境の結果として対象者が経験している音声信号を拾うために提供される１又は２以上の音声センサ又はマイクロフォンを含むことができる。ＶＲシステムは、実世界の動き及び／又は音を説明するＶＲ出力を通して対象者に提供する音声及び／又は視覚信号に一致するように構成することができる。
システムは、対象者が実質的に静止したままでいることを促し、これによってＭＲＩ画像が取り込まれている間の対象者の動きを防止又は軽減する仮想環境を対象者に提供するように構成されている。対象者の１又は２以上の体肢の全体的な物理的動きを防止することにより、ＭＲＩスキャナから有用な画像を取り込むことを支援することができる。システムは、対象者がその仮想環境と相互作用するため、頭全体又は体ではなく、目を動かすことが自然である仮想環境を提供するように構成することができる。
ＭＲＩスキャナとの適合性に関するさらなるコメント
上述のように、スキャナボア内の場が破壊されることを確実に最小限にするため、構成によるシステムは様々な軽減特徴及びアプローチを含むことができる。例えば、スキャナボア内に配置されるＶＲシステムの要素は、磁気的又は電気的に破壊的な材料を含まないように選択することができ、及び／又は磁気的又は電気的に破壊的でありそうな材料は、磁気的及び電気的破壊を最小化するようにボア内で遮蔽又は構成することができる。特に、ＬＣＤスクリーンのような、遮蔽されたアクティブディスプレイ装置を患者のヘッドセットと併置することができ、したがってＭＲＩスキャナへ入るための準備をしながら仮想環境内に対象者を配置し、システムを用いて、ＭＲＩスキャナの狭い穴へ対象者を入れることを偽装、又はマスクすることが可能になり得る。特に、対象者の頭に近く配置されるＶＲシステムの構成要素に関して、それらが対象者の頭に近すぎないようにシステムの光学系を配備、配置又は構成することができる。したがって、ＭＲＩ技術を介した頭の画像化に対する破壊及び歪みを防止することができる。上述のように、目の動きを追跡するという目的で用いられる、カメラのような、１又は２以上のセンサを対象者から十分な距離を置いて配置し、取り込まれるＭＲＩ画像における電磁干渉を軽減することができる。このようなカメラは、電磁干渉を回避するように遮蔽されているＭＲＩ対応カメラを含むこともできる。ＶＲシステムの要素が対象者の周りで実質的に静的なままであるようにＶＲシステムの要素を固定、又は提供することにより、仮想環境内で対象者を中断することなく没入させることが可能になり得る。
上述のように、スキャナボア内の場が破壊されることを確実に最小限にするため、構成によるシステムは様々な軽減特徴及びアプローチを含むことができる。例えば、スキャナボア内に配置されるＶＲシステムの要素は、磁気的又は電気的に破壊的な材料を含まないように選択することができ、及び／又は磁気的又は電気的に破壊的でありそうな材料は、磁気的及び電気的破壊を最小化するようにボア内で遮蔽又は構成することができる。特に、ＬＣＤスクリーンのような、遮蔽されたアクティブディスプレイ装置を患者のヘッドセットと併置することができ、したがってＭＲＩスキャナへ入るための準備をしながら仮想環境内に対象者を配置し、システムを用いて、ＭＲＩスキャナの狭い穴へ対象者を入れることを偽装、又はマスクすることが可能になり得る。特に、対象者の頭に近く配置されるＶＲシステムの構成要素に関して、それらが対象者の頭に近すぎないようにシステムの光学系を配備、配置又は構成することができる。したがって、ＭＲＩ技術を介した頭の画像化に対する破壊及び歪みを防止することができる。上述のように、目の動きを追跡するという目的で用いられる、カメラのような、１又は２以上のセンサを対象者から十分な距離を置いて配置し、取り込まれるＭＲＩ画像における電磁干渉を軽減することができる。このようなカメラは、電磁干渉を回避するように遮蔽されているＭＲＩ対応カメラを含むこともできる。ＶＲシステムの要素が対象者の周りで実質的に静的なままであるようにＶＲシステムの要素を固定、又は提供することにより、仮想環境内で対象者を中断することなく没入させることが可能になり得る。
仮想現実環境を作成及び維持するために要求される処理デバイス（コンピュータなど）を、もちろん、スキャナボアの外側に配置することができる。対象者に体験を提供するために必要なシステムの要素は、スキャナボア内に収まるように寸法を決めることができる。
機能的ＭＲＩに関するさらなるコメント
前述のように、対象者の頭の運動は、ＭＲＩスキャナヘッドコイルにいる間、比較的制限される。実際、頭の動きを制限することは、システムから得られる画像が鮮明で有用であることを保証するために必要である。対象者の瞳孔の動き又は他の識別可能な目の特徴、例えば、眼窩位置を監視することにより、システムは対象者の頭のありそうな全体的な動きを計算し、次いでその計算された推定された動きをＭＲＩ画像取り込みシステムに供給することが可能になり、結果の取り込まれたＭＲＩ画像において適切な補正を行うことができる。
前述のように、対象者の頭の運動は、ＭＲＩスキャナヘッドコイルにいる間、比較的制限される。実際、頭の動きを制限することは、システムから得られる画像が鮮明で有用であることを保証するために必要である。対象者の瞳孔の動き又は他の識別可能な目の特徴、例えば、眼窩位置を監視することにより、システムは対象者の頭のありそうな全体的な動きを計算し、次いでその計算された推定された動きをＭＲＩ画像取り込みシステムに供給することが可能になり、結果の取り込まれたＭＲＩ画像において適切な補正を行うことができる。
いずれにせよ、ＶＲシステム内では、対象者の目の動きを監視することにより、システムの使用中に対象者に提供されている視覚素材を適応させることが可能になる。また、対象者の目の動きは、対象者とＶＲ環境の相互作用の主要モードとして用いることができる。結果として、ＶＲ環境内で対象者によって行われる選択は、対象者の目の動きによって影響を受ける。構成は、仮想環境及びＶＲシステムに関する情報、例えば、対象者によって行われるオプション又は選択に関する情報を、ＭＲＩシステムに提供することができるということを提供することができる。結果として、対象者の脳内の機能的システムの研究を促進することができる。
さらに、ＶＲシステムは、対象者が追加で口頭制御を介して、及び／又はボタンを押すことのような小さな手動の動きを介して、又は手又は指の動きを追跡することによってシステムと相互作用することが可能になるように構成することができる。ＶＲ環境内で対象者によって行われる選択は、口頭の相互作用又は手動の相互作用によって影響を受ける可能性があり、したがっていくつかの構成は、仮想環境及びＶＲシステムに関する情報、例えば、対象者によって行われるオプション又は選択に関する情報を、ＭＲＩシステムに提供することができるということが理解されよう。結果として、対象者の脳内の、機能的システム、例えば、選択を行う必要性、又は音を出す又は体肢を動かす必要性によって引き起こされるものの研究を促進することができる。
アイトラッキングに関するさらなるコメント
前述のように、いくつかの実施形態は、スキャナボア内に配置された対象者が仮想環境と相互作用するが、全体的な運動の動きを促進しないメカニズムを提供する。実施形態によるアイスキャニング技術により、視線が主要対象者入力として作用するように対象者の視線制御を実装することが可能になる。いくつかの実施形態により、オプティカルフロートラッキングが可能になり得る。システムは、対象者の視線の漸進的で適応性のある較正を実施するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態は、対象者が視線制御を用いて選択を行う、及び／又はＶＲシステムに入力を提供するとき、検出された瞳孔及び／又は頭の位置が既知の「ターゲット」の場所、すなわち、対象者が相互作用している仮想環境内の特徴に相関するように動作する。検出された瞳孔位置とターゲットとの間の相関をシステム較正ステップにおいて用いることができ、システムは、対象者の瞳孔の場所を注視点に変換するために用いられるアイトラッキングモデルを更新することが可能になる。目、瞳孔及び／又は頭の位置の監視及びターゲットの場所との相関は、対象者とＶＲ環境の相互作用全体を通して繰り返すことができる。このような継続的な較正は、堅牢で安定した視線追跡システムを達成するのに役立つ。
前述のように、いくつかの実施形態は、スキャナボア内に配置された対象者が仮想環境と相互作用するが、全体的な運動の動きを促進しないメカニズムを提供する。実施形態によるアイスキャニング技術により、視線が主要対象者入力として作用するように対象者の視線制御を実装することが可能になる。いくつかの実施形態により、オプティカルフロートラッキングが可能になり得る。システムは、対象者の視線の漸進的で適応性のある較正を実施するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態は、対象者が視線制御を用いて選択を行う、及び／又はＶＲシステムに入力を提供するとき、検出された瞳孔及び／又は頭の位置が既知の「ターゲット」の場所、すなわち、対象者が相互作用している仮想環境内の特徴に相関するように動作する。検出された瞳孔位置とターゲットとの間の相関をシステム較正ステップにおいて用いることができ、システムは、対象者の瞳孔の場所を注視点に変換するために用いられるアイトラッキングモデルを更新することが可能になる。目、瞳孔及び／又は頭の位置の監視及びターゲットの場所との相関は、対象者とＶＲ環境の相互作用全体を通して繰り返すことができる。このような継続的な較正は、堅牢で安定した視線追跡システムを達成するのに役立つ。
没入感及び仮想環境の提供
構成は、没入感のある仮想環境を対象者に提供することは有益であり得ることを認識している。換言すると、対象者の１又は２以上の感覚をだまして、対象者を取り巻く物理的環境（すなわちＭＲＩスキャナ）に仮想環境が取って代わることができると信じ込ませることができる。この点において、システムにより、構成において、対象者に提供される仮想環境内で適切に提供することによって対処することができる様々な感覚が可能になり得る。ＭＲＩスキャナ用途内の関心のある主な感覚は、視覚、聴覚及び触覚である。仮想環境と対象者に明らかであり得る実際の物理的環境のあらゆる側面との間で対象者の体験が一致することを保証する様々な方法を提供することができる。
構成は、没入感のある仮想環境を対象者に提供することは有益であり得ることを認識している。換言すると、対象者の１又は２以上の感覚をだまして、対象者を取り巻く物理的環境（すなわちＭＲＩスキャナ）に仮想環境が取って代わることができると信じ込ませることができる。この点において、システムにより、構成において、対象者に提供される仮想環境内で適切に提供することによって対処することができる様々な感覚が可能になり得る。ＭＲＩスキャナ用途内の関心のある主な感覚は、視覚、聴覚及び触覚である。仮想環境と対象者に明らかであり得る実際の物理的環境のあらゆる側面との間で対象者の体験が一致することを保証する様々な方法を提供することができる。
視覚入力
いくつかの構成において、対象者の視覚体験全体が仮想環境によって提供される。すなわち、対象者の視野全体が仮想環境によって提供可能である。仮想環境の一部でないいかなる領域も消され、又は対象者がそれらを取り巻く物理的環境を見ることができないように遮断される。この点において、周辺視野の手がかりへ不注意にさらすことにより、対象者が周囲の実世界の環境に気付くことがあるが、これをシステムによって軽減又は防止することができる。
いくつかの構成において、対象者の視覚体験全体が仮想環境によって提供される。すなわち、対象者の視野全体が仮想環境によって提供可能である。仮想環境の一部でないいかなる領域も消され、又は対象者がそれらを取り巻く物理的環境を見ることができないように遮断される。この点において、周辺視野の手がかりへ不注意にさらすことにより、対象者が周囲の実世界の環境に気付くことがあるが、これをシステムによって軽減又は防止することができる。
構成は、ＭＲＩスキャナボア内に配置された対象者に適切なＶＲ環境を提供する際に様々な物理的困難が発生することがあるということを認識している。特に、典型的なＶＲヘッドセットがユーザの頭に非常に近く、これを囲んで配置される。多くのシステムが、携帯電話をスクリーンとして利用するものさえも、ユーザの頭又は体に直接取り付け可能であり、ヘッドセット又は電話におけるセンサ、例えば、加速度計などを用いてユーザの動きを容易に追跡することができるようになる。ユーザの目に近くスクリーンを配置することにより、適切な三次元ＶＲ画像をユーザに提供することができるということ、そしてユーザに提供される視覚環境の実質的に全体が制御及び説明されることを保証することができる。映画館又はホームシネマのシナリオにおいて、ユーザに３Ｄ画像を提供するスクリーンは通常、ユーザからいくらかの距離を置いて配置される。映画館又はホームユーザは大抵、指定のメガネ、例えばアクティブシャッターメガネ、又はカラーレンズを有するメガネなどを装着し、ユーザが三次元画像をうまく処理することが可能になっている。どちらの選択肢もＭＲＩスキャナボア内のユーザに直接利用可能ではない。ＶＲヘッドセットのように対象者の目に近くスクリーンを配置することは望ましくなく、適切なメガネを提供することもできないが、これは、これらのアイテムは、磁場に対する局所的干渉を引き起こすことがあり、及び／又は侵入的又は長時間のスキャニングに関して対象者に不快であることがあるためである。
いくつかの構成は、ＭＲＩ内に配置可能な対象者にアナグリフ画像を提供するように構成されている。システムは、視覚的表示機構によって対象者に提供されているアナグリフ画像を対象者が見ることが可能になるように配置されたアナグリフカラーフィルタを含むことができる。アナグリフフィルタは、スキャナにおける対象者の目から間隔を置いて配置され、局所的静磁場に対する妨害のリスクがないことを保証し、システムの対象者への侵入を最小限にしている。
聴覚入力
ユーザが経験している音が検出されるよう、１又は２以上のマイクロフォンを提供することができる。システムは、ＭＲＩ環境内で通常経験されるノイズを認識し、ＭＲＩスキャナ内で経験されている音と一致する仮想環境内での応答を提供するように構成することができる。システムは、対象者の聴覚体験に加わることができる１又は２以上のスピーカを含むことができる。したがって、実世界の環境内で起こる音に対する仮想環境の「カバー」音を提供するようにシステムを構成することができる。いくつかの構成において、マイクロフォン及びスピーカの配置は、実世界のノイズキャンセルが仮想環境内で起こり得るようなものとすることができる。
ユーザが経験している音が検出されるよう、１又は２以上のマイクロフォンを提供することができる。システムは、ＭＲＩ環境内で通常経験されるノイズを認識し、ＭＲＩスキャナ内で経験されている音と一致する仮想環境内での応答を提供するように構成することができる。システムは、対象者の聴覚体験に加わることができる１又は２以上のスピーカを含むことができる。したがって、実世界の環境内で起こる音に対する仮想環境の「カバー」音を提供するようにシステムを構成することができる。いくつかの構成において、マイクロフォン及びスピーカの配置は、実世界のノイズキャンセルが仮想環境内で起こり得るようなものとすることができる。
動き
センサ、例えば、ジャイロスコープ及び／又は加速度計タイプのセンサとすることができる動きセンサを、ヘッドセット上、又は対象者が配置可能であるテーブル上に提供することができ、それらを取り巻く物理的環境において対象者が経験するあらゆる物理的動きを収容し、対象者に提供される聴覚及び視覚素材と一致させることができるようになる。例えば、対象者が実世界において経験する振動の結果、仮想環境内の対象者に提供される視覚及び／又は聴覚素材の歪み又は「振動」がもたらされることがある。
センサ、例えば、ジャイロスコープ及び／又は加速度計タイプのセンサとすることができる動きセンサを、ヘッドセット上、又は対象者が配置可能であるテーブル上に提供することができ、それらを取り巻く物理的環境において対象者が経験するあらゆる物理的動きを収容し、対象者に提供される聴覚及び視覚素材と一致させることができるようになる。例えば、対象者が実世界において経験する振動の結果、仮想環境内の対象者に提供される視覚及び／又は聴覚素材の歪み又は「振動」がもたらされることがある。
対象者の安心感に関するさらなるコメント
システムは、ＭＲＩスキャナボア内の対象者が経験している仮想環境の表示又はコピーをＭＲＩスキャナボアの外側のユーザ又は観察者に提供するように構成することができる。例えば、スキャナの外側にいる介護者、監督者、ＭＲＩスキャナのオペレータ又は親に仮想環境を提供することにより、その人とスキャナボア内に配置された対象者との間の仮想環境に関する音声の相互作用が可能になり得る。その音声の相互作用は、スキャナ内の対象者への安心感を支援することができる。
システムは、ＭＲＩスキャナボア内の対象者が経験している仮想環境の表示又はコピーをＭＲＩスキャナボアの外側のユーザ又は観察者に提供するように構成することができる。例えば、スキャナの外側にいる介護者、監督者、ＭＲＩスキャナのオペレータ又は親に仮想環境を提供することにより、その人とスキャナボア内に配置された対象者との間の仮想環境に関する音声の相互作用が可能になり得る。その音声の相互作用は、スキャナ内の対象者への安心感を支援することができる。
ヘッドセットの適合
図７は、ＶＲシステムの一部を形成するユーザ機器７００を示し、そのユーザ機器はヘッドセットの一部を形成し、又は既存のＭＲＩスキャナヘッドセットに後付け可能であり、ＭＲＩスキャナボア内に配置可能であるように寸法が決められている。ユーザ機器は、ＭＲＩスキャニングと適合可能であり、ＭＲＩ場への干渉を最小化する構成要素から構築することができる。図７に示すように、ユーザ機器７００は、典型的なＭＲＩスキャナヘッドコイル上に配置可能とすることができる。ユーザ機器７００をＭＲＩスキャナヘッド装置と一体的に形成することができる構成を提供することができる。ユーザ機器７００は、ＭＲＩスキャナの残りから取り外し可能に分離することができ、ＭＲＩスキャナへ入る前、例えば、入る準備中に、ＶＲ環境を対象者に提供することが可能になる。
図７は、ＶＲシステムの一部を形成するユーザ機器７００を示し、そのユーザ機器はヘッドセットの一部を形成し、又は既存のＭＲＩスキャナヘッドセットに後付け可能であり、ＭＲＩスキャナボア内に配置可能であるように寸法が決められている。ユーザ機器は、ＭＲＩスキャニングと適合可能であり、ＭＲＩ場への干渉を最小化する構成要素から構築することができる。図７に示すように、ユーザ機器７００は、典型的なＭＲＩスキャナヘッドコイル上に配置可能とすることができる。ユーザ機器７００をＭＲＩスキャナヘッド装置と一体的に形成することができる構成を提供することができる。ユーザ機器７００は、ＭＲＩスキャナの残りから取り外し可能に分離することができ、ＭＲＩスキャナへ入る前、例えば、入る準備中に、ＶＲ環境を対象者に提供することが可能になる。
図８は、図７に示すもののようなユーザ機器の内部構造を形成する主要構成要素のいくつかの等角図である。図示のユーザ機器８００は、ＭＲＩスキャナヘッドセット８６０上に配置される。ユーザ機器は、対象者に提供される視覚入力を制御することができるように対象者の目の開口８５０上に配置される。図示の例において、ＶＲシステムは、スクリーンディフューザ８１０を通して、ヘッドセット８７０内に配置される対象者に光を向けるビューイングミラー８２０に向けて画像を投影するように構成されている。ユーザ機器８００は、ヘッドセット８６０内に配置される対象者の各目の視角を遮り、システムから対象者の各目への視覚入力に対する制御を可能にするバリア８７０を含む。各目について適切なフィルタ及び／又はレンズをホルダ８３０に配置することができるため、このような目ごとの視覚制御は、アナグリフ技術を用いるとき特に有用であり得る。ユーザ機器８００は、カメラ又は他のセンサを配置して目の開口８５０を通して対象者の目の動きの監視を可能にすることができるホルダ８４０を含む。
（参考文献）
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［２］Tobii Technology (2015), "Tobii Accuracy and Precision Test Method for Remote Eye Trackers," https://stemedhub.org/resources/3310
［３］Bohil, Corey J., Bradly Alicea, and Frank A. Biocca. "Virtual reality in neuroscience research and therapy." Nature reviews neuroscience 12.12 (2011): 752
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Claims (21)
- ＭＲＩスキャナ対応仮想現実システムであって、
ＭＲＩスキャナボア内に配置可能なユーザ機器を含み、前記ユーザ機器が、対象者に没入型仮想環境を提供するように構成されており、
前記対象者の目の動きを追跡するように構成された少なくとも１つのセンサ
をさらに含み、
前記対象者と前記没入型仮想環境の相互作用が、前記追跡された目の動きによって制御される、
前記ＭＲＩスキャナ対応仮想現実システム。 - 前記ユーザ機器の要素が、前記ＭＲＩスキャナボア内の磁場に影響を及ぼさない材料から構築されている、請求項１に記載のシステム。
- 磁気的又は電気的に破壊的である前記ＶＲシステムの要素が、前記スキャナボアの外側に配置される、請求項１又は２に記載のシステム。
- 前記没入型仮想環境を提供するための視覚入力が、プロジェクタ及び１又は２以上のミラーを含む光学システムを介して前記スキャナボアの外側から前記対象者へ中継される、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
- 前記対象者の目の動きを追跡するように構成された前記少なくとも１つのセンサが、前記ユーザ機器の一部を形成する少なくとも１つのカメラを含み、前記カメラが、前記スキャナボアの使用によって取り込まれたＭＲＩ画像における電磁干渉を軽減するように選択された前記ユーザ機器に配置された対象者からの距離を置いて前記ユーザ機器上に配置される、請求項１～４のいずれかに記載のシステム。
- 前記仮想現実環境を作成するために要求される処理デバイスが、前記スキャナボアの外側に配置される、請求項１～５のいずれかに記載のシステム。
- 前記ユーザ機器が、前記スキャナボア内に収まるように寸法が決められている、請求項１～６のいずれかに記載のシステム。
- 前記仮想現実システムの１又は２以上の要素が、前記ＭＲＩスキャナから取り外し可能に分離できる、請求項１～７のいずれかに記載のシステム。
- 前記対象者と前記没入型仮想環境の相互作用が、前記追跡された目の動きによって主に制御される、請求項１～８のいずれかに記載のシステム。
- 前記ユーザ機器が、前記ユーザ機器内に配置されて、前記対象者の頭の動きを制限する、１又は２以上のリミッタを含む、請求項１～９のいずれかに記載のシステム。
- 前記追跡された目の動きが、瞳孔追跡を介して達成される視線推定を含む、請求項１～１０のいずれかに記載のシステム。
- 前記追跡された目の動きが、変形可能な目の形状追跡を含む、請求項１～１１のいずれかに記載のシステム。
- 前記追跡された目の動きが、頭部姿勢補正を含む瞳孔追跡を含む、請求項１～１２のいずれかに記載のシステム。
- 前記追跡された目の動きが、前記センサによって得られた画像から、対象者の頭の動きを判定することを含み、前記システムが、前記判定された頭の動きを用いて、前記ＭＲＩスキャナによって得られたＭＲＩ画像を修正又は補正するように構成されている、請求項１～１３のいずれかに記載のシステム。
- 対象者の頭部姿勢の変化が、前記センサによって取り込まれた前記対象者の目の１又は２以上の画像から判定された目の端の変位に基づいて推定され、前記変化が動き補正を提供するために用いられる、請求項１～１４のいずれかに記載のシステム。
- 対象者に相互作用型視線ターゲットを提供して対象者のフィードバックを提供し、ターゲットとの全体的な関与を改善するように構成されている、請求項１～１５のいずれかに記載のシステム。
- 前記相互作用型視線ターゲットが、前記対象者の視線が前記視線ターゲットと接触したままであると判定されている間に変化又は進化するアイコンを含む、請求項１６に記載のシステム。
- 前記没入型仮想環境が、前記対象者が経験する物理的環境と一致している、請求項１～１７のいずれかに記載のシステム。
- 前記ユーザ機器が、前記仮想環境の一部を形成する聴覚景観が前記スキャナボア内の聴覚景観の主要要素を含むように前記システムに入力を提供するように構成された音センサを含む、請求項１～１８のいずれかに記載のシステム。
- 前記ユーザ機器が、前記仮想環境の一部を形成する視覚景観が前記スキャナボア内の対象者が経験する運動と一致するように前記システムに入力を提供するように構成された１又は２以上のモーションセンサを含む、請求項１～１９のいずれかに記載のシステム。
- 前記スキャナボアの外側にいる者についての情報を前記システムに提供するように、そしてその者を前記仮想環境内へ挿入して前記対象者と相互作用するように構成された音及び画像センサを含む、請求項１～２０のいずれかに記載のシステム。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20240520 |