JP4543594B2 - Brain function test apparatus and brain function test system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脳機能の老化度合いや、自律神経系疾患や痴呆症さらにアルツハイマー病などの脳疾患の検査ができるような脳機能検査装置および脳機能検査システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、痴呆症の確定診断手法は確立されておらず、様々な検査結果を考慮して総合的に診断を行っている。痴呆症の検査方法の一つには、被験者に対して問診や問答を行う神経心理学検査があり、特別な検査器具が不要で簡単に行えるため、広く用いられている。例えば日本語による神経心理学検査としては改訂長谷川式知能評価スケール(HDS−R)、国立精研式痴呆スクリーニングテスト、N式精神機能検査、かなひろいテスト、ミニメンタルステイトエグザミネイション(MMSE)などの知能評価方法があり、英語によるものではMMSE(mini mental state examination)やADAS(Alzheimer's Disease Assessment Scale Cognitive Subscale)などがある。また、行動評価を加味したCDR(Clinical Dementia Rating)などを用いることによって、痴呆の有無やその重症度の診断を行うこともできる。
【0003】
このような神経心理学検査は簡単に行えるため、多大な費用と時間を要する精密検査の前に行うスクリーニング検査に向いており、また医療従事者以外の検査者でも行えるという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した神経心理学検査では、被験者の協力が不可欠であり、その取り組み方によって検査結果が左右される虞があり、また検査者の被験者に対する質問の仕方によって検査結果が変わることもあり、主観的な検査方法であることに起因して検査結果に偏りが生じる虞もある。
【0005】
また、従来よりアルツハイマー型痴呆患者と健常者との間で、非侵襲的計測が可能な対象である眼球運動などで有意差があることが研究論文などで報告されており、この有意差を利用して従来診断が困難であったアルツハイマー型痴呆症の検査が行えることも示唆されている。アルツハイマー型痴呆症の検査に、眼球運動などの非侵襲的検査が可能な対象を用いる場合、眼球運動の検査自体も簡便に行えるため、必ずしも医療従事者が検査を行う必要はなく、早期発見のため被験者自身が検査するセルフケアへの応用も期待される。しかしながら、眼球運動の指標をそのまま使用して検査を行う場合は、検査の精度に制限があると予想され、やはり痴呆の判定、更には脳機能の老化度合いを判定するのは難しいと考えられる。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、簡単な方法で精度良く脳機能の検査を行える脳機能検査装置および脳機能検査システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、被験者の眼前に配置された映像表示部と、被験者が探索結果を入力するための入力装置と、入力装置を用いて入力された情報をもとに、被験者の眼球の運動を評価する複数の指標を求める眼球運動検査手段と、前記眼球運動検査手段により得られた複数の指標を多変量演算手法を用いてより少ない指標に変換する多変量演算手段と、該変換された指標を表示する出力手段とを備え、眼球運動検査手段は、映像表示部の画面に、一定の時間間隔で画面上の位置が変化する複数の対象物であって、画面上の位置が不規則に変化する対象物と一定の方向に一定量だけ位置が変化する対象物を含む複数の対象物を表示させた状態で、映像表示部の画面から一定の方向に一定量だけ位置が変化する対象物を探索した結果を被験者が入力装置を用いて入力した情報と検査内容とに基づいて対象物の識別能力を評価し、識別能力の評価結果を上記指標として求めることを特徴とし、眼球運動という副作用のない簡易な方法で脳機能の検査が行え、さらに多変量演算を行って複数の指標をより少ない指標に変換することにより、検査精度を高めることができる。
【0008】
請求項2の発明では、被験者の眼前に配置された映像表示部と、被験者が探索結果を入力するための入力装置と、入力装置を用いて入力された情報をもとに、被験者の眼球の運動を評価する複数の指標を求める眼球運動検査手段と、前記眼球運動検査手段により得られた複数の指標を多変量演算手法を用いてより少ない指標に変換する多変量演算手段と、該変換された指標を表示する出力手段とを備え、眼球運動検査手段は、複数個の文字を映像表示部の画面上のランダムな位置に表示させた状態で、画面上に表示された複数個の文字から特定の文字を探索した結果を被験者が入力装置を用いて入力した情報と眼球運動の計測結果とに基づいて上記指標を求めることを特徴とし、眼球運動という副作用のない簡易な方法で脳機能の検査が行え、さらに多変量演算を行って複数の指標をより少ない指標に変換することにより、検査精度を高めることができる。
【0009】
請求項3の発明では、請求項1又は2の何れかの発明において、多変量演算手段は、眼球運動検査手段により得られた指標と、被験者に対して神経心理学検査を行うことによって得られた神経心理学検査で用いる指標とを用いて、より少ない指標に変換する多変量演算を行うことを特徴とし、眼球運動の検査や神経心理学検査という副作用のない簡易な方法で脳機能の検査が行え、さらに眼球運動の検査と神経心理学検査とを組み合わせ、多変量演算を行って複数の指標をより少ない指標に変換することにより、検査精度を高めることができる。
【0010】
請求項4の発明では、請求項1又は2の何れかの発明において、被験者の生体データを計測する生体データ検査手段を備え、多変量演算手段は、眼球運動検査手段および生体データ検査手段により得られた複数の指標を用いてより少ない指標に変換することを特徴とし、眼球運動を評価する指標と生体データとを組み合わせることによって、より精度の高い脳機能の検査が行える。
【0011】
請求項5の発明では、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、多変量解析の判別分析を用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の作用を奏する。
【0012】
請求項6の発明では、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、多変量解析の二次判別を用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の作用を奏する。
【0013】
請求項7の発明では、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、ニューラルネットワークを用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の作用を奏する。
【0014】
請求項8の発明では、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、ファジィ理論を用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の作用を奏する。
【0015】
請求項9の発明では、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、エキスパートシステムを用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の作用を奏する。
【0016】
請求項10の発明では、請求項1乃至9の何れか1項に記載の脳機能検査装置と、当該脳機能検査装置に通信ネットワークを介して接続されるサーバとで構成される脳機能検査システムであって、前記脳機能検査装置は、被験者の眼球の運動を評価する指標を求める眼球運動検査手段と、被験者に対して神経心理学検査を行うことにより神経心理学検査で用いる指標を求める神経心理検査手段と、両検査手段により得られた指標を通信ネットワークを介してサーバに出力する第1の出力手段とを備え、前記サーバは、予め基準となる指標を格納しているデータベースと、脳機能検査装置から入力された被験者の指標とデータベースに記憶されている基準となるデータとを比較する比較手段と、比較手段の比較結果を通信ネットワークを介して脳機能検査装置に出力する第2の出力手段とを備えて成ることを特徴とし、眼球の運動を評価する指標又は視覚認知機能を評価する指標に、神経心理学検査の結果を組み合わせることにより、より精度の高い脳機能の検査を行うことができ、さらに脳機能検査装置とサーバとをネットワークを介して接続し、脳機能検査装置では被験者のデータを測定するだけで、サーバ側にデータベースを持たせているので、脳機能検査装置側の構成を簡単にできるという利点がある。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明を実施形態により説明する。
【0018】
(実施形態1)
図1に本実施形態における全体構成図を示す。本実施形態の装置は、眼球運動検査手段1と、神経心理検査手段2と、多変量演算手段3と、データベース4と、出力手段5とで構成される。
【0019】
眼球運動検査手段1は、水平方向および垂直方向の眼球運動を評価する指標を算出するために設けたもので、発光素子10、撮像カメラ11、画像処理回路12、眼球運動計算部13、映像表示部14により構成される。
【0020】
発光素子10は、暗環境下においても明瞭な眼球映像が得られるようにするための照明であり、例えば発光波長が人間に感知されない赤外線波長領域にある赤外光LEDを用いれば、発光素子10の光が被験者に感知されることはなく、被験者の不安を軽減することができる。
【0021】
また撮像カメラ11は被験者の眼球Mを撮影するためのものであり、CCDカメラやCMOSセンサ等により構成することが可能である。
【0022】
画像処理回路12は撮像カメラ11で撮像された図2に示すような画像から眼球部分を抽出し、眼球Mの運動を求めている。すなわち、画像処理回路12で撮像カメラ11の画像を画像処理することによって、眼球Mの水平位置および垂直位置が求められる。そして、眼球運動計算部13が、画像処理回路12により得られた眼球Mの位置データを逐次計算することによって、眼球Mの水平方向における運動速度及び運動加速度、垂直方向における運動速度及び運動加速度などの指標を計算して求めている。ここで、眼球運動計算部13は上述の多変量演算手段3及びデータベース4を構成するパーソナルコンピュータ6の演算機能により構成される。
【0023】
映像表示部14は例えばディスプレイ装置からなり、後述する視覚認知検査や運動機能検査を行う際に脳の視覚皮質の活動状態を反映する視覚系機能のテスト行う際に、検査用の映像を被験者に提示するためのものである。
【0024】
本実施形態では眼球運動検査手段1を用いて、人間の高度な認知機能を要求する場合に生じる眼球運動を計測する視覚認知検査、又は、単純な運動機能のみを計測する運動機能検査を行っている。例えば視覚認知検査の方法としては滑動性眼球運動検査、立体視検査、指標探索検査、色模様傍観検査などの方法があり、運動機能検査の方法としては移動性指標認知検査、文字探索検査、散文黙読検査などの方法がある。そして、これらの検査により得られた指標には、アルツハイマー型痴呆症の患者と健常者との間で有意差の存在することが、研究論文などで発表されている(文献1:G.Zaccaraらの、"Smooth-pursuit eye movements:alteration in Alzheimer's disease";Journal of the Neurological Sciences;112;pp.81-92;1992、文献2:S.Corkinらの、"Visual Dysfunction in Alzheimer's Disease:Relation to Normal Aging";Annals of Neuro1ogy;vol.29;No.1;41-52;1991、文献3:LFM.Scintoらの、"Impairment of spatially directed attention in patients with probable Alzheimer's disease as measured by eye movements";Arch Neurol;1994;Vol.51;pp.682-688、文献4:Gray L.Trickらの、"Visua1 sensitivity to motion:Age-related changes and deficits in seniledementia of the Alzheimer type";NEUROLOGY 1991;41;1437-1440、文献5:A.Roslerらの、"Alterations of visual search strategy in Alzheimer's disease and aging:Neuropsychology";2000;Vol.14;No.3;pp.398-408、文献6:KS.Lueckらの、"Eye movement abnormalities during reading in patients with Alzheimer disease";Neuropsychiatry,Neuropsychology,and Behavioral Neurology;2000;Vol.13;No.2;pp.77-82、文献7:A.Moserらの、"Eye movement dysfunction in dementia of the Alzheimer typr";Dementia;1995;No.6;pp.264-268、)。
【0025】
尚、視覚認知検査および運動機能検査の何れにしても計測対象は眼球の運動であり、各検査において客観的な指標として眼球の位置、運動速度或いは運動加速度などを算出することが可能であり、多変量演算手段3の入力変数として用いることができる。
【0026】
ここで、上述した各検査方法について図3〜図9を参照して簡単に説明する。
【0027】
先ず、滑動性眼球運動検査について図3を参照して説明する。この検査では、被験者Aに対して点灯している発光素子15を注視するように指示して、被験者Aの眼前に配列された複数個の発光素子15を順番に点灯させており、この時の被験者Aの眼球Mの動きを計測し、眼球Mが追従可能な速度や、点灯中の発光素子15に対する眼球Mの追従遅れなどの指標を導出する。この検査では、移動する対象物を追跡する能力を示す指標を求めており、上述した文献1にはアルツハイマー型痴呆症の患者群と健常者群との間に、統計的に有意に追跡能力の能力差があると報告されている(p=0.001)。
【0028】
図4は立体視検査の説明図である。立体視の実現手段としては、人間の瞳孔間間隔を利用して視差を与えた2種類の画像を左右両目のそれぞれに提示することによって奥行感を生成する両眼立体視法があり、本実施形態では映像表示部14を用いて被験者Aの左右の目に視差を与えた2種類の画像をそれぞれ提示する。そして、画像14a中の3つの円C1〜C3の内、飛び出している円を注視するように被験者Aに指示し、眼球運動計算部13では眼球Mの位置から正解か否かを判断する。この検査では、正解となった最小の視差などを評価指標として導出しており、上述した文献2にはアルツハイマー型痴呆症の患者群と健常者群との間に、統計的に有意差があると報告されている(p<0.05)。
【0029】
図5は指標探索検査の説明図である。この検査では、映像表示部14の提示する画像14a内に複数の領域を設定し、何れかの領域に現れる目標物を探索する能力を測定しており、上述した文献3にはアルツハイマー型痴呆症の患者群と健常者群との間に、統計的に有意差があると報告されている。本検査では、先ず被験者に対して画面14aの中央(CT)を注視させた後、画面14aの4角に設けた領域の内の何れかに円形のマークM1〜M4を一定時間(例えば約0.5秒間)だけ表示させる。尚、図5では画像14aに4つのマークM1〜M4を表示しているが、実際に検査を行う際には4つのマークM1〜M4の内、何れか1つだけを表示させる。ここで、検査者は被験者Aに対して、4角の何れかに現れるマークを注視するようにという課題を提示しており、眼球運動計算部13では、画像処理回路12により測定された眼球Mの位置から、眼球運動に関する指標を導出する。尚、評価項目としては、正解率(p<0.014)や遅れ時間(p<0.005)などがある。
【0030】
図6(a)(b)は移動性指標探索検査の説明図である。この検査では、一定の時間間隔で画面上の位置が不規則に変化する複数の対象物の中から、一定の方向に一定量だけ位置が変化する対象物を識別する能力を測定しており、上述した文献4にはアルツハイマー型痴呆症の被験者群と健常者群との間にその識別能力について統計的に有意に能力差があると報告されている(p=0.001)。この検査を行う場合、映像表示部14により、図6(a)(b)に示すように背景画面上の任意の位置に丸形の対象物(以下、ドットと言う。)Cが複数配置された映像を表示させるとともに、一定時間後(例えば1秒後)に各ドットCの位置を変化させている。ここで、複数のドットCの内の大部分は不規則な方向に移動させ、一部分のみを前回の位置から一定の向きに一定量だけ移動させており、このようなドットCを特にコヒーレントドットC’という。尚、図6(a)(b)ではコヒーレントドットC’にハッチングを施し、他のドット(ランダムドットと言う。)Cを白丸で示しているが、検査映像では同一の色及び輝度で表示しており、色や輝度などの特徴からコヒーレントドットC’を識別できないようにしている。また、図6(a)はコヒーレントドットC’の割合が10%の状態、図6(b)はコヒーレントドットC’の割合が50%の状態をそれぞれ示している。
【0031】
この時、被験者Aは、映像表示部14の画面14aに示された検査用画像から、コヒーレントドットC’を識別して、その移動する向きをパーソナルコンピュータ6の入力装置(ジョイスティックなど)を用いて入力するように指示されており、眼球運動計算部13は、被験者が入力装置を用いて入力した情報と検査内容とに基づいて、眼球運動に関する指標を導出する。例えば、眼球運動計算部13では、75%以上の正解が得られた時のコヒーレントドットC’の割合(コヒーレンス値)でその識別能力を評価している。なお、映像表示部14が検査映像を切り換える際に、複数のドットCの中からコヒーレントドットC’を毎回ランダムに選択するようにしても良いが、本検査を一通り行う間は同じドットをコヒーレントドットC’とし、一定の時間間隔でこのコヒーレントドットC’を一定の向きに一定量だけ移動させるようにしても良く、この場合は眼球がコヒーレントドットC’の動く向きに応じて移動するから、眼球の動きを測定することによって、被験者の識別能力を自動的に計測することができ、脳機能の判定を自動的に行える。
【0032】
図7は文字探索検査の説明図である。この検査では、複数の文字の中から特定の文字(例えば数字)を探索する能力を測定しており、上述した文献5にはアルツハイマー型痴呆症の被験者群と健常者群との間に、統計的に有意に輝度差識別能力の能力差があると報告されている。本検査では、先ず被験者に対して映像表示部14の画面14a中央を注視させた後、図7に示すように画面14a上のランダムな位置に複数個の文字(例えばアルファベットなど)と1個の数字を配置した検査用の映像を被験者に対して提示する。この時、試験担当者は被験者に対して、「文字の中から数字を探してその数字を入力して下さい。」という課題を与えており、この課題に対して数字が見つかった時点で被験者がパーソナルコンピュータ6の入力装置(例えばキーボードなど)を操作して、数字を入力する。本実施形態では撮像カメラ11の撮像した眼球画像を画像処理回路12で処理することによって眼球の動きを計測しており、眼球運動計算部13では、画像処理回路12の計測結果と入力装置を用いて被験者が入力した情報とに基づいて、文字の探索能力に関する指標を導出する。そして、上記のテストを複数回実行して眼球運動に関する指標を導出する。尚、評価項目としては、正解率(p<0.0001)、反応時間(p<0.0001)、固視時間(p<0.0001)、固視回数(p<0.0001)、固視持続時間(p=0.0003)、動作時間(p<0.0001)などがある。
【0033】
図8は散文黙読検査の説明図である。この検査では、被験者の眼前に散文を示した映像を表示させた際の被験者の眼球の運動履歴を示す指標を測定しており、上述した文献6にはアルツハイマー型痴呆症の被験者群と健常者群との間に、統計的に有意差があると報告されている。本検査では、映像表示部14により、図8に示すように散文Eを示した映像を被験者に対して提示し、被験者にこの散文Eを黙読させており、文章を黙読する際に眼球Mがどのような運動を行っているかを測定する。すなわち、画像処理回路3では撮像カメラ11の撮像した画像を画像処理回路12で処理することによって眼球の動きを計測しており、眼球運動計算部13では、画像処理回路12の計測結果に基づいて、被験者の眼球の運動履歴を示す指標を導出する。尚、眼球の運動履歴を示す指標としては、一定時間に読んだ量(読量、p<0.001)、フォワードサッケード(p<0.001)、後退サッケード(p<0.05)、固視持続時間(p=0.0001)などがある。
【0034】
図9は色模様傍観検査の説明図である。この検査では、被験者の眼前にカラーパターンからなる映像を表示させた際の被験者の眼球の運動履歴を示す指標を測定しており、上述した文献7にはアルツハイマー型痴呆症の被験者群と健常者群との間に、統計的に有意差があると報告されている。本検査では、先ず被験者に対して映像表示部14の画面14a全体を見るよう指示した後、映像表示部14により、図9に示すようにカラーパターンPTからなる映像を被験者に対して提示し、被験者にこの映像を目視させており、カラーパターンPTを見る際に眼球Mがどのような運動を行っているかを測定する。すなわち、画像処理回路12では撮像カメラ11の撮像した画像を画像処理回路12で処理することによって眼球の動きを計測しており、眼球運動計算部13では、画像処理回路12の計測結果に基づいて、被験者の眼球の運動履歴を示す指標を導出する。尚、眼球の運動履歴を示す指標としては、サッカード数(p<0.05)や固視持続時間(p<0.05)などがある。
【0035】
一方、神経心理検査手段2は、被験者に対して神経心理学検査を行い、神経心理学検査で用いる指標を導出するために設けたもので、入力部21と、正否・得点計算部22と、課題提示部23とで構成される。
【0036】
従来技術で説明したように、神経心理学検査としては種々のものが痴呆症の検査に利用されており、神経心理検査手段2では、課題提示部23が表1(改訂長谷川式簡易知能評価スケール、日本医師会編、老年期痴呆診療マニュアル参照)に示すような問答やアンケートをディスプレイ装置からなる出力手段5に表示させ、被験者に対して回答を促す。被験者は、キーボードやマウスや音声入力装置からなる入力部21を用いて回答を入力し、この回答をもとに正否・得点計算部22が被験者の知能を示す得点を計算する。ここに、パーソナルコンピュータ6には、被験者に対して提示した問答やアンケートに対する回答から得点を計算するプログラムが組み込まれており、上述した正否・得点計算部22はパーソナルコンピュータ6の演算機能により構成される。
【0037】
【表1】
【0038】
ここで上述の各検査によって得られた眼球運動を評価する指標や、神経心理学検査で用いる指標は一般に複数あるが、それらを組み合わせて多変量解析の計算に用いるのが本発明の特徴である。
【0039】
本実施形態の多変量演算手段3は、多変量解析における判別分析手法によって、眼球運動検査手段1及び神経心理検査手段2から入力された種々の指標より判別値を選出する。この判別値は通常一つであることが多いが、入力された指標をいくつかのグループに分類して、各グループに各々一つの判別値を求めることによって、結果的に全部の指標から複数の判別値を求めることも可能である。本実施形態では判別値が一つであることとする。多変量解析による判別分析は、複数の指標の情報を集約して、一つの判別値に変換し、その判別値を代表値とし、さらにその判別値を用いて何らかの判定を行う手法である。この他の多変量解析手法としては、主成分分析手法がある。これは複数の指標から、より少ない指標へと変換し、元来ある多くの指標からより少ない情報に集約する手法であり、先の判別分析手法の判定以外の前処理を一般化した手法と言える。以下本実施形態では、判別分析手法を基に判別値を導出する方法を用いるが、主成分分析手法における第1主成分又は複数の主成分を代表値として本実施形態における判別値に置き換えても勿論良く、本発明は実施形態に特に限定されるものではない。
【0040】
尚多変量解析手法に関しては、[「医学統計学ハンドブック」、宮原英夫、単語俊郎(編)(朝倉書店、1995)]、[「多変量データ解析入門」、杉山高一、(朝倉書店、1983)]、[「非線形多変量解析−ニューラルネットによるアプローチー」(朝倉書店、1996)]等を参照する。
【0041】
さて本実施形態に用いる、多変量演算手段3の機能としては眼球運動計算部13で求めた被験者の眼球運動に関する指標、及び、正否・得点計算部22で求めた神経心理学検査で用いる指標を用い、より少ない指標に変換して当該被験者の判別値w1を計算する多変量解析計算部30と、眼球運動計算部13及び正否・得点計算部22で求めてデータベース4に格納した多数の被験者の指標を呼び出して多変量解析計算を行い、多数の被験者の判別値w2を計算する多変量解析計算部31とからなる。
【0042】
尚本実施形態の多変量演算手段3は眼球運動計算部13及び正否・得点計算部22と同一のパーソナルコンピュータ6で実現しているが、夫々別のパーソナルコンピュータで実現してもよいし、パーソナルコンピュータでなくDSP(デジタルシグナルプロセッサ)やマイクロコンピュータを用いても実現可能であり、本発明の具体的実現手段としては実施形態に特に限定されるものではない。
【0043】
データベース4は、眼球運動に関する個々の変量を表す指標、神経心理学検査で用いる指標、これらの指標を用いて多変量演算によって得られる判別値、更に当該被験者又は他の被験者の年齢、性別、既往症、現在の疾患、測定日時、測定場所、測定場所の照度や温度等の環境条件、知能テストの結果等、脳機能検査に必要な被験者情報や計測環境情報からなる情報を含めた全ての情報をデータとして指標とともに蓄積格納するもので、実施形態においては、当該被験者の眼球運動指標及び神経心理指標や、判別値w1、w2、更に当該被験者の情報や計測環境情報からなる情報などのデータ登録するようになっている。このようにデータベース4によりデータを蓄積することによって、より多くの被験者のデータが蓄積され信頼性の高いデータベースを構築できるようなっている。
【0044】
尚本実施形態のデータベース4は多変量演算手段3及び眼球運動計算部13と同一のパーソナルコンピュータ6で実現しているが、多変量演算手段3と同様に必ずしも同一のパーソナルコンピュータで実現する必要はない。
【0045】
出力手段5はディスプレイや、プリンタ等の表示装置から構成され、当該被験者の判別値w1と、他の被験者の判別値w2を表示し、当該被験者の判別値w1が他の被験者の判別値w2と比較して相対的にどのような値を示しているかが判るようになっている。ここで、出力手段5による表示方法としては、グラフなどを利用して図示することも可能であるし、単純に数値のみを表示するようにしても良い。他の被験者の判別値w2としては他の被験者の一つの判別値だけでなく、複数の被験者の判別値の平均値であっても良く、またある特定の被験者群の判別値の平均値であっても良い。つまり当該被験者の判別値と比較を行いたい被験者の判別値としては、当該被験者の判別値以外であればどのような対象でも良い。更に他の被験者の指標としては、当該被験者の過去に得られた判別値であっても良い。また図1では示していないが、出力手段5を構成する表示装置には判別値w1,w2だけでなく、指標そのものやその他のデータを表示しても良い。
【0046】
本発明の目的は、眼球運動を評価する指標と神経心理学検査に用いる指標とを組み合わせることによって、よりp値が小さくなるような値を導出することである。p値が小さいと両群の差は大きくなり、ある任意の被験者がどちらの群に属するかを判定するときの判定精度は向上すると期待できる。また健常群と患者群のどちらの群に属するかの判定のように結果がAかBかのように明確に分けられる判定方法だけでなく、どちらの群により近くてその距離はどの程度であるかなどの連続量としての結果を知ることにより今後の疾患発症可能性を予測することが期待でき、対策を施すことなどの対処法も考えることが可能になると期待できる。
【0047】
上述したように本実施形態では複数の指標から1つの判別値を導出する。判別値の導出方法は多変量解析における判別分析における二次判別手法による(参考文献=宮原英夫、丹後俊郎(編)「医学統計学ハンドブック」、朝倉書房、1995)。
【0048】
図5は判別値wの計算方法例を示す。この図示例ではステップS1である任意の被験者Zに関するデータz=(z1,z2,z3…)、つまり複数の指標(z1…)を用いて健常者群Xと患者群Yのそれぞれに対してマハラノビスの平方距離Dx2,Dy2を計算し、ステップS2でその差(Dx2−Dy2)を計算してその計算値を判別値wとする。この判別値wの値によってどちらの群に近いかがわかる。したがって、当該被験者の判別値wが健常者群Xに近い距離に位置するならば健常者と判定し、患者群Yに近い距離に位置するならば患者と判定するなどの判定処理を行うこともできる。また、これらの距離の比例配分をとることによって、疾患の確率というような単一の数値として表示することもできる。尚、図中x=(x1,x2,x3…)は健常者データを示し、x1…は指標を、またy=(y1,y2,y3…)は健常者データを示し、y1…は指標を示す。
【0049】
このように、多変量演算手段3で多変量演算処理を行い、いくつかの指標を1つの値に集約することにより、両群(X)(Y)の有意差を大きくすることが可能となり、また出力される情報も少なくなるので判断が容易になる。
【0050】
(実施形態2)
図11に本実施形態にかかる脳機能検査システムのシステム構成を示す。本システムは、被験者の脳機能を検査する脳機能検査装置7と、脳機能検査装置7にインターネット50(通信ネットワーク)を介して接続されるサーバ8とで構成され、サーバ8を運営する運営者は本システムを用いて脳機能検査サービスを提供する。尚、サーバ8を運営する運営者は脳検査事業の運営も兼ねているが、サーバ管理と脳検査事業とを別々の事業者で行っても良い。
【0051】
脳機能検査装置7は、眼球運動検査手段1と、神経心理検査手段2と、出力手段5とで構成される。
【0052】
眼球運動検査手段1は、水平方向および垂直方向の眼球運動を評価する指標を算出するために設けたもので、発光素子10、撮像カメラ11、画像処理回路12、眼球運動計算部13、映像表示部14により構成される。
【0053】
発光素子10は、暗環境下においても明瞭な眼球映像が得られるようにするための照明であり、例えば発光波長が人間に感知されない赤外線波長領域にある赤外光LEDを用いれば、発光素子10の光が被験者に感知されることはなく、被験者の不安を軽減することができる。
【0054】
また撮像カメラ11は被験者の眼球Mを撮影するためのものであり、CCDカメラやCMOSセンサ等により構成することが可能である。
【0055】
画像処理回路12は撮像カメラ11で撮像された図2に示すような画像から眼球部分を抽出し、眼球Mの運動を求めている。すなわち、画像処理回路12で撮像カメラ11の画像を画像処理することによって、眼球Mの水平位置および垂直位置が求められる。そして、眼球運動計算部13が、画像処理回路12により得られた眼球Mの位置データを逐次計算することによって、眼球Mの水平方向における運動速度及び運動加速度、垂直方向における運動速度及び運動加速度などの指標を計算して求めている。ここで、眼球運動計算部13はパーソナルコンピュータ6の演算機能により構成される。
【0056】
映像表示部14は例えばディスプレイ装置からなり、後述する視覚認知検査や運動機能検査を行う際に脳の視覚皮質の活動状態を反映する視覚系機能のテスト行う際に、検査用の映像を被験者に提示するためのものである。
【0057】
一方、神経心理検査手段2は、被験者に対して神経心理学検査を行い、神経心理学検査で用いる複数の指標を導出するために設けたもので、入力部21と、正否・得点計算部22と、課題提示部23とで構成される。
【0058】
上述のように神経心理学検査としては種々のものが痴呆症の検査に利用されており、神経心理検査手段2では、課題提示部23が表1に示すような問答やアンケートをディスプレイ装置からなる出力手段5に表示させ、被験者に対して回答を促す。被験者は、キーボードやマウスや音声入力装置からなる入力部21を用いて回答を入力し、この回答をもとに正否・得点計算部22が被験者の知能を示す得点を計算する。ここに、パーソナルコンピュータ6には、被験者に対して提示した問答やアンケートに対する回答から得点を計算するプログラムが組み込まれており、上述した正否・得点計算部22はパーソナルコンピュータ6の演算機能により構成される。
【0059】
パーソナルコンピュータ6の通信機能により構成される出力手段(第1の出力手段)は、眼球運動計算部13及び正否・得点計算部22により算出された指標をインターネット50を介してサーバ8に送信する。また、パーソナルコンピュータ6の通信機能により構成される受信手段は、サーバ8からインターネット50を介して送信された当該被験者の判別値w1や、他の被験者の判別値w2などのデータを受け取る。
【0060】
出力手段5は、ディスプレイ装置やプリンタなどの表示装置によって構成され、パーソナルコンピュータ6が受け取った当該被験者の判別値w1と、他の被験者の判別値w2を表示し、当該被験者の判別値w1が他の被験者の判別値w2と比較して相対的にどのような値を示しているかが判るようになっている。尚、他の被験者の判別値w2としては他の被験者の一つの判別値だけでなく、複数の被験者の判別値の平均値であっても良く、またある特定の被験者群の判別値の平均値であっても良い。つまり当該被験者の判別値と比較を行いたい被験者の判別値としては、当該被験者の判別値以外であればどのような対象でも良い。更に当該被験者の判別値w1と比較する判別値としては、当該被験者の過去に得られた判別値であっても良い。また、出力手段8を構成する表示装置には判別値w1,w2だけでなく、指標そのものやその他のデータを表示しても良い。
【0061】
一方、サーバ40は多変量演算手段3とデータベース4とを有し、パーソナルコンピュータなどで構成される。
【0062】
サーバ40の通信機能で構成される受信部は、脳機能検査装置7からインターネット50を介して送信された指標を受信し、またサーバ40の通信機能で構成される送信部(第2の出力手段)は、多変量演算手段3で求めた当該被験者の判別値W1や多数の被験者の判別値W2をインターネット50を介して脳機能検査装置7に送信する。
【0063】
多変量演算手段3は、眼球運動検査手段1の眼球運動計算部13で求めた被験者の眼球運動に関する複数の指標、及び、正否・得点計算部22で求めた神経心理学検査で用いる複数の指標を用いてより少ない指標に変換し、当該被験者の判別値w1を計算する多変量解析計算部30と、眼球運動計算部13及び正否・得点計算部22で求めてデータベース4に格納した多数の被験者の眼球運動指標及び神経心理指標を呼び出して多変量解析計算を行い、多数の被験者の判別値w2を計算する多変量解析計算部31とからなる。
【0064】
データベース4はサーバ8の記憶装置に構築されており、当該被験者を含む複数の被験者の眼球運動指標と神経心理指標、及び、これらの指標を用いた多変量解析計算により得られる判別値w1,w2、更には当該被験者を含む複数の被験者の識別ID、例えばIPアドレスのような通信ネットワーク上の通信連絡先、年齢、性別、既往症、現在の疾患、測定日時、測定場所、測定場所の照度や温度等の環境条件、知能テストの結果等、脳機能検査に必要な被験者情報や計測環境情報からなる情報が格納されている。なお、本実施形態においては当該被験者の指標データやその情報をデータベース4に新規データとして追加するようになっており、脳機能検査を行う毎にその検査結果が新規データとしてデータベース4に蓄積されるので、より多くの被験者のデータが蓄積され、信頼性の高いデータベース4を構築できるようになっている。ここに、データベース4により、被験者情報を記憶する被験者情報記憶手段や、多変量演算によって得られる指標と比較するための基準となるデータを記憶する判定基準記憶手段が構成される。
【0065】
本システムで脳機能検査を行う場合、検査場所に配置された眼球運動検査手段1を用いて検査者又は被験者自身が検査を行うと、眼球運動計算部13が眼球の運動を評価する指標を算出するとともに、正否・得点計算部22が神経心理学検査で用いる指標を算出する。そして、パーソナルコンピュータ6のキーボードのような入力装置を用いて当該被験者に割り当てられた識別IDを入力すると、パーソナルコンピュータ6は当該被験者の識別IDとその測定データをインターネット50を介してサーバ8に送信する。一方、サーバ8では、インターネット50を介して脳機能検査装置7から送信された被験者の識別ID及びその測定データを受信し、受信したデータを多変量解析計算部30が多変量演算してより少ない指標に変換する。次に、サーバ8は、多変量演算によって得られる指標と比較するための基準となるデータをデータベース4から読み出して、当該被験者の指標と基準となる指標とを比較して比較結果を作成する。その後、サーバ8は、当該被験者の識別IDをもとにデータベース4から当該被験者のIPアドレスを読み出して、当該被験者の指標と基準となる指標とを比較した比較結果を表示したHTMLファイルを作成し、このHTMLファイルをインターネット50を介してパーソナルコンピュータ6に送信する。そしてパーソナルコンピュータ6ではサーバ8から送信されたHTMLファイルを受信し、その比較結果をディスプレイ装置やプリンタなどからなる出力手段8に出力させており、出力手段8の表示から検査者或いは被験者が検査結果を容易に読み取ることができる。
【0066】
ここに、脳機能検査装置7から送信された眼球運動検査手段1及び神経心理検査手段2の測定データを多変量演算手法を用いてより少ない指標に変換する多変量演算手段3と、多変量演算によって得られる指標とデータベース4に記憶されたデータを比較して比較結果を求める比較手段とは、サーバ8を構成するコンピュータの演算機能により実現される。また、複数の被験者の識別IDと通信ネットワーク上の通信連絡先とを含む被験者情報が記憶された被験者情報記憶手段と、多変量演算によって得られる指標と比較するための基準となるデータを記憶する比較基準記憶手段とはサーバ8を構成するコンピュータの記憶装置により実現される。また、通信ネットワークを介して送信された被験者IDと当該被験者の測定データを受信する受信手段と、被験者IDをもとに被験者情報記憶手段から当該被験者の通信連絡先を読み出し、通信ネットワークを介して通信連絡先に比較手段の比較結果を送信する送信手段とは、サーバ8を構成するコンピュータの通信機能により実現される。そして、サーバ8の記憶装置には、コンピュータに上述の動作を実行させるための動作プログラムが予め記憶されている。
【0067】
ところで、上述した各実施形態の多変量演算手段3では判別分析を用いたが、次のような方法による多変量演算を行っても良い。
【0068】
つまりその一の方法としては、図12に示すような例えば入力ユニット、中間ユニット、出力ユニットからなる3層構造のニューラルネットワークを用いる方法であり、この場合複数の指標から一つ、若しくは複数の値を算出し、指標とその指標による望ましい出力値の対をネットワークに与える学習課程で、ネットワーク構造を決定し、その学習で得られるネットワークに複数の指標を与えることにより出力値を得ることができる。また学習においては指標とその指標による望ましい出力値の対をネットワークに与えるが、このときネットワークの出力が望ましい出力値に近づくように結合重みの値の調整を行う。このような指標の提示を繰り返すことにより、最終的にはネットワークにどの指標を与えても望ましい出力値を示すようになる。
【0069】
また別の方法としては、ファジィ理論を用いる方法である。例えば、指標に関する属性を考えると、「固視時間が長い」若しくは反対に「固視時間が短い」が考えられる。そして脳機能を検査する場合、「固視時間が短い」且つ「固視回数が少ない」ような場合の方が、「固視時間が短い」だけの場合や、「固視回数が少ない」だけの場合よりも、脳機能が高い。このようにn個の属性に対して(2^n−1)通りの評価がある。ファジィ理論ではこのようなものをファジィ集合と呼ぶが、このようなファジィ集合を予め用意しておき、検査の際に、被験者から観測される指標から脳機能を判定するのである。
【0070】
更に他の方法としては、エキスパートシステムを用いる方法である。例えば固視時間が時間t1より短い場合や、更に固視時間が時間t2(>t1)より長い場合等と言った具合に各指標に条件を設け、更にその条件が成立するときの結果を設定する。そして検査の際に、被験者から観察される各指標を夫々条件に当てはめて脳機能を判定するのである。
【0071】
また、上述した各実施形態では、眼球運動検査手段1により得られた眼球運動指標と、神経心理検査手段2により得られた神経心理指標の両方を多変量演算手段3の入力として多変量演算を行っているが、眼球運動指標又は神経心理指標の何れかを多変量演算手段3の入力として多変量演算を行うようにしても良く、多変量演算を行ってより少ない指標に変換し、変換された指標を用いて脳機能の検査を行うことによって、より精度の高い脳機能検査を行うことができる。また、眼球運動以外の生体データ(例えば血液中のタンパクの量や脳髄液の成分などの計測データ)を眼球運動指標又は神経心理指標に組み合わせて、多変量演算手段3の入力としても良く、このような生体データを組み合わせて脳機能の検査を行うことにより、より精度の高い脳機能の検査を行うことができる。
【0072】
【発明の効果】
上述のように、請求項1の発明は、被験者の眼前に配置された映像表示部と、被験者が探索結果を入力するための入力装置と、入力装置を用いて入力された情報をもとに、被験者の眼球の運動を評価する複数の指標を求める眼球運動検査手段と、前記眼球運動検査手段により得られた複数の指標を多変量演算手法を用いてより少ない指標に変換する多変量演算手段と、該変換された指標を表示する出力手段とを備え、眼球運動検査手段は、映像表示部の画面に、一定の時間間隔で画面上の位置が変化する複数の対象物であって、画面上の位置が不規則に変化する対象物と一定の方向に一定量だけ位置が変化する対象物を含む複数の対象物を表示させた状態で、映像表示部の画面から一定の方向に一定量だけ位置が変化する対象物を探索した結果を被験者が入力装置を用いて入力した情報と検査内容とに基づいて対象物の識別能力を評価し、識別能力の評価結果を上記指標として求めることを特徴とし、眼球運動という副作用のない簡易な方法で脳機能の検査が行え、さらに多変量演算を行って複数の指標をより少ない指標に変換することにより、検査精度を高めることができるという効果がある。
【0073】
請求項2の発明は、被験者の眼前に配置された映像表示部と、被験者が探索結果を入力するための入力装置と、入力装置を用いて入力された情報をもとに、被験者の眼球の運動を評価する複数の指標を求める眼球運動検査手段と、前記眼球運動検査手段により得られた複数の指標を多変量演算手法を用いてより少ない指標に変換する多変量演算手段と、該変換された指標を表示する出力手段とを備え、眼球運動検査手段は、複数個の文字を映像表示部の画面上のランダムな位置に表示させた状態で、画面上に表示された複数個の文字から特定の文字を探索した結果を被験者が入力装置を用いて入力した情報と眼球運動の計測結果とに基づいて上記指標を求めることを特徴とし、眼球運動という副作用のない簡易な方法で脳機能の検査が行え、さらに多変量演算を行って複数の指標をより少ない指標に変換することにより、検査精度を高めることができるという効果がある。
【0074】
請求項3の発明は、請求項1又は2の何れかの発明において、多変量演算手段は、眼球運動検査手段により得られた指標と、被験者に対して神経心理学検査を行うことによって得られた神経心理学検査で用いる指標とを用いて、より少ない指標に変換する多変量演算を行うことを特徴とし、眼球運動の検査や神経心理学検査という副作用のない簡易な方法で脳機能の検査が行え、さらに眼球運動の検査と神経心理学検査とを組み合わせ、多変量演算を行って複数の指標をより少ない指標に変換することにより、検査精度を高めることができるという効果がある。
【0075】
請求項4の発明は、請求項1又は2の何れかの発明において、被験者の生体データを計測する生体データ検査手段を備え、多変量演算手段は、眼球運動検査手段および生体データ検査手段により得られた複数の指標を用いてより少ない指標に変換することを特徴とし、眼球運動を評価する指標と生体データとを組み合わせることによって、より精度の高い脳機能の検査が行える。
【0076】
請求項5の発明は、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、多変量解析の判別分析を用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の効果を奏する。
【0077】
請求項6の発明は、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、多変量解析の判別分析を用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の効果を奏する。
【0078】
請求項7の発明は、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、ニューラルネットワークを用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の効果を奏する。
【0079】
請求項8の発明は、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、ファジィ理論を用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の効果を奏する。
【0080】
請求項9の発明は、請求項1乃至4の発明において、多変量演算手段は、エキスパートシステムを用いることで、複数の指標をより少ない指標に変換することを特徴とし、請求項1乃至4の発明と同様の効果を奏する。
【0081】
請求項10の発明は、請求項1乃至9の何れか1項に記載の脳機能検査装置と、当該脳機能検査装置に通信ネットワークを介して接続されるサーバとで構成される脳機能検査システムであって、前記脳機能検査装置は、被験者の眼球の運動を評価する指標を求める眼球運動検査手段と、被験者に対して神経心理学検査を行うことにより神経心理学検査で用いる指標を求める神経心理検査手段と、両検査手段により得られた指標を通信ネットワークを介してサーバに出力する第1の出力手段とを備え、前記サーバは、予め基準となる指標を格納しているデータベースと、脳機能検査装置から入力された被験者の指標とデータベースに記憶されている基準となるデータとを比較する比較手段と、比較手段の比較結果を通信ネットワークを介して脳機能検査装置に出力する第2の出力手段とを備えて成ることを特徴とし、眼球の運動を評価する指標又は視覚認知機能を評価する指標に、神経心理学検査の結果を組み合わせることにより、より精度の高い脳機能の検査を行うことができ、さらに脳機能検査装置とサーバとをネットワークを介して接続し、脳機能検査装置では被験者のデータを測定するだけで、サーバ側にデータベースを持たせているので、脳機能検査装置側の構成を簡単にできるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の全体構成図である。
【図2】 同上に用いる眼球運動指標を得るために撮像カメラにより撮像した眼球画像の例図である。
【図3】 同上による滑動性眼球運動検査の説明図である。
【図4】 同上による立体視検査の説明図である。
【図5】 同上による指標探索検査の説明図である。
【図6】 同上による移動性指標探索検査の説明図である。
【図7】 同上による文字探索検査の説明図である。
【図8】 同上による散文黙読検査の説明図である。
【図9】 同上による色模様傍観検査の説明図である。
【図10】 同上に用いる判別値の計算方法の説明図である。
【図11】 本発明の実施形態2の全体構成図である。
【図12】 ニューラルネットワークのモデル図である。
【符号の説明】
1 眼球運動検査手段
2 神経心理検査手段
3 多変量演算手段
5 出力手段
31,32 多変量解析計算部
w1,w2 判別値[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention can be used to examine the degree of aging of brain function, brain diseases such as autonomic nervous system disease, dementia and Alzheimer's disease.Brain function test apparatus and brain function test systemAbout.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a definitive diagnosis method for dementia has not been established, and comprehensive diagnosis is performed in consideration of various test results. One of the methods for testing dementia is a neuropsychological test in which a subject is asked and answered, and is widely used because it does not require a special test tool and can be easily performed. For example, the Japanese-language neuropsychological tests include the revised Hasegawa Intelligence Rating Scale (HDS-R), the National Seken-style Dementia Screening Test, the N-type Psychiatric Function Test, the Kana Hiroi Test, and the Mini Mental State Examination (MMSE). There are two types of intelligence assessment methods, such as MMSE (mini mental state examination) and ADAS (Alzheimer's Disease Assessment Scale Cognitive Subscale). In addition, by using CDR (Clinical Dementia Rating) taking into account behavioral evaluation, the presence or absence of dementia and its severity can be diagnosed.
[0003]
Since such a neuropsychological test can be easily performed, it is suitable for a screening test performed before a detailed test that requires a large amount of money and time, and there is an advantage that it can be performed by an examiner other than a medical worker.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned neuropsychological examination, the cooperation of the subject is indispensable, the examination result may be affected by the approach, and the examination result may change depending on how the examiner asks the question, There is also a possibility that the inspection results may be biased due to the subjective inspection method.
[0005]
In addition, research papers have reported that there is a significant difference between Alzheimer-type dementia patients and healthy subjects, such as eye movements, which are noninvasive measurement targets. It has also been suggested that Alzheimer-type dementia, which has been difficult to diagnose in the past, can be tested. When using non-invasive tests such as eye movements for testing Alzheimer-type dementia, the eye movements themselves can be easily tested, so it is not always necessary for health care professionals to perform tests. Therefore, it is expected to be applied to self-care that is examined by the subject himself / herself. However, when the examination is performed using the eye movement index as it is, it is expected that the accuracy of the examination is limited, and it is still difficult to determine the dementia and further determine the aging degree of the brain function.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to accurately test brain functions with a simple method.Brain function test apparatus and brain function test systemIs to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention of
[0008]
In the invention of
[0009]
In invention of
[0010]
In the invention of
[0011]
In invention of
[0012]
In invention of
[0013]
In the invention of
[0014]
In invention of
[0015]
In invention of Claim 9, in invention of
[0016]
In the invention of
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described with reference to embodiments.
[0018]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an overall configuration diagram in the present embodiment. The apparatus according to the present embodiment includes an eye
[0019]
The eye movement inspection means 1 is provided to calculate an index for evaluating the eye movement in the horizontal direction and the vertical direction. The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
In this embodiment, the eye movement test means 1 is used to perform a visual cognitive test for measuring eye movement that occurs when a human advanced cognitive function is requested or a motor function test for measuring only a simple motor function. Yes. For example, visual cognitive test methods include sliding eye movement test, stereoscopic vision test, index search test, color pattern side-view test, and motor function test methods include mobility index cognitive test, character search test, prose There are methods such as silent reading. And it has been published in research papers etc. that there is a significant difference between patients with Alzheimer-type dementia and healthy individuals in the indicators obtained by these tests (Reference 1: G. Zaccara et al. "Smooth-pursuit eye movements: alternation in Alzheimer's disease"; Journal of the Neurological Sciences; 112; pp.81-92; 1992, Reference 2: S. Corkin et al., "Visual Dysfunction in Alzheimer's Disease: Relation to Normal Aging "; Annals of Neuro1ogy; vol.29; No.1; 41-52; 1991, Ref 3: LFM.Scinto et al.," Impairment of spatially directed attention in patients with probable Alzheimer's disease as measured by eye movements "; Arch Neurol; 1994; Vol.51; pp.682-688, Reference 4: Gray L. Trick et al., "Visua1 sensitivity to motion: Age-related changes and deficits in seniledementia of the Alzheimer type"; NEUROLOGY 1991; 41; 1437 -1440, Reference 5: A. Rosler et al., "Alterations of visual search strategy in Alzheimer's disease and aging: Neuropsychology"; 2000; Vol.14 ; No.3; pp.398-408, Ref. 6: KS.Lueck et al., "Eye movement abnormalities during reading in patients with Alzheimer disease"; Neuropsychiatry, Neuropsychology, and Behavioral Neurology; 2000; Vol.13; No.2 pp. 77-82, Reference 7: A. Moser et al., “Eye movement dysfunction in dementia of the Alzheimer typr”; Dementia; 1995; No. 6; pp. 264-268).
[0025]
In any of the visual recognition test and the motor function test, the measurement object is the movement of the eyeball, and it is possible to calculate the position of the eyeball, the motion speed, the motion acceleration, or the like as an objective index in each test, It can be used as an input variable of the multivariate calculation means 3.
[0026]
Here, each inspection method described above will be briefly described with reference to FIGS.
[0027]
First, the sliding eye movement test will be described with reference to FIG. In this examination, the subject A is instructed to gaze at the
[0028]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the stereoscopic inspection. As a means for realizing stereoscopic vision, there is a binocular stereoscopic method that generates a sense of depth by presenting two types of images with parallax using human interpupillary distance to each of the left and right eyes. In the form, the
[0029]
FIG. 5 is an explanatory diagram of the index search inspection. In this examination, a plurality of areas are set in the
[0030]
6A and 6B are explanatory diagrams of the mobility index search test. This test measures the ability to identify an object whose position changes by a certain amount in a certain direction from a plurality of objects whose position on the screen changes irregularly at certain time intervals.
[0031]
At this time, the subject A identifies the coherent dot C ′ from the inspection image shown on the
[0032]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the character search inspection. In this test, the ability to search for a specific character (for example, a number) from a plurality of characters is measured, and the above-mentioned
[0033]
FIG. 8 is an explanatory diagram of the prose silent reading test. In this examination, an index indicating the movement history of the subject's eyeball when displaying a video showing prose in front of the subject's eyes is measured, and the above-mentioned
[0034]
FIG. 9 is an explanatory diagram of a color pattern side-view inspection. In this examination, an index indicating the movement history of the subject's eyeball when displaying an image composed of a color pattern in front of the subject's eyes is measured.
[0035]
On the other hand, the neuropsychological examination means 2 is provided for conducting a neuropsychological examination on the subject and deriving an index used in the neuropsychological examination, and includes an
[0036]
As described in the prior art, various neuropsychological tests are used for dementia testing. In the neuropsychological test means 2, the
[0037]
[Table 1]
[0038]
Here, there are generally a plurality of indices for evaluating eye movements obtained by the above-described examinations and indices used for neuropsychological examinations, but the feature of the present invention is to use them in combination for calculation of multivariate analysis. .
[0039]
The multivariate computing means 3 of this embodiment selects discriminant values from various indices input from the eye movement examination means 1 and the neuropsychological examination means 2 by a discriminant analysis method in multivariate analysis. This discriminant value is usually one, but by classifying the input indicators into several groups and finding one discriminant value for each group, as a result, a plurality of indicators It is also possible to obtain a discrimination value. In this embodiment, it is assumed that there is one discriminant value. Discriminant analysis by multivariate analysis is a technique in which information of a plurality of indices is aggregated and converted into one discriminant value, the discriminant value is used as a representative value, and some determination is performed using the discriminant value. Other multivariate analysis methods include principal component analysis methods. This is a method that converts multiple indicators into fewer indicators and aggregates many of the original indicators into less information, and can be said to be a generalized method of preprocessing other than the judgment of the previous discriminant analysis method. . Hereinafter, in this embodiment, a method for deriving a discriminant value based on the discriminant analysis method is used. However, the first principal component or a plurality of principal components in the principal component analysis method may be replaced with the discriminant value in this embodiment as a representative value. Of course, the present invention is not particularly limited to the embodiment.
[0040]
Regarding the multivariate analysis methods, ["Medical Statistics Handbook", Hideo Miyahara, Toshiro Word (Edit) (Asakura Shoten, 1995)], ["Introduction to Multivariate Data Analysis", Koichi Sugiyama, (Asakura Shoten, 1983) )], [“Nonlinear Multivariate Analysis—Neural Network Approach” (Asakura Shoten, 1996)] and the like.
[0041]
The functions of the multivariate calculation means 3 used in the present embodiment include an index relating to the eye movement of the subject obtained by the eye
[0042]
The multivariate calculation means 3 of the present embodiment is realized by the same
[0043]
The
[0044]
Although the
[0045]
The output means 5 is composed of a display device such as a display or a printer, and displays the discriminant value w1 of the subject and the discriminant value w2 of the other subject, and the discriminant value w1 of the subject is the discriminant value w2 of the other subject. By comparison, it is possible to see what value is relatively shown. Here, the display method by the output means 5 can be illustrated using a graph or the like, or only numerical values may be simply displayed. The discriminant value w2 of another subject is not limited to one discriminant value of another subject, but may be an average value of discriminant values of a plurality of subjects, or an average value of discriminant values of a specific subject group. May be. In other words, as the discriminant value of the subject to be compared with the discriminant value of the subject, any target other than the discriminant value of the subject may be used. Further, as an index of another subject, a discriminant value obtained in the past of the subject may be used. Although not shown in FIG. 1, not only the discriminant values w1 and w2 but also the indicators themselves and other data may be displayed on the display device constituting the output means 5.
[0046]
An object of the present invention is to derive a value with a smaller p-value by combining an index for evaluating eye movement and an index used for neuropsychological examination. When the p value is small, the difference between the two groups becomes large, and it can be expected that the determination accuracy when determining which group a given subject belongs to will be improved. In addition to the method of determining whether the result is A or B as in the case of determining whether the patient belongs to the normal group or the patient group, the distance is closer to which group and the extent of the distance. By knowing the result as a continuous quantity such as, it can be expected to predict the possibility of future disease development, and it can be expected that countermeasures such as taking countermeasures can also be considered.
[0047]
As described above, in the present embodiment, one discriminant value is derived from a plurality of indices. The method for deriving the discriminant value is based on the secondary discriminant method in discriminant analysis in multivariate analysis (reference literature = Hideo Miyahara and Toshiro Tango (ed.) “Medical Statistics Handbook”, Asakura Shobo, 1995).
[0048]
FIG. 5 shows an example of a method for calculating the discriminant value w. In this illustrated example, data z = (z1, z2, z3...) Relating to an arbitrary subject Z in step S1, that is, a Mahalanobis for each of the healthy group X and the patient group Y using a plurality of indices (z1...). Are calculated, and the difference (Dx2−Dy2) is calculated in step S2, and the calculated value is set as a discriminant value w. It can be seen which group is closer to the discriminant value w. Therefore, if the discriminant value w of the subject is located at a distance close to the healthy person group X, it is determined as a healthy person, and if it is located at a distance close to the patient group Y, a determination process such as determining as a patient is performed. it can. Also, by taking a proportional distribution of these distances, it can be displayed as a single numerical value such as the probability of disease. In the figure, x = (x1, x2, x3...) Indicates healthy person data, x1... Indicates an index, y = (y1, y2, y3...) Indicates healthy person data, and y1. Show.
[0049]
Thus, it is possible to increase the significant difference between both groups (X) and (Y) by performing multivariate computation processing in the multivariate computation means 3 and consolidating several indices into one value. In addition, since the information to be output is reduced, the determination becomes easy.
[0050]
(Embodiment 2)
FIG. 11 shows a system configuration of the brain function testing system according to the present embodiment. This system is composed of a brain
[0051]
The brain
[0052]
The eye movement inspection means 1 is provided to calculate an index for evaluating the eye movement in the horizontal direction and the vertical direction. The
[0053]
The
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
On the other hand, the neuropsychological examination means 2 is provided for conducting a neuropsychological examination on a subject and deriving a plurality of indices used in the neuropsychological examination. And a
[0058]
As described above, various neuropsychological tests are used for dementia, and in the neuropsychological test means 2, the
[0059]
The output means (first output means) configured by the communication function of the
[0060]
The output means 5 is constituted by a display device such as a display device or a printer, and displays the discriminant value w1 of the subject and the discriminant value w2 of the other subject received by the
[0061]
On the other hand, the server 40 includes the multivariate calculation means 3 and the
[0062]
The receiving unit configured with the communication function of the server 40 receives the index transmitted from the brain
[0063]
The multivariate calculation means 3 includes a plurality of indices relating to the eye movement of the subject obtained by the eye
[0064]
The
[0065]
When a brain function test is performed with this system, when the examiner or the subject himself / herself performs an examination using the eye movement test means 1 arranged at the examination location, the eye
[0066]
Here, the multivariate calculation means 3 for converting the measurement data of the eye movement test means 1 and the neuropsychological test means 2 transmitted from the brain
[0067]
By the way, although the multivariate computation means 3 of each embodiment described above uses discriminant analysis, multivariate computation may be performed by the following method.
[0068]
That is, as one of the methods, a method using a neural network having a three-layer structure including, for example, an input unit, an intermediate unit, and an output unit as shown in FIG. In the learning process in which the network and the desired output value pair based on the index are calculated, the network structure is determined, and the output value can be obtained by giving a plurality of indices to the network obtained by the learning. In learning, a pair of an index and a desired output value based on the index is given to the network. At this time, the value of the connection weight is adjusted so that the output of the network approaches the desired output value. By repeating the presentation of such an index, a desired output value is finally shown regardless of which index is given to the network.
[0069]
Another method is to use fuzzy theory. For example, when considering attributes related to the index, “long fixation time” or “short fixation time” can be considered. And when examining brain function, when “fixation time is short” and “fixation times are low”, only when “fixation time is short” or “fixation times are low” The brain function is higher than the case. Thus, there are (2 ^ n-1) evaluations for n attributes. Such a fuzzy set is called a fuzzy set in the fuzzy theory, but such a fuzzy set is prepared in advance, and the brain function is determined from an index observed by the subject at the time of examination.
[0070]
Yet another method is to use an expert system. For example, a condition is set for each index such as when the fixation time is shorter than time t1, or when the fixation time is longer than time t2 (> t1), and the result when the condition is satisfied is set. To do. During the examination, the brain function is determined by applying each index observed by the subject to each condition.
[0071]
Further, in each of the above-described embodiments, multivariate computation is performed using both the eye movement index obtained by the eye movement examination means 1 and the neuropsychological index obtained by the neuropsychological examination means 2 as inputs of the multivariate computation means 3. However, the multivariate calculation may be performed using either the eye movement index or the neuropsychological index as an input to the multivariate calculation means 3, or the multivariate calculation is performed to convert the index into fewer indexes. By testing the brain function using the index, it is possible to perform a more accurate brain function test. In addition, biological data other than eye movements (for example, measurement data such as the amount of protein in the blood and components of cerebrospinal fluid) may be combined with an eye movement index or a neuropsychological index to be input to the multivariate calculation means 3. By testing the brain function by combining such biometric data, it is possible to test the brain function with higher accuracy.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, the invention of claim 1A video display unit arranged in front of the subject's eyes, an input device for the subject to input search results, and a plurality of indicators for evaluating the movement of the eyeball of the subject based on information input using the input device A multivariate computing means for converting a plurality of indices obtained by the eye movement examining means into fewer indices using a multivariate computing technique, and an output means for displaying the transformed indices The eye movement inspection means includes a plurality of objects whose positions on the screen change on the screen of the video display unit at regular time intervals, and objects whose positions on the screen change irregularly. The result of searching for an object whose position changes by a certain amount in a certain direction from the screen of the image display unit in a state where a plurality of objects including an object whose position changes by a certain amount in a certain direction is displayed. Subject inputs using input device Information and on the basis of the test content to evaluate the discriminating power of the object, obtains the evaluation result of the identification capability as the indexThe brain function can be examined by a simple method without the side effect of eye movement, and the test accuracy can be improved by converting multiple indices into fewer indices by performing multivariate computation. effective.
[0073]
The invention of claim 2A video display unit arranged in front of the subject's eyes, an input device for the subject to input search results, and a plurality of indicators for evaluating the movement of the eyeball of the subject based on information input using the input device A multivariate computing means for converting a plurality of indices obtained by the eye movement examining means into fewer indices using a multivariate computing technique, and an output means for displaying the transformed indices The eye movement inspection means is a result of searching for a specific character from the plurality of characters displayed on the screen in a state where the plurality of characters are displayed at random positions on the screen of the video display unit. Is obtained based on the information input by the subject using the input device and the measurement result of eye movementThe brain function can be examined by a simple method without the side effect of eye movement, and the test accuracy can be improved by converting multiple indices into fewer indices by performing multivariate computation. effective.
[0074]
The invention of
[0075]
The invention of
[0076]
The invention of
[0077]
The invention of
[0078]
The invention of
[0079]
The invention of
[0080]
The invention of claim 9 is the invention of
[0081]
The invention of claim 10A brain function testing system comprising: the brain function testing device according to any one of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an example view of an eyeball image captured by an imaging camera to obtain an eye movement index used in the above.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a sliding eye movement test according to the above.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a stereoscopic inspection according to the above.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an index search inspection according to the above.
FIG. 6 is an explanatory diagram of mobility index search inspection according to the above.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a character search inspection according to the above.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a prose reading test according to the above.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a color pattern side-by-side inspection according to the above.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a discriminant value calculation method used for the above.
FIG. 11 is an overall configuration diagram of
FIG. 12 is a model diagram of a neural network.
[Explanation of symbols]
1 Eye movement test means
2 Neuropsychological examination means
3 Multivariate calculation means
5 Output means
31, 32 Multivariate analysis calculator
w1, w2 discriminant value
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