JPH0553490B2 - - Google Patents
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- JPH0553490B2 JPH0553490B2 JP2326283A JP32628390A JPH0553490B2 JP H0553490 B2 JPH0553490 B2 JP H0553490B2 JP 2326283 A JP2326283 A JP 2326283A JP 32628390 A JP32628390 A JP 32628390A JP H0553490 B2 JPH0553490 B2 JP H0553490B2
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- eyeball
- control system
- fractal dimension
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
- A61B3/113—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining or recording eye movement
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は眼球制御系の解析装置に関し、特
に、医療工学（ME）における眼科および精神神
経科のより定量的な診断方法や心理学における視
覚心理実験の定量的評価に活用できるような眼球
制御系の解析装置に関する。
に、医療工学（ME）における眼科および精神神
経科のより定量的な診断方法や心理学における視
覚心理実験の定量的評価に活用できるような眼球
制御系の解析装置に関する。
［従来の技術および発明が解決しようとする課
題］ 視線は一点を注視している場合でも常に微少運
動を行なつている。この微少運動は眼球の不随意
運動として知られ、固視微動と呼ばれている。固
視微動はその動きから以下のように細かく分類さ
れている。
題］ 視線は一点を注視している場合でも常に微少運
動を行なつている。この微少運動は眼球の不随意
運動として知られ、固視微動と呼ばれている。固
視微動はその動きから以下のように細かく分類さ
れている。
微少運動の振幅角が15″程度で周波数帯が30
〜100Hzのトレモア。
〜100Hzのトレモア。
偏移角が20′程度で0.03〜5secの不規則な周期
でステツプまたはパルス状に発生するマイクロ
サツケード。
でステツプまたはパルス状に発生するマイクロ
サツケード。
偏移角が5′程度以下で、マイクロサツケード
の間に生じる遅い運動成分として知られるドリ
フト。
の間に生じる遅い運動成分として知られるドリ
フト。
従来固視微動は振幅が小さく速いため、その制
御系を伝達関数などを用いてモデル化する際の正
確な測定が難しく、単にランダムな振動とみなさ
れてきた。このため、固視微動以外の眼球運動の
制御特性については多くのモデルが提出されてい
るが、固視微動について同様なモデルはほとんど
ない。このため、従来の眼球制御系の評価方法
は、両目の眼球運動の時間微分の相互相関から眼
精疲労を評価する方法（吉野誠司ほか：電子情報
通信学会MBE90−15、第41頁〜第48頁、1990）
が知られている。しかし、相互相関の時間依存性
は複雑に振舞うため、その解釈には専門的な知識
が要求される。また、この相互相関のフーリエ変
換から両眼の相互相関の周波数成分の時間依存性
を計算し、眼精疲労を評価することも可能である
が、これらの計算には多くの時間を要し、結果の
表示も三次元的な画像表示が必要となるという欠
点があつた。
御系を伝達関数などを用いてモデル化する際の正
確な測定が難しく、単にランダムな振動とみなさ
れてきた。このため、固視微動以外の眼球運動の
制御特性については多くのモデルが提出されてい
るが、固視微動について同様なモデルはほとんど
ない。このため、従来の眼球制御系の評価方法
は、両目の眼球運動の時間微分の相互相関から眼
精疲労を評価する方法（吉野誠司ほか：電子情報
通信学会MBE90−15、第41頁〜第48頁、1990）
が知られている。しかし、相互相関の時間依存性
は複雑に振舞うため、その解釈には専門的な知識
が要求される。また、この相互相関のフーリエ変
換から両眼の相互相関の周波数成分の時間依存性
を計算し、眼精疲労を評価することも可能である
が、これらの計算には多くの時間を要し、結果の
表示も三次元的な画像表示が必要となるという欠
点があつた。
それゆえに、この発明の主たる目的は、眼球運
動から得られるデータを前処理し、フラクタル次
元を用いて眼球制御系の特性を数値化し、眼球制
御系の評価パラメータとして定量的な評価を可能
とするような眼球制御系の解析装置を提供するこ
とである。
動から得られるデータを前処理し、フラクタル次
元を用いて眼球制御系の特性を数値化し、眼球制
御系の評価パラメータとして定量的な評価を可能
とするような眼球制御系の解析装置を提供するこ
とである。
［課題を解決するための手段］
この発明は指標を注視しているときの眼球の固
視微動を解析するための眼球制御系の解析装置で
あつて、指標を注視しているときの眼球運動を検
出して二次元データを出力する眼球運動検出手段
と、二次元データを前処理して解析可能な固視微
動成分に相当するデータを抽出して位相空間の次
元を設定し、設定した位相空間上のデータ点の集
合についてフラクタル次元を演算し、演算したフ
ラクタル次元に基づいて眼球制御系の特性を定量
化する演参手段とを備えて構成される。より好ま
しくは、定量化した眼球制御系の特性と予め定め
られる標準値とを比較し、その比較結果を表示す
ることにより、眼球制御系を解析する。
視微動を解析するための眼球制御系の解析装置で
あつて、指標を注視しているときの眼球運動を検
出して二次元データを出力する眼球運動検出手段
と、二次元データを前処理して解析可能な固視微
動成分に相当するデータを抽出して位相空間の次
元を設定し、設定した位相空間上のデータ点の集
合についてフラクタル次元を演算し、演算したフ
ラクタル次元に基づいて眼球制御系の特性を定量
化する演参手段とを備えて構成される。より好ま
しくは、定量化した眼球制御系の特性と予め定め
られる標準値とを比較し、その比較結果を表示す
ることにより、眼球制御系を解析する。
［作用］
この発明に係る眼球制御系の解析装置は、指標
を注視しているときの眼球運動に基づく二次元デ
ータを前処理し、解析可能な固視微動成分に相当
するデータを抽出して位相空間の次元を設定し、
位相空間上のデータ点の集合についてフラクタル
次元の値や時間依存性を演算し、眼球制御系の疾
患などの定量的診断を行なう。
を注視しているときの眼球運動に基づく二次元デ
ータを前処理し、解析可能な固視微動成分に相当
するデータを抽出して位相空間の次元を設定し、
位相空間上のデータ点の集合についてフラクタル
次元の値や時間依存性を演算し、眼球制御系の疾
患などの定量的診断を行なう。
［発明の実施例］
第２図はこの発明の一実施例の概略ブロツク図
であり、第３図は強膜反射法により眼球の固視微
動を測定する方法を説明するための図である。
であり、第３図は強膜反射法により眼球の固視微
動を測定する方法を説明するための図である。
第２図および第３図を参照して、この発明の一
実施例の構成について説明する。センサ１は強膜
反射法により眼球の固視微動を測定するものであ
り、第３図に示すように、発光ダイオード１１に
よつて赤外光を眼球５に照射し、左右のフオトダ
イオード１２，１３によつて白目と黒目の境界に
おける反射光量を検出する。眼球の固視微動はフ
オトダイオード１２，１３の出力に表われ、この
検出出力はＡ／Ｄコンバータ２に与えられてデジ
タル化され、コンピユータ３に与えられる。コン
ピユータ３は眼球５の固視微動データを演算処理
し、フラクタル次元の値やフラクタル次元の時間
依存性を求め、表示装置４に表示させる。
実施例の構成について説明する。センサ１は強膜
反射法により眼球の固視微動を測定するものであ
り、第３図に示すように、発光ダイオード１１に
よつて赤外光を眼球５に照射し、左右のフオトダ
イオード１２，１３によつて白目と黒目の境界に
おける反射光量を検出する。眼球の固視微動はフ
オトダイオード１２，１３の出力に表われ、この
検出出力はＡ／Ｄコンバータ２に与えられてデジ
タル化され、コンピユータ３に与えられる。コン
ピユータ３は眼球５の固視微動データを演算処理
し、フラクタル次元の値やフラクタル次元の時間
依存性を求め、表示装置４に表示させる。
第１図はこの発明の一実施例の動作を説明する
ためのフロー図である。次に、第１図ないし第３
図を参照して、この発明の一実施例の具体的な動
作について説明する。コンピユータ３はＡ／Ｄコ
ンバータによつてデジタル化された固視微動デー
タを時系列な２次元サンプリングデータとし取込
む。ここでいう２次元データは任意の座標系すな
わち、極座標系や直交座標系上の座標に相当す
る。これらの座標軸の１つをxn(t)とすて固視微
動のフラクタル次元を導出する。時系列なサンプ
リングデータで簡単にフラクタル次元を計算する
方法として、たとえばN.B.Abraham et al.：
Phys.Lett.、VOl114A(5)．第217頁〜第221頁
（（1986）がある。コンピユータ３はデータの前処
理を行うために、時系列的な１次元データｘ(t)と
し、このデータから適当なサンプリング周期を選
び、離散的なデータ｛xi＝ｘ（ti）：ｉ＝１…Ｎ｝
を生成する。
ためのフロー図である。次に、第１図ないし第３
図を参照して、この発明の一実施例の具体的な動
作について説明する。コンピユータ３はＡ／Ｄコ
ンバータによつてデジタル化された固視微動デー
タを時系列な２次元サンプリングデータとし取込
む。ここでいう２次元データは任意の座標系すな
わち、極座標系や直交座標系上の座標に相当す
る。これらの座標軸の１つをxn(t)とすて固視微
動のフラクタル次元を導出する。時系列なサンプ
リングデータで簡単にフラクタル次元を計算する
方法として、たとえばN.B.Abraham et al.：
Phys.Lett.、VOl114A(5)．第217頁〜第221頁
（（1986）がある。コンピユータ３はデータの前処
理を行うために、時系列的な１次元データｘ(t)と
し、このデータから適当なサンプリング周期を選
び、離散的なデータ｛xi＝ｘ（ti）：ｉ＝１…Ｎ｝
を生成する。
次に、コンピユータ３は位相空間の次元の設定
を行なう。すなわち X1(i)＝（xi、xi+1）ただしｉ＝１、３、…、2n
＋１、…、Ｎ−１ としてxiの対X1を作成する。疑似位相空間上の軌
道X1はトポロジカルには位相空間上の（ｘ(t)、
ｖ(t)）と同等となる。ただし、ｖ(t)はｘ(t)の時間
微分（速度）を表す。
を行なう。すなわち X1(i)＝（xi、xi+1）ただしｉ＝１、３、…、2n
＋１、…、Ｎ−１ としてxiの対X1を作成する。疑似位相空間上の軌
道X1はトポロジカルには位相空間上の（ｘ(t)、
ｖ(t)）と同等となる。ただし、ｖ(t)はｘ(t)の時間
微分（速度）を表す。
次に、コンピユータ３は相関関数の計算を行な
う。すなわち、上述のN.B.Abraham et al.の方
法に従い、疑似位相空間上のデータ点の集合につ
いて、フラクタル次元として以下で定義する相関
次元を計算する。
う。すなわち、上述のN.B.Abraham et al.の方
法に従い、疑似位相空間上のデータ点の集合につ
いて、フラクタル次元として以下で定義する相関
次元を計算する。
相関次元の定義：
frac.dim＝log（Ｃ(r)／log(r)
ただし、
Ｃ(r)：相関関数、ｒ：各データ点間の距離
Ｃ(r)＝lim・１／N2・N
〓i N
〓j
Ｈ（ｒ−｜xi−xj｜）
xi：時刻tiにおける測定点の位置、
Ｈ(r)：Heaviside step関数
このようにして、固視微動を測定し、フラクタ
ル次元を計算し、そのフラクタル次元の値を予め
測定した標準的な健丈者の値や患者の値と比較
し、表示装置に表示される。
ル次元を計算し、そのフラクタル次元の値を予め
測定した標準的な健丈者の値や患者の値と比較
し、表示装置に表示される。
なお、前述の吉野誠司他が発表した両眼の眼球
運動の時間微分の相互相関から眼精疲労を評価す
る方法と同様にして被験者の見る指標を振動さ
せ、指標の動きに眼球運動、特にサツケードがど
のように追従するかを測定し、そのフラクタル次
元を計算するようにしてもよい。もし、完全に指
標の動きに追従すれば、そのフラクタル次元は１
となる。
運動の時間微分の相互相関から眼精疲労を評価す
る方法と同様にして被験者の見る指標を振動さ
せ、指標の動きに眼球運動、特にサツケードがど
のように追従するかを測定し、そのフラクタル次
元を計算するようにしてもよい。もし、完全に指
標の動きに追従すれば、そのフラクタル次元は１
となる。
また、W.N.Charman：“Fluctuations in
accommodation：ａ review”、Ophthal.
Physiol.Opt.、1988、８、第153頁〜第164頁によ
ると、調節にも眼球運動の場合の固視微動に相当
する微震運動（調節微動）があり、ノイズと見な
されている。そこで、この発明を適用して、微震
のフラクタル次元を解析するようにしてもよい。
accommodation：ａ review”、Ophthal.
Physiol.Opt.、1988、８、第153頁〜第164頁によ
ると、調節にも眼球運動の場合の固視微動に相当
する微震運動（調節微動）があり、ノイズと見な
されている。そこで、この発明を適用して、微震
のフラクタル次元を解析するようにしてもよい。
さらに、S.F.Stanten＆L.Stark：IEEE.、
BME−13、第140頁〜第152頁、1966によれば、
通常の瞳孔運動に２Hz程度の周波数で常に存在す
るノイズ成分が確かめられており、このノイズ成
分のフラクタル次元を計算するようにしてもよ
い。特に、瞳孔系は自立神経系によりコントロー
ルされており、眼科領域に限らず、精神疾患の診
断や各種内科系疾患の治療効果の評価（定量化）
に有用である。
BME−13、第140頁〜第152頁、1966によれば、
通常の瞳孔運動に２Hz程度の周波数で常に存在す
るノイズ成分が確かめられており、このノイズ成
分のフラクタル次元を計算するようにしてもよ
い。特に、瞳孔系は自立神経系によりコントロー
ルされており、眼科領域に限らず、精神疾患の診
断や各種内科系疾患の治療効果の評価（定量化）
に有用である。
第４図はこの発明のさらに他の実施例を示すフ
ロー図である。この第４図に示した実施例は、第
１図に示した測定データの入力からフラクタル次
元の計算までのステツプを用い、個々の眼球制御
系について同時にフラクタル次元の時間依存性を
解析し、その相互相関からシステムとして眼球の
総合的な指標を得るようにしたものである。すな
わち、適当な時間間隔でデータを切出し、その時
間間隔のデータに基づいてフラクタル次元の計算
を行ない、各時間間隔の計算結果として、横軸に
時間、縦軸にフラクタル次元をプロツトすればよ
い。
ロー図である。この第４図に示した実施例は、第
１図に示した測定データの入力からフラクタル次
元の計算までのステツプを用い、個々の眼球制御
系について同時にフラクタル次元の時間依存性を
解析し、その相互相関からシステムとして眼球の
総合的な指標を得るようにしたものである。すな
わち、適当な時間間隔でデータを切出し、その時
間間隔のデータに基づいてフラクタル次元の計算
を行ない、各時間間隔の計算結果として、横軸に
時間、縦軸にフラクタル次元をプロツトすればよ
い。
第５図はこの発明のさらに他の実施例を示すフ
ロー図である。この第５図に示した実施例は、上
述の実施例について述べてきたフラクタル次元の
拡張概念としてマルチフルクタル構造を特徴付け
るｆ（α）スペクトラム（T.C.Halsey et al.：
Phys.Rev.、A33（1986）、1141）を用いて位相空
間中のフラクタル次元の分布を調べるようにした
ものである。
ロー図である。この第５図に示した実施例は、上
述の実施例について述べてきたフラクタル次元の
拡張概念としてマルチフルクタル構造を特徴付け
るｆ（α）スペクトラム（T.C.Halsey et al.：
Phys.Rev.、A33（1986）、1141）を用いて位相空
間中のフラクタル次元の分布を調べるようにした
ものである。
上述の各実施例では、位相空間中のデータ点の
集合全体についてフラクタル次元を計算している
ため、位相空間中の各部分でのフラクタル次元の
揺らぎを無視している。マルチフラクタルでは、
位相空間中でのフラクタル次元の分布密度を考慮
するので、精密な数値化が可能となる。すなわ
ち、第５図に示すように、位相空間中のデータ点
の測定を一度に行ない、位相空間を部分空間に分
割した後、各部分空間でフラクタル次元を計算す
る。そして、表示装置４によつてフラクタル次元
のヒストグラムを、横軸をフラクタル次元にと
り、縦軸をその頻度としてグラフをプロツトす
る。
集合全体についてフラクタル次元を計算している
ため、位相空間中の各部分でのフラクタル次元の
揺らぎを無視している。マルチフラクタルでは、
位相空間中でのフラクタル次元の分布密度を考慮
するので、精密な数値化が可能となる。すなわ
ち、第５図に示すように、位相空間中のデータ点
の測定を一度に行ない、位相空間を部分空間に分
割した後、各部分空間でフラクタル次元を計算す
る。そして、表示装置４によつてフラクタル次元
のヒストグラムを、横軸をフラクタル次元にと
り、縦軸をその頻度としてグラフをプロツトす
る。
［発明の効果］
以上のように、この発明によれば、指標を注視
しているときの眼球運動に基づく固視微動成分を
測定し、従来、ノイズとしてほとんど無視されて
きた微少運動の中に含まれている眼球の情報をフ
ラクタル次元解析やマルチフラクタルから効率よ
く定量化することができる。その結果、非常に短
時間の演算で眼科、精神疾患における臨床診断や
治療の効果などを調べることができる。また、心
理学の分野においては、視覚心理実験の際に眼球
制御系の測定を併用することにより、視覚心理実
験の結果をフラクタル次元を用いて定量的に評価
することができる。
しているときの眼球運動に基づく固視微動成分を
測定し、従来、ノイズとしてほとんど無視されて
きた微少運動の中に含まれている眼球の情報をフ
ラクタル次元解析やマルチフラクタルから効率よ
く定量化することができる。その結果、非常に短
時間の演算で眼科、精神疾患における臨床診断や
治療の効果などを調べることができる。また、心
理学の分野においては、視覚心理実験の際に眼球
制御系の測定を併用することにより、視覚心理実
験の結果をフラクタル次元を用いて定量的に評価
することができる。
第１図はこの発明の一実施例の動作を説明する
ためのフロー図である。第２図はこの発明の一実
施例の概略ブロツク図である。第３図は強膜反射
法により眼球の固視微動を測定する方法を説明す
るための図である。第４図および第５図はこの発
明の他の実施例を示すフロー図である。 図において、１はセンサ、２はＡ／Ｄコンバー
タ、３はコンピユータ、４は表示装置、５は眼
球、１１は発光ダイオード、１２，１３はフオト
ダイオードを示す。
ためのフロー図である。第２図はこの発明の一実
施例の概略ブロツク図である。第３図は強膜反射
法により眼球の固視微動を測定する方法を説明す
るための図である。第４図および第５図はこの発
明の他の実施例を示すフロー図である。 図において、１はセンサ、２はＡ／Ｄコンバー
タ、３はコンピユータ、４は表示装置、５は眼
球、１１は発光ダイオード、１２，１３はフオト
ダイオードを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 指標を注視しているときの眼球の固視微動を
解析するための眼球制御系の解析装置であつて、 前記指標を注視しているときの眼球運動を検出
して二次元データを出力する眼球運動検出手段
と、 前記二次元データを前処理して解析可能な固視
微動成分に相当するデータを抽出して位相空間の
次元を設定し、前記設定した位相空間上のデータ
点の集合についてフラクタル次元を演算し、演算
したフラクタル次元に基づいて、眼球制御系の特
性を定量化する演算手段とを備えた、眼球制御系
の解析装置。 ２ 前記定量化した眼球制御系の特性と予め定め
る標準値とを比較し、その比較結果を表示するこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の眼
球制御系の解析装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326283A JPH04193255A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 眼球制御系の解析装置 |
| US07/760,442 US5212506A (en) | 1990-11-27 | 1991-09-17 | Analysis method of eyeball control system |
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