JP2023032224A - Eye position abnormality detection system, eye position abnormality detection method, and eye position abnormality detection program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼位異常検出システム、眼位異常検出方法、及び、眼位異常検出プログラムに関し、特に、視線追跡機能付きHMDを用いて、眼位検査を自動化し、眼位異常のスクリーニングを助けることができる簡易的な眼位異常検出システム、眼位異常検出方法、及び、眼位異常検出プログラムに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an eye position abnormality detection system, an eye position abnormality detection method, and an eye position abnormality detection program, and in particular, an HMD with a line-of-sight tracking function is used to automate an eye position examination and assist in screening for eye position abnormality. The present invention relates to a simple eye position abnormality detection system, an eye position abnormality detection method, and an eye position abnormality detection program.
一般に、眼疾患に関する眼(見え方)の異常に対しては、早期発見と早期治療が必要であることが知られている。中でも、眼疾患として代表的な斜視・斜位などの眼位異常は、後に立体視不良や眼精疲労を引き起こす要因となるため、早期発見と早期治療を行うことが必要である。 In general, it is known that early detection and early treatment are necessary for eye (how to see) abnormalities related to eye diseases. Among them, eye position abnormalities such as strabismus and oblique position, which are typical eye diseases, are factors that later cause poor stereoscopic vision and asthenopia, so early detection and early treatment are necessary.
ここで、斜視とは、両眼視した際に片眼は目標のほうに正しく向いているが、もう一方の眼の視線が逸れている状態のことである。また、斜位とは、両眼視した際には異常はみられないが、片眼が塞がれた際に視線が逸れる状態のことである。特に斜視は弱視を引き起こす危険因子でもあり、斜視をいかに低年齢で発見し治療を開始できるかということは、小児眼科学の大きな研究テーマである。 Here, strabismus refers to a state in which one eye is properly directed toward a target in binocular vision, but the line of sight of the other eye is off. Further, oblique position is a state in which no abnormalities are observed in binocular vision, but the line of sight deviates when one eye is occluded. In particular, strabismus is a risk factor that causes amblyopia, and how to detect strabismus at an early age and start treatment is a major research theme in pediatric ophthalmology.
しかしながら、眼位異常の診断は難しく、眼科医や視能訓練士による検査が必要であるが、この種の有資格者は慢性的に不足しているといわれている。以上のことから、有資格者不在で眼位検査が行える簡易システムの開発には大きな意義がある。ところが、現在の眼位検査を含む視覚機能検査では、デジタル化・システム化がほとんど行われていない。数少ないデジタル化の研究事例があるが、この研究で用いられている眼球測定装置の適用可能範囲は、外斜視に関する診断に限定されている。その理由は、外斜視以外は測定中の眼位が定まりにくく、眼球偏位量を一意に特定することが難しいためである。ただし、眼位異常を示す「測定中の眼球の動き」自体が検出不能な程小さいわけではない。このため、斜視・斜位の有無のスクリーニングだけでもデジタル化・システム化を行い、自動化することの意義は大きい。 However, it is difficult to diagnose eye position abnormalities, and examinations by ophthalmologists and orthoptists are necessary, but it is said that there is a chronic shortage of qualified persons for this type of diagnosis. From the above, it is of great significance to develop a simple system that can perform an eye position examination without a qualified person. However, visual function tests including current eye position tests have hardly been digitized and systematized. Although there are few digitized studies, the applicability of the oculometric device used in this study is limited to the diagnosis of exotropia. The reason for this is that it is difficult to determine the eye position during measurement except for exotropia, and it is difficult to uniquely specify the amount of eyeball deviation. However, the "movement of the eyeball during measurement" itself, which indicates an eye position abnormality, is not so small that it cannot be detected. For this reason, it is of great significance to digitize, systematize, and automate screening for the presence or absence of strabismus and obliques.
ここで、本願発明に関連する従来技術としての特許文献について説明する。特許文献1には、「例えば眼科医院等で使用され、視野計等や斜視や斜位、視線方向の測定等に適用される視線方向検出装置に関する」(特許文献1の明細書段落「0001」参照。)技術分野において、「個人差によらずに高精度に視線方向の検出が可能な視線方向検出装置を提供する」(同段落「0008」参照。)ことを目的として、「虹彩を含む瞳孔域を二次元撮像素子で撮影する撮像手段と、虹彩を含む瞳孔域を照明する光源と、該光源で照明された被検眼に所定方向の複数の視標を逐次に予備呈示し、前記予備提示された視標の位置とそのときの前記撮像手段により撮像された瞳孔像と前記光源の角膜反射像との相対位置とから個々の被検眼に対する視線方向と前記相対位置との関係を表すパラメータを算出して記憶する記憶手段と、その後の測定時は被検眼の前記瞳孔像と前記光源の角膜反射像との相対位置関係及び前記記憶したパラメータとを用いて被検眼の視線方向を算出する算出手段とを有することを特徴とする視線方向検出装置。」(特許文献1の「請求項1」参照。)が記載されている
Here, patent documents as prior art related to the present invention will be described. In
また、特許文献2には、「変位測定装置、変位測定方法、及びプログラムに関する」(特許文献2の明細書段落「0001」参照。)技術分野において、「被検者の視線の変位を測定可能な、変位測定装置を提供する」(同段落「0011」参照。)ことを目的として、「所定の視標に対して相対的に固定され、被検者の少なくとも眼周辺の領域を撮像する撮像装置から撮像画像を取得して、被検者の左右眼の瞳孔中心の三次元位置を検出する処理と、被検者の左右眼の角膜頂点の三次元位置を検出する処理と、前記左右眼の瞳孔中心が前記視標に対してなす、第一の角度を算出する処理と、前記左右眼の角膜頂点が前記視標に対してなす、第二の角度を算出する処理と、前記第一の角度と前記第二の角度の差である第1の変位角を算出する処理と、を実行することを特徴とする変位測定装置」(特許文献2の「請求項1」参照。)が記載されている。
In addition, in
また、特許文献3には、「被検者の視機能の検査を行う眼科装置に関する」(特許文献3の明細書段落「0001」参照。)技術分野において、「眼位に関する状態の他覚的な検査を適切に行うことが可能な眼科装置を提供すること」(同段落「0005」参照。)を目的として、「被検者の視機能の検査を行う眼科装置であって、前記被検者の左眼および右眼の前眼部画像を撮影する前眼部撮影部と、前記被検者の左眼および右眼の少なくとも一方に固視標を呈示する固視標呈示部と、前記眼科装置の制御を司る制御部と、を備え、前記制御部は、前記前眼部撮影部によって撮影された前記前眼部画像を処理することで、前記被検者の左眼および右眼の眼位を測定すると共に、前記被検者の左眼および右眼の少なくとも一方に対する前記固視標の呈示と非呈示が切り替えられた呈示切替時よりも後のタイミング、および、前記呈示切替時以前のタイミングを含む少なくとも2つのタイミングにおける前記左眼および前記右眼の眼位の測定結果に基づいて、前記被検者の眼位の状態を示す眼位状態情報を生成することを特徴とする眼科装置。」(特許文献3の「請求項1」参照。)が記載されている。
In addition, in
また、特許文献4には、「ディスプレイ上に表示される視標をユーザーが視認しているかどうかを判定する視標視認判定システムに関する」(特許文献4の明細書段落「0001」参照。)技術分野において、「ユーザーが視標を視認しているか否かを自動で高精度に判定することのできる視標視認判定システムを提供する」(同段落「0007」参照。)ことを目的として、「表示される視標をユーザーが視認しているかどうかを判定する視標視認判定システムにおいて、前記視標を表示するディスプレイと、前記ユーザーの視線を検出して前記視線の方向に関する視線情報を出力する視線検出部と、前記視線情報のログを記録する記憶装置と、前記視標の位置情報と前記視線情報とに基づき、前記ユーザーが前記視標を視認しているか否かを判定する視認判定部であって、前記視線が前記視標に近接しているか否かを判定する視標近接判定部と、前記視線が所定の時間、所定の座標位置近傍に位置し続けているか否かを判定する凝視判定部と、を備え、前記視標近接判定部が近接していると判定すると共に、前記凝視判定部が位置し続けていると判定した場合に、前記ユーザーが前記視標を視認していると判定する視認判定部と、を備えることを特徴とする視標視認判定システム」(特許文献4の「請求項1」参照。)が記載されている。
In addition,
上記特許文献1には、「斜視測定」について「斜視測定用の固視光源を健眼と患眼に順次に提示し、その際の患眼の角膜反射像と瞳孔像をテレビカメラ120で撮像し、得られたビデオ信号から演算部122によって距離dx、dyを求め、(2) 、(3) 式により角度θx とθy の値を求め、更に(4) 、(5) 式によって角度θと方位角φを求める。健眼による固視時の患眼の眼位と、患眼に固視させた時の患眼の眼位との差から斜視を測定する。このとき、角度θが斜視角度即ち視線方向の傾きとなり、方位角φがその方向を表すことになる。斜視測定用の固視光源は、装置の外部の遠方位置に置くようにしてもよい。また、近見時の斜視を測定する場合には、固視光源を被検眼Eの近方に配置するようにする」(明細書段落「0056」-「0057」参照。)との記載はあるが、「斜位」の測定については、何ら記載されていない。また、例えば、図1、図5、及び、その説明から読み取れるように、特許文献1に記載の「視線方向検出装置」は、装置規模が大きく、さらなる簡素化が求められる。
Regarding "squint measurement", the above-mentioned
上記特許文献2には、「眼位の状態は両眼視能に大きく影響する。眼位の状態とは、例えば、両眼視眼位(両眼開放で見ているときの眼位)および融像除去眼位(片眼を遮蔽して融像を除去したときの眼位)ともに偏位のない正位、両眼視眼位は偏位がないが融像除去眼位が偏位する斜位、両眼視眼位および融像除去眼位ともに偏位する斜視等である。また、角膜反射と瞳孔中央とにずれが見られる臨床的γ角(κ角)異常、黄斑部に偏位が見られる黄斑偏位等の見かけの斜視は、偽斜視と称される」(段落「0003」参照。)との記載はあるが、「斜視」と「斜位」の判別については何ら記載されていない。
また、上記特許文献1及び2には、斜視や斜位を判定するためのACT(Alternating-Cover Test)やCUT(Cover-Uncover Test)について、何ら開示されていない。
In the
In addition,
上記特許文献3には、「カバーアンカバーテスト」についての記載(段落「0004」参照。)、「斜視」及び「斜位」の具体的な検査手段・検査方法についての記載(段落「0009」-「0144」、図1-図16参照。)がある。しかしながら、特許文献3に記載された「眼科装置」は、図1及びその説明(段落「0038」-「0039」参照。)から、装置が大型であり、さらなる小型化が望まれる。
上記特許文献4には、「視標視認判定システム1は、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)10と、制御装置30と、HMD10と制御装置30とを接続する通信用のケーブル60とを備えている」(段落「0014」参照。)と記載されており、上記特許文献1-3に比べ、装置の小型化が図られている。しかしながら、特許文献4には、斜視・斜位などの眼位異常とその検出装置・方法等については、何ら記載も示唆もない。
In
そこで、本発明では、主に斜視・斜位の鑑別を行う定性検査の代表的な検査方法である「Cover-Test(ACT及びCUT)」による眼位検査を自動化し、眼位異常のスクリーニングを助ける簡易な眼位異常検出システム、眼位異常検出方法、及び、眼位異常検出プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the eye position test is automated by the "Cover-Test (ACT and CUT)", which is a typical qualitative test method that mainly distinguishes between strabismus and oblique, to screen for eye position abnormalities. An object of the present invention is to provide a simple eye position abnormality detection system, an eye position abnormality detection method, and an eye position abnormality detection program.
また、本発明では、視線追跡を追加したヘッドマウントディスプレイ(HMD)を利用し、仮想現実下で検査環境を作成し、その中でCover-Testを実施し、同時に視線追跡により取得した眼球データを用いて、眼位異常の定量化を行うことができる眼位異常検出システム、眼位異常検出方法、及び、眼位異常検出プログラムを提供することを目的とする。 In addition, in the present invention, a head-mounted display (HMD) with eye-tracking added is used to create an examination environment under virtual reality. It is an object of the present invention to provide an eye position abnormality detection system, an eye position abnormality detection method, and an eye position abnormality detection program capable of quantifying an eye position abnormality.
また、本発明では、簡単な構成で、かつ、高度な専門知識に基づく経験や資質が不要な眼位異常検出システム、眼位異常検出方法、及び、眼位異常検出プログラムを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an eye position abnormality detection system, an eye position abnormality detection method, and an eye position abnormality detection program that have a simple configuration and do not require experience or qualifications based on advanced specialized knowledge. and
そこで、本発明の請求項1に係る眼位異常検出システムは、視線追跡機能付きHMDを用いた眼位異常検出システムであって、該眼位異常検出システムは、前記視線追跡機能付きHMD(ヘッドマウントディスプレイ)と、該視線追跡機能付きHMDの検査動作を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、現実の検査室を仮想化した仮想検査室と、該仮想検査室内に表示される指標と、左右それぞれの眼を遮蔽するための遮蔽物とを備えた仮想の検査環境を前記HMDに表示させる検査実施部を含むことを特徴とする。
Therefore, an eye position abnormality detection system according to
また、本発明の請求項2に係る眼位異常検出システムは、請求項1に記載の眼位異常検出システムであって、前記遮蔽物による左右の眼の遮蔽又は除去の手順が、少なくともACT(Alternating-Cover Test)またはCUT(Cover-Uncover Test)のいずれかに従って実行されるように構成され、
前記遮蔽又は除去の動作は、前記左右の眼の直前に置かれた前記遮蔽物の可視化又は不可視化のいずれかによって実行されるように構成されることを特徴とする。
Further, the eye position abnormality detection system according to
The act of shielding or removing is configured to be performed by either visualization or non-visualization of the shield placed in front of the left and right eyes.
また、本発明の請求項3に係る眼位異常検出システムは、請求項2に記載の眼位異常検出システムであって、前記コントローラは、前記左右の眼の遮蔽又は除去の動作に伴う前記左右の眼の動きを示す眼球データを取得する眼位計測部と、前記眼球データに基づいて、斜視又は斜位の程度を定量化して算出する評価部とをさらに含み、前記評価部は、前記ACTによる検査では、両眼の全偏位量を算出し、前記CUTによる検査では、斜視偏位量又は斜位偏位量を算出し、前記全偏位量、前記斜視偏位量、前記斜位偏位量に基づいて、斜視と斜位の判定を行うことを特徴とする。
Further, the eye position abnormality detection system according to
また、本発明の請求項4に係る眼位異常検出システムは、請求項3に記載の眼位異常検出システムであって、前記全偏位量、前記斜視偏位量、前記斜位偏位量は、プリズム量で算出されることを特徴とする。
Further, an eye position abnormality detection system according to
また、本発明の請求項5に係る眼位異常検出システムは、請求項3又は請求項4に記載の眼位異常検出システムであって、前記眼位計測部は、前記左右の眼の動きから取得されたデータの中から無効データを除去し、または、前記左右の眼の動きから取得されたデータに潜時の影響を補正することを特徴とする。
Further, according to
また、本発明の請求項6に係る眼位異常検出システムは、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の眼位異常検出システムであって、前記HMDは、キャリブレーション部をさらに有し、該キャリブレーション部は、少なくとも前記HMDの装着位置の調整、瞳孔間距離の調整、視線情報の更正のいずれかを実行することを特徴とする。
Further, an eye position abnormality detection system according to
そして、本発明の請求項7に係る眼位異常検出方法は、視線追跡機能付きHMDを用いた眼位異常検出方法であって、該視線追跡機能付きHMDの検査動作を制御するコントローラが、現実の検査室を仮想化した仮想検査室と、該仮想検査室内に表示される指標と、左右それぞれの眼を遮蔽するための遮蔽物とを備えた仮想の検査環境を前記HMDに表示させる検査実施ステップを含むことを特徴とする。
An eye position abnormality detection method according to
また、本発明の請求項8に係る眼位異常検出方法は、請求項7に記載の眼位異常検出方法であって、前記検査実施ステップにおいて、前記コントローラは、前記遮蔽物による左右の眼の遮蔽又は除去の手順を、少なくともACT(Alternating-Cover Test)またはCUT(Cover-Uncover Test)のいずれかに従って実行し、前記遮蔽又は除去の動作は、前記左右の眼の直前に置かれた前記遮蔽物の可視化又は不可視化のいずれかによって実行することを特徴とする。
Further, the eye position abnormality detection method according to
また、本発明の請求項9に係る眼位異常検出方法は、請求項8に記載の眼位異常検出方法であって、前記コントローラが、前記左右の眼の遮蔽又は除去の動作に伴う前記左右の眼の動きを示す眼球データを取得する眼位計測ステップと、前記眼球データに基づいて、斜視又は斜位の程度を定量化して算出する評価ステップとをさらに含み、前記評価ステップにおいて、前記コントローラは、前記ACTによる検査では、両眼の全偏位量を算出し、前記CUTによる検査では、斜視偏位量又は斜位偏位量を算出し、前記全偏位量、前記斜視偏位量、前記斜位偏位量に基づいて、斜視と斜位の判定を行うことを特徴とする。
Further, an eye position abnormality detection method according to
また、本発明の請求項10に係る眼位異常検出方法は、請求項9に記載の眼位異常検出方法であって、前記全偏位量、前記斜視偏位量、前記斜位偏位量は、プリズム量で算出されることを特徴とする。
Further, an eye position abnormality detection method according to claim 10 of the present invention is the eye position abnormality detection method according to
また、本発明の請求項11に係る眼位異常検出方法は、請求項9又は請求項10に記載の眼位異常検出方法であって、前記眼位計測ステップにおいて、前記コントローラは、前記左右の眼の動きから取得されたデータの中から無効データを除去し、または、前記左右の眼の動きから取得されたデータに潜時の影響を補正することを特徴とする。
An eye position abnormality detection method according to claim 11 of the present invention is the eye position abnormality detection method according to
そして、本発明の請求項12に係るプログラムは、コンピュータに請求項7乃至11いずれかに記載の方法を実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
A program according to claim 12 of the present invention is characterized by being a program for causing a computer to execute the method according to any one of
本発明によれば、以下の優れた効果がある、
(1)VRを用いて仮想の検査室を作成し、その中で視標提示を行い、開遮蔽の操作を行いながら眼位を取得した。仮想の環境を利用することで現実世界で広い部屋を用意する必要がなくなり、省スペースで検査を実施することができるという顕著な効果を奏する。
(2)利用するHMDは装着の違和感が少なく、被検者への負担を少なくすることができるという顕著な効果を奏する。
(3)VR上にシステムを構築することでHMDの装着、視標提示、眼の開遮蔽、眼位の取得、解析などをシステム側のプログラムで完全に制御可能なため、検査の自動化と省力化を行うことができるという顕著な効果を奏する。
(4)有資格者不在でも眼位異常検査を実施できるので、眼科医や視能訓練士などの国家資格を持った医療技術者の慢性的な人員不足を解消することができ、特に、3歳児健診や就学前健診等で、現状よりも適切なスクリーニングを実施することができるという顕著な効果を奏する。
(5)成人の眼筋麻痺による麻痺性斜視のスクリーニングのために活用することで、眼筋麻痺の原因となっている成人の様々な重大疾患の早期発見に寄与することができるという顕著な効果を奏する。
According to the present invention, there are the following excellent effects,
(1) A virtual examination room was created using VR, a visual target was presented in the room, and the eye position was acquired while the open-shield operation was performed. By using the virtual environment, there is no need to prepare a large room in the real world, and there is a remarkable effect that the inspection can be performed in a small space.
(2) The HMD to be used is less uncomfortable to wear, and has a remarkable effect of reducing the burden on the subject.
(3) By constructing the system on VR, it is possible to completely control the wearing of the HMD, the presentation of the visual target, the opening and closing of the eyes, the acquisition of the eye position, the analysis, etc. by the program on the system side. It has a remarkable effect of being able to perform conversion.
(4) Since an eye position abnormality test can be performed without a qualified person, it is possible to solve the chronic shortage of medical technicians with national qualifications such as ophthalmologists and orthoptists. It is possible to perform a more appropriate screening than the current situation, which is a remarkable effect in medical checkups for children aged 10 and older, preschool medical checkups, and the like.
(5) Remarkable effect that it can contribute to the early detection of various serious adult diseases that cause ophthalmoplegia by utilizing it for screening for paralytic strabismus due to ophthalmoplegia in adults. play.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
本発明の一実施形態では、眼位検査を自動化し、眼位異常のスクリーニングを助ける簡易な検査サポートシステムを開発する。眼位検査としては、主に斜視・斜位の鑑別を行う定性検査の代表的な検査方法である「Cover-Test」を利用する。また、開発したシステムでは、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)に更に視線追跡を追加した機器である「VIVE Pro Eye」(商品名)を利用する。仮想現実下で検査環境を作成し、その中でCover-Testを実施する。同時に視線追跡により取得した眼球データを用いて、眼位異常の定量化を行う。このシステムは、狭い部屋で検査を実施でき、操作が非常にシンプルである。そのため、有資格者でなくとも簡単に検査が実施でき、検査機会の増加や眼位異常の早期発見に寄与できる。 In one embodiment of the present invention, a simple test support system is developed that automates eye position testing and aids in screening for eye position abnormalities. As an eye position test, the “Cover-Test”, which is a typical qualitative test method that mainly distinguishes between strabismus and obliques, is used. In addition, the developed system uses "VIVE Pro Eye" (trade name), which is a head-mounted display (HMD) with eye tracking added. A test environment is created under virtual reality, and Cover-Test is performed in it. At the same time, eye position abnormality is quantified using eyeball data obtained by eye tracking. The system can be used in small rooms and is very simple to operate. Therefore, even an unqualified person can easily perform the examination, which contributes to an increase in examination opportunities and early detection of eye position abnormality.
以下、本発明において検出したい眼位異常である斜視・斜位とそれらの検査方法について述べる。眼の疾患の中で、早期発見や早期治療が求められているものに、斜視や斜位などの眼位異常がある。これらの眼位異常を調べる眼位検査には、大きく分けて、定性検査と定量検査の2種類がある。定性検査として代表的な「Cover-Test」では、被検者が遮眼子で片目ずつ遮蔽-非遮蔽した時の眼球の動きにより、斜視・斜位であるかないか、また、どのような性質の斜視かを見極める。その結果から、融像や立体視など両眼視機能異常の有無が推測可能である。一方、定量検査は、斜視・斜位の程度を測定する検査であり、結果は数値で表される。具体的には、図1に示すように、異常とされる眼の視線、斜視眼回旋点、固視点を結ぶ線がなす角(斜視角)を数値で求める。検査方法は、他覚的検査法と自覚的検査法があるが、他覚的検査法では、検査を実施する眼科医や視能訓練士の経験年数や技量に結果が左右されるといった問題点がある。また、自覚的検査法では、検査に対する患者の協力性(指標をきちんと注視してくれるか)などが大きく影響するといった問題点がある。
以下に、基本概念として、斜視・斜位の他覚的定性検査方法であるCover-Test、自覚的定量検査方法としてのMaddox小桿を用いた眼位検査、及び、今回提案するシステムの必要性について述べる。
In the following, strabismus and squint, which are eye position abnormalities to be detected in the present invention, and examination methods thereof will be described. Eye position abnormalities such as strabismus and oblique position are eye diseases that require early detection and early treatment. Eye position examinations for examining these eye position abnormalities are roughly divided into two types: qualitative examinations and quantitative examinations. In the "Cover-Test", which is a typical qualitative test, the movement of the eyeballs when the subject covers and uncovers each eye with an ocular occluder determines whether or not they are strabismus or oblique, and what kind of characteristics they have. squint. From the results, it is possible to infer the presence or absence of abnormal binocular vision such as fusion and stereopsis. On the other hand, a quantitative test is a test that measures the degree of strabismus/oblique posture, and the results are expressed numerically. Specifically, as shown in FIG. 1, an angle (perspective angle) formed by a line connecting the line of sight of the abnormal eye, the squint eye rotation point, and the fixation point is obtained numerically. There are objective examination methods and subjective examination methods for examination methods, but the problem with objective examination methods is that the results depend on the years of experience and skills of the ophthalmologists and orthoptists who conduct the examination. There is In addition, the subjective examination method has a problem that the patient's cooperation with the examination (whether he or she carefully observes the index) is greatly affected.
Below are the basic concepts of the Cover-Test, an objective qualitative test method for strabismus and obliques, eye position test using the Maddox rod as a subjective quantitative test method, and the necessity of the proposed system. about.
[斜視・斜位]
眼位異常としては斜視と斜位がある(例えば、非特許文献6参照。)。斜視とは、恒常性の眼球偏位(偏り)があり、これに両眼視の異常や弱視を伴う症候群である。一方斜位とは、両眼でとらえた二つの像を一つにするための機能である融像が妨げられたときにはじめて眼球偏位が現れる眼位異常である。これに対し、片眼遮蔽して(融像除去眼位)も常に固視点に視線を向け続けるものを正位(Orthophoria)と呼ぶ(例えば、非特許文献7参照。)。これらの病態を区別するには視方向が同じであるかどうかが重要である。
[Strabismus/Oblique]
Eye position abnormalities include strabismus and oblique position (see, for example, Non-Patent Document 6). Strabismus is a syndrome of constant ocular deviation (bias) accompanied by abnormal binocular vision and amblyopia. Oblique position, on the other hand, is an eye position abnormality in which eyeball deviation appears only when fusion, which is the function to combine two images captured by both eyes, is disturbed. On the other hand, a person who keeps looking at the fixation point even when one eye is shielded (eye position to remove fusion) is called Orthophoria (for example, see Non-Patent Document 7). The same viewing direction is important to distinguish between these pathologies.
視方向とは、主観的な物体へ向けている眼の方向のことであり、正位では、図2(a)に示すように、この視方向が左右眼とも同一である。しかし、斜視や斜位では、図2(b)に示すように、遮蔽によってその視方向にズレが生じる。図3に示すように、そのズレる方向によって、内側であれば内斜視(位)、外であれば外斜視(位)、上を向けば上斜視(位)、下を向けば下斜視(位)に分けられる。斜視や斜位が生じる原因には様々なものがあり、眼球を動かす筋肉や脳の神経、眼球の周りの骨の異常、視力の異常、両眼視機能の異常で起こる。これらの斜視や斜位の鑑別には、Cover-Testが使用される。 The visual direction is the direction of the eye toward a subjective object, and in the upright position, the visual direction is the same for both the left and right eyes, as shown in FIG. 2(a). However, as shown in FIG. 2(b), in the oblique or oblique position, the viewing direction is deviated due to shielding. As shown in Fig. 3, depending on the direction of deviation, if it is inward, it is esotropia (position), if it is outside, it is exotropia (position), if it is facing upward, it is oblique (position), and if it is facing down, it is oblique (position). ). There are various causes of strabismus and oblique position, and they are caused by abnormalities in the muscles that move the eyeballs, brain nerves, bones around the eyeballs, visual acuity abnormalities, and binocular visual function abnormalities. The Cover-Test is used to distinguish strabismus and squint.
[Cover-Test]
Cover-Testとは、片眼を遮蔽したときの眼の動きで斜視と斜位を鑑別する検査手法である。片眼を遮蔽した時に、遮蔽していない反対側の片眼が動けば斜視、また、遮蔽した方の片眼が遮蔽を取ったとき動けば斜位と判定される。一回の遮蔽時間は2~3秒程度である。試験方式としては、ACT(Alternating-Cover Test)と、CUT(Cover-Uncover Test)の2種類がある。ACTでは、片眼を常に遮蔽することによって融像の機会を与えないことにより顕性と潜伏性を含めた全偏位量の検出を行う(斜視/斜位の鑑別は行わない)。CUTでは、片眼を遮蔽し、次いで遮蔽を除去したときの眼の動き、およびもう片眼の動きを観察することで斜視/斜位/正位の鑑別を行う。両者の違いとしては、斜視(斜位)を表す同じ眼球の動きであっても、CUTで検出される動きとACTの動きとではACTの方が大きい(潜在性を含めた全偏位量を検出する)ことが示されている。また、CUTからは、斜視・斜位の有無のみならず、融像能力等の両眼視能力の程度の鑑別も可能であることが示されている。以下に、ACT及びCUTについて述べる。
[Cover-Test]
The Cover-Test is a test method that distinguishes between strabismus and squint by eye movement when one eye is covered. If one eye is shielded and the opposite eye that is not shielded moves, it is determined to be strabismus, and if the shielded eye moves when the eye is unshielded, it is determined to be oblique. The shielding time for one time is about 2 to 3 seconds. There are two types of test methods: ACT (Alternating-Cover Test) and CUT (Cover-Uncover Test). In ACT, the total amount of deviation, including overt and latent, is detected by blocking one eye at all times to prevent fusion (distinguishing between strabismus and obliqueness is not performed). CUT discriminates strabismus/oblique/orthotopic by obscuring one eye and then observing the movement of the eye when the obscuration is removed and the movement of the other eye. The difference between the two is that even with the same eyeball movement representing strabismus (oblique), the movement detected by CUT and the movement detected by ACT are larger in ACT (total deviation including latent). detect). In addition, it has been shown that CUT can distinguish not only the presence or absence of strabismus and obliques, but also the degree of binocular vision such as fusion ability. ACT and CUT are described below.
[ACT(Alternating-Cover Test]
ACT(Alternating-Cover Test,交代遮蔽試験)とは、常に片眼を交互に遮蔽する試験のことである。常に片眼を遮蔽して融像を妨害することにより、斜視または潜伏性の眼位ずれ(斜位)の総和(全偏位量)を求める。被検者には、固視目標を注視するよう指示し、まず、一眼を2~3秒間遮蔽する。ついで遮蔽を他眼へ移し、2~3秒間遮蔽した後、再び遮蔽を他眼に移す。この操作を繰り返し、遮蔽を除去されたほうの眼の動きを観察する。遮蔽を除去された眼が動けば斜視または斜位が存在する。遮蔽除去した眼が動かなければ正位である。図4に、検査の一例を示す。
[ACT (Alternating-Cover Test)]
ACT (Alternating-Cover Test) is a test in which one eye is always alternately covered. The total amount of strabismus or latent eye misalignment (oblique position) (total deviation) is determined by always blocking one eye to prevent fusion. Subjects are instructed to gaze at the fixation target and first occlude one eye for 2-3 seconds. The occlusion is then transferred to the other eye, and after 2-3 seconds of occlusion, the occlusion is transferred to the other eye again. Repeat this operation and observe the movement of the unoccluded eye. If the unoccluded eye moves, strabismus or strabismus is present. The deoccluded eye is upright if it does not move. FIG. 4 shows an example of inspection.
例えば、内斜視または内斜位の場合、いずれの場合も、
1.左眼遮蔽で左眼は内側を向いている(図4(A)参照。)。
2.遮蔽を左眼から右眼へ移すと、左眼が視標を捉えるために右に動き、それに連動して右眼も右に動く(図4(B)参照。)。
3.遮蔽を右眼から左眼へ戻すと、右眼が視標を捉えるために左に動き、それに連動して左眼も左に動く(図4(C)参照。)。
4.再び遮蔽を右眼に戻せば、左眼が視標を捉えるために右に動き、それに連動して右眼も右に動く(図(D)参照。)。
For example, in the case of esotropia or esophagus, in either case:
1. The left eye is turned inward due to left eye deprivation (see Fig. 4(A)).
2. When the shield is transferred from the left eye to the right eye, the left eye moves to the right to catch the target, and the right eye also moves to the right (see Fig. 4(B)).
3. When the shield is returned from the right eye to the left eye, the right eye moves to the left to catch the target, and the left eye moves to the left accordingly (see Fig. 4(C)).
4. When the shield is returned to the right eye, the left eye moves to the right to catch the target, and the right eye moves to the right accordingly (see Figure (D)).
この際に動く各眼の眼の動きの総和が全偏位量(図4(A)の偏位量と、図4(B)の偏位量の和)である。全偏位量は、図5に示すように、角度で表す場合もある。例えば、内斜視(位)の場合において、左眼を遮蔽したとする。このとき、本来の視方向と現在向いている方向のなす角は図5(a)に示す角度αである。同様に右眼を遮蔽したとすると、本来の視方向と現在向いている方向のなす角は図5(b)に示す角度βである。このとき、全偏位量を角度で表すと、「α+β」である。実際には、この角度はプリズム量(プリズム量については、後述する。)として定量化される。これを行う試験を、APCT(Alternate-Prism Cover Test、交代プリズム遮蔽試験)と呼ぶ。 The total amount of eye movement of each eye that moves at this time is the total amount of displacement (the sum of the amount of displacement in FIG. 4A and the amount of displacement in FIG. 4B). The total deflection may also be expressed in degrees, as shown in FIG. For example, assume that the left eye is occluded in the case of esotropia (posture). At this time, the angle formed by the original viewing direction and the currently facing direction is the angle α shown in FIG. 5(a). Similarly, if the right eye is shielded, the angle between the original viewing direction and the current viewing direction is the angle β shown in FIG. 5(b). At this time, if the total amount of displacement is represented by an angle, it is "α+β". In practice, this angle is quantified as an amount of prism (the amount of prism will be described later). A test that does this is called the APCT (Alternate-Prism Cover Test).
[CUT(Cover-Uncover Test)]
CUT(Cover-Uncover Test,遮蔽-除去試験)とは、片眼を遮蔽し、次いで遮蔽を除去したときの眼の動き、およびもう片眼の動きを観察することにより、斜視/斜位/正位の鑑別を行う試験である。固視目標を注視するよう指示し、一眼を遮蔽し、このときの他眼の動きを観察する。正位または斜位の場合には、左右どちらの眼を遮蔽しても、遮蔽した眼は動かない。斜視があれば、視標を固視しているほうの眼を遮蔽すると、他眼が視標を固視しようとして動く。図6は、CUTでの斜位の場合の眼の動きを示す。
[CUT (Cover-Uncover Test)]
CUT (Cover-Uncover Test) covers one eye and then observes the movement of the eye when the cover is removed and the movement of the other eye to determine strabismus/oblique/orthoscopic. It is a test to discriminate the rank. Instruct the subject to gaze at the fixation target, block one eye, and observe the movement of the other eye at this time. In the upright or oblique position, the occluded eye does not move regardless of whether the left or right eye is occluded. With strabismus, when the eye fixating on the target is blocked, the other eye moves to fixate on the target. FIG. 6 shows eye movements in the case of oblique position on the CUT.
内斜位の場合、
1.両眼開放下では眼位ずれはみられない(図6(A)参照。)。
2.一眼を遮蔽することで融像が破れ、遮蔽下では遮蔽した眼が内斜偏位を示す(図6(B)参照。)。
3.遮蔽を除去すれば、再び融像力が作用するので、右眼は元の位置に戻る(図6(C)参照。)。
4.次に、もう一方の眼を遮蔽することで、同様に遮蔽した眼が内斜偏位を示す(図6(D)参照。)。
5.遮蔽を除去すれば、再び融像力が作用するので、左眼は元の位置に戻る(図6(E)参照。)。
In the case of internal oblique,
1. There is no misalignment when both eyes are open (see Figure 6(A)).
2.By shielding one eye, the fusion is broken, and under shielding, the shielded eye shows enoblique deviation (see Fig. 6(B)).
3. If the shielding is removed, the fusional force acts again, so the right eye returns to its original position (see Fig. 6(C)).
4. Next, by shielding the other eye, the shielded eye also exhibits encrotic deviation (see Fig. 6(D)).
5. If the shield is removed, the fusional force will act again, so the left eye will return to its original position (see Fig. 6(E)).
また、図7は、CUTにおける斜視の場合の眼の動きを示す。右眼内斜視の場合、
1.右眼を遮蔽すると、右眼は内側を向いたままである(図7(B)参照)。
2.遮蔽を取り除いても、右眼は内側を向いたままである(図7(C)参照。)。
3.次に、左眼を遮蔽すると、右眼に左向きの眼球運動が起こり、左眼は内斜偏位する(図7(D)参照。)。
4.遮蔽を取り除くと、右眼は内斜偏位し、左眼に右向きの眼球運動が起こる(図7(E)参照。)。
Also, FIG. 7 shows eye movements in the case of strabismus in CUT. In the case of right intraocular strabismus,
1. When the right eye is shielded, the right eye remains facing inward (see Fig. 7(B)).
2. Even if the shield is removed, the right eye remains facing inward (see Fig. 7(C)).
3. Next, when the left eye is occluded, the right eye undergoes leftward ocular movement, and the left eye is obliquely deviated (see Fig. 7(D)).
4. When the occlusion is removed, the right eye undergoes enoblique deviation and the left eye undergoes rightward eye movements (see Fig. 7(E)).
つまり、片眼を遮蔽した時に、遮蔽した方の片眼が遮蔽を取ったとき動けば斜位、遮蔽していない反対側の片眼が動けば斜視である。そのため、片眼を遮蔽した際のもう片眼の様子を観察する必要がある。CUTで視線を遮ったときの左右の眼の動きをプリズム量(後述する。)として定量化する試験を、SPCT(単眼プリズム遮蔽試験,Single Prism-Cover Test)という。 In other words, when one eye is shielded, if the shielded eye moves when the shield is removed, it is oblique, and if the other eye that is not shielded moves, it is strabismus. Therefore, it is necessary to observe the state of the other eye when one eye is shielded. A test that quantifies the left and right eye movements when the line of sight is blocked by CUT as a prism amount (described later) is called SPCT (Single Prism-Cover Test).
[Maddox小桿を用いた定量的眼位検]
Maddox小桿を用いた定量的眼位検査とは、斜位および周辺融像のある微小角斜視や間歇性斜視など、両眼視がある場合の自覚的な全偏位量の測定方法である。検査方法としては、被検者の左右どちらかの眼前にMaddox小桿を装用させる。その状態で、半暗室にて5mの距離にて明るい光源を眼の高さで見せると、Maddox小桿を装用させた眼には、赤い光の線が見える。正位の場合、Maddox小桿を装用させた方の眼で見ている赤い光の線とMaddox小桿を装用していない逆の眼で見えている光源の像が一致する。
[Quantitative eye position using Maddox rod]
Quantitative eye position testing using the Maddox minor rod is a method for measuring subjective total deviation in binocular vision, such as micro-angle strabismus with oblique and peripheral fusion, and intermittent strabismus. . As an examination method, the subject wears a Maddox rod in front of either the right or left eye. In this state, when a bright light source is shown at eye level at a distance of 5 m in a semi-dark room, a red line of light can be seen in the eye wearing the Maddox rod. In the upright position, the line of red light seen by the eye wearing the Maddox barb coincides with the image of the light source seen by the opposite eye without the Maddox barb.
対して、斜視・斜位の場合,Maddox小桿を装用させた方の眼で見ている赤い光の線と、Maddox小桿を装用していない、逆の眼で見えている光源の像が一致しない。光源の像と赤い光の線が一致しない場合、図8に示すように、Maddox小桿を装用している眼上に、プリズムを装用する。プリズムは弱い度数から強い度数に徐々に変更していき、光源の像と赤い光の線が一致したら被検者に答えてもらう。一致した時点のプリズムの度数が、被検者の自覚的な全偏位量となる。プリズムの度数(光偏向力)はプリズムジオプトリー(△)という単位で表し、1mあたり1cmの偏角を与えるものを1△という。また,1△=4/7(約0.57)度で表される。 On the other hand, in the case of strabismus or oblique position, the red line of light seen by the eye with the Maddox rod and the image of the light source seen by the other eye without the Maddox rod are different. It does not match. If the image of the light source and the red light line do not match, a prism is worn over the eye wearing the Maddox rod, as shown in FIG. The prism is gradually changed from weak power to strong power, and when the image of the light source and the line of red light match, the examinee is asked to answer. The power of the prism at the time of coincidence becomes the subject's subjective total deviation amount. The power (light deflection power) of a prism is expressed in units of prism diopters (△), and 1△ is defined as a deviation angle of 1 cm per 1 m. It is also expressed as 1△=4/7 (approximately 0.57) degrees.
[眼位検査の現状]
Cover-Testによる検査方法は一見簡単そうだが、カバー・アンカバーの動作や検査中の眼の速い動きの見極めには、検査者の技量が問われる。この検査は、眼科医や視能訓練士などの医療技術者によって行われる。しかし、このような国家資格を持った医療技術者は慢性的に不足している。そのため、視覚視能の感受性期に行われる三歳児健診ですら、全国半数以上の検査会場では有資格者不在で行われているという現状である。通常、斜視の疑いがある患者の多くは、この幼い子供のうちに症状があらわれ、家族などの周囲の人に連れられ眼科医のもとを訪れるが、周りが眼の異常に気付かなかったり、あまり大したことではないと考え、眼科医への受診または検査を行わないままになっている患者も存在する。以上のことから、有資格者不在で眼位検査が行える簡易システムの開発には大きな意義がある。
[Current status of eye position examination]
The Cover-Test method seems simple at first glance, but the skill of the examiner is required to identify cover-uncover movements and rapid eye movements during the examination. This examination is performed by a medical technician such as an ophthalmologist or an orthoptist. However, there is a chronic shortage of medical technicians with such national qualifications. For this reason, even health checkups for three-year-old children, which are performed during the sensitive period of visual acuity, are currently being conducted without qualified personnel at more than half of examination venues nationwide. Usually, many of the patients suspected of having strabismus develop symptoms while they are still young children and visit an ophthalmologist with family members and other people around them. Some patients remain without seeing an ophthalmologist or being tested, believing it to be a minor issue. From the above, it is of great significance to develop a simple system that can perform an eye position examination without a qualified person.
次ぎに、視線追跡機能付きHMDを用いた眼位検査(Cover-Test)のデジタル化(自動化)について説明する。
[従来研究]
眼位検査の数少ないデジタル化の例として、非特許文献1、非特許文献2がある。非特許文献1では、屈折異常以外に眼疾患のない成人に対し33cm及び5mの距離に視標を置き注視させ、片眼を近赤外光の透過する板で遮蔽した際に得た両眼の眼球データを視線解析装置により取得している。この眼球データから偏位量を計算し、SCPTの眼位との比較を行っており、外斜視に対して有用性を示している。
Next, digitization (automation) of an eye position test (Cover-Test) using an HMD with an eye-tracking function will be described.
[Previous research]
非特許文献2では、シャッターメガネ(NVIDIA 3D Vision2)に小型カメラを設置した装置を開発し、眼の開遮蔽を自動制御している。この装置で実際にCover-Testを実施し、検査中の眼球の動きを連続画像として取得し、その連続画像を用いて画像解析を行い、斜視・斜位の疑いの有無を判別している。
In
しかし、これらの研究には、広い部屋を必要とすることや、装着した際の違和感や負担が大きいことが問題として挙げられる。省スペースで実施でき、かつ、被検者への負担が少ない手法で眼位検査を実施できることが望まれている。 However, these studies have problems such as the need for a large room and the discomfort and burden when wearing them. It is desired that the eye position examination can be performed in a space-saving manner and by a method that places less burden on the examinee.
[HMDによる自動化]
近年、仮想現実(VR)を用いたゲームをはじめとしたコンテンツの増加から、HMDが普及しつつあり、同時に視線追跡を行うものも登場している。本研究では、視線追跡機能付きのヘッドマウントディスプレイ(HMD)により仮想環境で眼位異常検査を実施することを提案する。
[Automation by HMD]
In recent years, due to the increase in content such as games using virtual reality (VR), HMDs are becoming popular, and at the same time, devices that perform line-of-sight tracking have also appeared. In this study, we propose to perform an eye position abnormality test in a virtual environment using a head-mounted display (HMD) with eye-tracking function.
人間の眼には、両眼を使って対象を見ることで起こる、左右の眼で見える網膜像の差異である両眼視差がある。図9に示すように、両眼視差に応じた映像をそれぞれ生成し、これらの映像を人間の両眼に対して正しい位置に提示することで、あたかも映像に奥行きがあるように見せることができる。VRでは、この原理を利用した映像を提示することで、奥行きのある環境を提示することができる。 The human eye has binocular parallax, which is the difference between the retinal images seen by the left and right eyes caused by viewing an object with both eyes. As shown in FIG. 9, by generating images according to the binocular parallax and presenting these images at the correct positions with respect to the human eyes, it is possible to make the images appear to have depth. . In VR, an environment with depth can be presented by presenting images using this principle.
本発明では、VRを用いて検査室を作成し、その中で視標提示を行い、開遮蔽の操作を行いながら眼位を取得する。仮想環境を利用することで現実世界で広い部屋を用意する必要がなくなり、省スペースで実施することができる。また、利用するHMDは装着の違和感が少なく、被検者への負担が少ない。さらにVR上にシステムを構築することでHMDの装着、視標提示、眼の開遮蔽、眼位の取得、解析などをシステム側のプログラムで完全に制御可能なため、検査の自動化と省力化が行いやすい。 In the present invention, an examination room is created using VR, a visual target is presented in the room, and an eye position is acquired while an open shielding operation is performed. By using a virtual environment, it is not necessary to prepare a large room in the real world, and it can be implemented in a small space. In addition, the HMD to be used is comfortable to wear, and the burden on the examinee is small. In addition, by constructing the system on VR, it is possible to completely control the HMD attachment, visual target presentation, eye opening and shielding, eye position acquisition, analysis, etc. by the program on the system side. Easy to do.
次に、デジタル化したCover-Testにより眼位異常検出を行うための眼位異常検出システム1の構成及び動作について説明する。
[システム構成]
前述したように、本発明ではCover-Testの手法に基づく定量的な眼位検査を行う眼位異常検出システム1を提供する。図31は、眼位異常検出システム1の機能構成を示すブロック図である。眼位異常検出システム1は、HMD10、コントローラ20を含む。
Next, the configuration and operation of the eye position
[System configuration]
As described above, the present invention provides an eye position
本実施の形態において、眼位異常検出システム1の構築に使用したソフトウェア及びハードウェア環境を以下に示す。なお、これは一実装例を例示するものにすぎず、本発明は他のソフトウェア及びハードウェアによっても実現しうる。この例において、眼位異常検出システム1は、大きく分けて4つのハードウェアから構成されている(図14参照。)。
・A: HMD10 被検者が装着するHMD(「VIVE Pro Eye」)
・B:リンクボックス HMD10とコントローラ20間のデータのやりとりに使用
・C:コントローラ20 仮想検査室の構築及び眼球データの記録、HMDの出力状態の確認等を実行するPC
・D:ベースステーション 仮想検査室においてHMD10をトラッキングする
HMDとリンクボックスがEのヘッドセットケーブルで、リンクボックスとPCがFのMini Display Port及びUSB(Universal Serial Bus)3.0でそれぞれ接続されている。
In this embodiment, the software and hardware environment used to build the eye position
・A: HMD10 HMD worn by the subject ("VIVE Pro Eye")
・B: Link box Used for exchanging data between the
D: Base station In the virtual examination room, the HMD tracking the
[ヘッドマウントディスプレイ(HMD)]
HMD10は、視線追跡機能を有するヘッドマウントディスプレイ(HMD)である。典型的には、HMD10は頭部に装着可能な眼鏡型のウェアラブルデバイスであって、各種情報を表示するためのディスプレイ、眼球の状態を検出するためのカメラやセンサ、外部の機器と通信を行うための通信ユニット、及びこれらを制御するための制御ユニット等を備える。
[Head mounted display (HMD)]
The
図32は、本実施の形態におけるHMD10の機能構成を示すブロック図である。HMD10は、眼球データ取得部101、キャリブレーション部102を含む。
FIG. 32 is a block diagram showing the functional configuration of
[視線追跡機能]
眼球データ取得部101は、眼球の向き(換言すれば視線)を随時検出し、眼球データとして出力する。
[Gaze tracking function]
The eyeball
本実施の形態において、HMD10の構築に使用したソフトウェア及びハードウェア環境を以下に示す。なお、これは一実装例を例示するものにすぎず、本発明は他のソフトウェア及びハードウェアによっても実現しうる。HMD10として、HTC社製のHMD「VIVE Pro Eye」を用いた。図10に「VIVE Pro Eye」の外観を示す。この場合、「VIVE Pro Eye」に内蔵されているカメラと赤外線センサーにより眼球データ取得部101を実現することができる。
「VIVE Pro Eye」の仕様は以下の通りである。
・視線追跡精度:0.5°~1.1°(20°までの視野角に対する精度)
・視線追跡可能な視野角の限界:110°
・瞳孔間距離の調節(キャリブレーション)機能(後述する。)
The software and hardware environment used to construct the
The specifications of "VIVE Pro Eye" are as follows.
・Gaze tracking accuracy: 0.5° to 1.1° (accuracy for viewing angles up to 20°)
・Limit of eye-tracking viewing angle: 110°
・Interpupillary distance adjustment (calibration) function (described later)
「VIVE Pro Eye」は、図11に示すように、内蔵されているカメラ1001(図11参照。)による眼球の画像と赤外線センサー1002(図11参照。)による位置の補正により眼球に関する各種情報を取得する(ただし、眼球の画像自体は取得できない。)。また、これらの情報を利用するために、ソフトウェア開発キット「SRanipalSDK」(商品名)が提供されている。取得可能な情報は、例えば以下のとおりである。
・視線の起点座標
・眼の開き具合
・瞳孔の位置
・視線の方向ベクトル
・輻輳距離
As shown in FIG. 11, "VIVE Pro Eye" obtains various information about the eye by correcting the position of the image of the eyeball with the built-in camera 1001 (see FIG. 11) and the infrared sensor 1002 (see FIG. 11). (However, the eyeball image itself cannot be obtained.) In addition, a software development kit "SRanipalSDK" (trade name) is provided to use this information. Acquirable information is, for example, as follows.
・Coordinates of the starting point of the line of sight ・The degree of eye opening ・Position of the pupil ・Direction vector of the line of sight ・Convergence distance
本実施の形態では、そのうち、「視線の起点座標(角膜の頂点の位置に対応)」を眼球データとして用いて眼位異常検査のプロセスを構築する。図12(非特許文献3から引用。)に、HMD10と眼球の位置関係を示す。SRanipalSDKにより得られる視線の起点座標は、図12中の“System Origin”を原点とした、眼球の角膜の頂点の位置の三次元座標で、単位はmmである。“System Origin”の実際のHMD10上の位置は、図13に「System Origin (x,y,z)=(0,0,0)」で示す位置であり、そこを原点として水平方向がx軸、鉛直上向き方向がy軸、視線の向いている方向がz軸の右手座標系(左変位でx座標の値が増加、右変位でx座標の値が減少)となっている。そのため、眼の位置の座標は、数1により、左手座標に修正している。
In the present embodiment, the eye position abnormality inspection process is constructed using the "line-of-sight starting point coordinates (corresponding to the position of the vertex of the cornea)" as eyeball data. FIG. 12 (quoted from Non-Patent Document 3) shows the positional relationship between the
眼球データ取得部101は、取得した眼球データを、コントローラ2の検査実施部201に対して出力する。
The eyeball
[キャリブレーション]
検査を行うにあたり、正しく眼球データを取得するには、被検者がHMD10を正しく装着できている必要がある。そのため、HMD10を装着したあと、キャリブレーション部102がキャリブレーションを実施することが好ましい。キャリブレーション部102は、例えば「SRanipalSDK」が提供する機能を利用して実現可能である。この場合、被検者は、HMD10を自身で操作することによりキャリブレーションを実施できる。
キャリブレーションは、以下の3ステップからなる。
(1)HMDの装着位置の調整
(2)瞳孔間距離の調整
(3)視線情報の較正
[calibration]
In order to obtain correct eyeball data during examination, the subject needs to be able to wear the
Calibration consists of the following three steps.
(1) Adjustment of HMD mounting position (2) Adjustment of interpupillary distance (3) Calibration of line-of-sight information
以下に、キャリブレーション部102が実行する各ステップの説明を行う。
(1)HMD10の装着位置の調整
視線追跡を正しく行うには、図11に示したカメラ及び赤外線センサーで正常に眼が検出できている必要がある。そのため、正常に検出できるよう、HMD10の装着位置を調整する。図17は、実際の指示画面である。はじめに、キャリブレーション部102が図17(A)の画面をディスプレイに表示する。被検者は、同図のHMDマークが点線内に収まり、図17(B)に示す状態のようになるように、HMD10本体を上下させる。
(2)瞳孔間距離の調整
対象物に関する正確な大きさと奥行きを知覚するためには、提示映像が正しい大きさで再現される必要がある。そのためには、瞳孔間距離が被検者のものと合う様にする必要がある。図18は、実際の指示画面である。はじめに、キャリブレーション部102が図18(A)の画面をディスプレイに表示する。被検者は、同図下の白い棒が点線内に収まり、図18(B)に示す状態のようになるように、HMD10を操作する。
(3)視線情報の較正
本ステップでは、視標を次々と提示し、既知の視標の位置と検出される視線方向の対応関係を見て、算出する視線の方向ベクトルなどの視線情報を較正する。キャリブレーション部102は、前ステップが終了すると、点で眼を追う旨の指示をディスプレイに表示する。その後、図19に示すように点が画面中央→右上→左下→左上→右下の順に表示されるので、被検者はそれを目で追う。
Each step executed by the
(1) Adjusting the Mounting Position of the
(2) Adjustment of interpupillary distance In order to perceive the correct size and depth of an object, the presented image must be reproduced with the correct size. For this purpose, it is necessary to match the interpupillary distance with that of the subject. FIG. 18 shows an actual instruction screen. First, the
(3) Calibration of line-of-sight information In this step, visual targets are presented one after another, and the correspondence between the known positions of the visual targets and the detected line-of-sight direction is checked to calibrate the line-of-sight information such as the direction vector of the line of sight to be calculated. do. After completing the previous step, the
コントローラ20は、HMD10と有線又は無線により通信可能な情報処理装置であり、典型的にはパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ等である。コントローラ20は1台のコンピュータであっても、複数のコンピュータが分散的に処理を行うコンピュータシステムであっても良く、1以上のコンピュータの処理資源の一部を論理的に利用するものであっても良い。コントローラ20はローカル環境に設置されてHMD10と通信しても良く、いわゆるクラウド環境等を利用して実現されインターネット等の通信手段を介してHMD10と通信しても良い。あるいは、コントローラ20はHMD10に内蔵されていても良く、HMD10の制御ユニットと共通のハードウェアにより実現されていても良い。
The
図33は、本実施の形態におけるコントローラ20の機能構成を示すブロック図である。コントローラ20は、検査実施部201、眼位計測部202、評価部203を含む。なお評価部203の内部構成は検査手法によって異なる。CUT検査の場合、評価部203は、斜視量・斜位量算出部2031、眼位ずれ量算出部2032、眼位ずれ向き算出部2033を含む。ACT検査の場合、評価部203は、眼位ずれ量算出部2032、眼位ずれ向き算出部2033を含む。
FIG. 33 is a block diagram showing the functional configuration of
本実施の形態において、コントローラ20の構築に使用したソフトウェア及びハードウェア環境を以下に示す。なお、これは一実装例を例示するものにすぎず、本発明は他のソフトウェア及びハードウェアによっても実現しうる。
・CPU:Intel(R)Corei78700K
・GPU:NVIDIA GeForce RTX2080
・HMD開発キット:SRanipalSDKVer1.1.0.1
・3DCG開発キット:Unity20193.0f5
・OS:Windows10
・実装言語:C#
The software and hardware environment used to construct the
・CPU: Intel(R) Core i78700K
・GPU: NVIDIA GeForce RTX2080
・HMD development kit: SRanipalSDKVer1.1.0.1
・3DCG development kit: Unity20193.0f5
・OS:
・Implementation language: C#
[仮想の検査環境]
検査実施部201は、仮想の検査環境をHMD10のディスプレイに表示させる。仮想の検査環境とは、図15に示すような検査室、視標(図15中央に示す黒い点。)、左右それぞれの眼を塞ぐための遮蔽物を含む仮想の3次元空間である。本実施の形態では、Unityを使い、仮想の検査環境を作成した。Unityは、ユニティ・テクノロジーズが提供するゲーム開発プラットフォーム(統合開発環境)であり、3次元空間内に物体を適切に配置することにより、3D映像を作成することができる。Unityを用いて実装したプログラムを実行すると、HMD10のディスプレイ上に図15に示すような画面が両眼立体視できる形で出力される。
[Virtual examination environment]
The
検査環境は、検査室、視標、遮蔽物の3つの要素を含む。図15に示すように、検査室は、幅と奥行きがそれそれ6m、高さ5mとして作成している。この室内に、視標として直径10cmの赤い球(図15中央に示す黒い点。)を被検者から5mの位置に配置している。Unity上での座標は、1単位が現実世界の1mに相当している。このことを利用し、それぞれの大きさを設定した。 The examination environment includes three elements: examination room, target, and shield. As shown in Fig. 15, the examination room was created with a width and depth of 6m and a height of 5m. In this chamber, a red sphere with a diameter of 10 cm (a black dot shown in the center of FIG. 15) is placed at a position 5 m from the subject as a target. For coordinates on Unity, 1 unit corresponds to 1m in the real world. Using this fact, the size of each was set.
被検者には、この画面上の視標を注視してもらい、検査実施部201は、ACTおよびCUTの手法に基づいて開遮蔽操作を行う。図16に、開遮蔽操作時の検査画面の各眼での見え方を示す。まず、両眼無遮蔽の状態で開始し、ACT及びCUTの手法に基づき、遮蔽/除去を行う。開遮蔽は、左右それぞれの眼のすぐ前に置いた遮蔽物を可視化/不可視化することにより実現する。本実施の形態では、画面の目前にどちらかの視界を完全に塞ぐことのできる黒い遮蔽物を置き、その可視/不可視を切り替えることにより開遮蔽を行っている。検査画面を出力する際、遮蔽時に該当する眼の画面だけ出力しないという方法は、その眼の眼球データを取得できない可能性があるため、このような方法を採用した。その間、眼位計測部202がHMD10から送信される眼球データを取得し続ける。評価部203は、得られた眼の動きの大きさから、斜視の程度を定量化する。ACTでは両眼の全偏位量を、CUTでは斜視としての偏位量(斜視量)、斜位としての偏位量(斜位量)を算出し、同時に斜視と斜位の判定を行う。
The subject is asked to gaze at the optotype on the screen, and the
[ACT検査による眼位ずれ量の検出]
図34乃至37のフローチャートを用いて、ACT検査による眼位ずれ量の検出方法について説明する。図34に示すように、ACT検査による眼位ずれ量の検出は大きく以下の3つのステップを含む。
(1)HMD装着とキャリブレーション
(2)ACT検査中の眼球データ取得
(3)眼位ずれの量と方向の算出
[HMD装着とキャリブレーション]
被検者はHMD10を装着し、キャリブレーション部102によるキャリブレーションを実施する。図35に示すように、キャリブレーションは、以下の3ステップからなる。各ステップにおける具体的な処理については既述であるためここでは説明を省略する。
(1)HMDの装着位置の調整
(2)瞳孔間距離の調整
(3)視線情報の較正
[ACT検査中の眼球データ取得]
図36に示すように、ACT検査中の眼球データ取得は、両眼の視界を開放した状態で指標を注視させた後、左右いずれか一方の眼を遮蔽しつつ他方の眼を開放する操作を左右交互に行うことで実施する。被検者にHMDを被ってもらった状態で検査実施部201がACT検査用プログラムを実行すると、図15に示すように、HMD10のディスプレイに検査環境画面が現れる。被検者には、その画面内に現れる視標を注視してもらう。本実施の形態では、画面が現れた3秒後に、検査実施部201が開遮蔽を開始する。各開遮蔽動作は3秒ごとに行い、開遮蔽動作の間の区間を、早い順からPhase0,1,...,9と名付ける。この間、HMD10の眼球データ取得部101は随時、被験者の眼球データを取得し、コントローラ20の眼位計測部202に送信する。本実施の形態では、毎秒約90回眼球データの取得及び送信を行なった。本実施の形態での開遮蔽の操作とその際の各眼の状態を表1に示す。
[Detection of eye misalignment by ACT test]
A method of detecting an eye misalignment amount by an ACT examination will be described with reference to the flowcharts of FIGS. As shown in FIG. 34, the detection of the amount of eye misalignment by the ACT examination broadly includes the following three steps.
(1) HMD mounting and calibration (2) Acquisition of eyeball data during ACT examination (3) Calculation of amount and direction of eye misalignment [HMD mounting and calibration]
The subject wears the
(1) Adjusting the mounting position of the HMD (2) Adjusting the interpupillary distance (3) Calibration of line-of-sight information [acquisition of eyeball data during ACT examination]
As shown in Fig. 36, to acquire eyeball data during an ACT examination, after having the user gaze at the target with both eyes open, the operator must cover one of the left and right eyes while opening the other eye. Perform by alternating left and right. When the
[眼位ずれの量と方向の算出]
ACTにおいて取得したいプリズム量(眼位ずれの量)は全偏位量(図4で示したの眼の動きの総和。)である。図37に示すように、ACTにおけるプリズム量(眼位ずれの量)と眼位ずれ方向の計算は、以下の8ステップから構成される。
(1)眼球データの取得
(2)無効フレームの除去
(3)潜時の影響の補正
(4)データ数の正規化
(5)眼の位置の平均値の計算
(6)移動量の計算
(7)プリズム量の計算
(8)ずれの方向の判定
[Calculation of Eye Position Misalignment Amount and Direction]
The amount of prism (amount of eye misalignment) to be acquired in ACT is the total amount of deviation (sum of eye movements shown in FIG. 4). As shown in FIG. 37, the calculation of the prism amount (amount of eye misalignment) and eye misalignment direction in ACT consists of the following eight steps.
(1) Acquisition of eyeball data (2) Removal of invalid frames (3) Correction of the effect of latency (4) Normalization of the number of data (5) Calculation of the average eye position (6) Calculation of the amount of movement ( 7) Calculation of prism amount (8) Judgment of deviation direction
以下にそれぞれのステップについて説明する。
[眼球データの取得]
眼位計測部202は、検査開始から終了するまでの間、毎秒約90回眼球データを取り続ける。眼球データに含まれる「視線の起点座標」を眼の位置データとして用いる。視線の起点座標は(x,y,z)の3次元座標で取得される([視線追跡機能]の項目で説明。)。眼の動きはほぼ平面上の動きとみなせるので、z座標は判定に用いず、眼の位置データは(x.y)により表す。
Each step is described below.
[Acquisition of eyeball data]
The eye
[無効フレームの除去]
HMD10の眼球データ取得部101を用いて眼球データを取得している際、まばたきをはじめとした理由により、データの取得に失敗することがほぼ必ず数回は発生する。このようなデータを無効フレームとよぶ。無効フレームでも眼球データ自体はHMD10からコントローラ20に送信されるが、無効フレームでは、視線の起点座標の値が(x,y,z)=(0,0,0)となる。眼位計測部202は、無効フレームを以降の計算から除外する。図20に、無効フレームを除外した例を示す。
[Remove invalid frames]
When acquiring eyeball data using the eyeball
[潜時の影響の補正]
人間の眼は、刺激を与えられてから眼が実際に反応するまでには、少なからず遅れが生じる。この遅れの時間のことを潜時と呼ぶ。図21に示すように、開遮蔽のタイミング(図21のT0。)から実際に目が動き出すまでの間(図21の黒い点線)に遅れ(潜時)が存在する。開遮蔽から眼が動き出すまでの眼の位置データをそのままプリズム量の計算に用いると、結果に悪影響が及ぶ可能性がある。そこで、眼位計測部202は、開遮蔽のタイミング(T0)から一定時間Dmaxの中で眼の動きが最大になるまでの時間を潜時と判定する。[20][21]によると、潜時は概ね20才が200ms、40才では210ms、50才では230ms、65~70才では290ms程度であることから、Dmax=400msとする。第iフレームの眼の動きの大きさdiは、第iフレームでの眼の位置データをそれぞれxi,yiとして、数2により計算した。
[Correction of influence of latency]
The human eye experiences a considerable delay between the time the stimulus is applied and the time the eye actually responds. This delay time is called latency. As shown in FIG. 21, there is a delay (latency) between the opening of the shield (T0 in FIG. 21) and the actual eye movement (black dotted line in FIG. 21). If the eye position data from opening of the shield until the eye begins to move is used as it is for calculation of the amount of prism, the result may be adversely affected. Therefore, the eye
正位の場合、眼の動きがほとんどないため、算出される潜時は正確ではないが、判定する上での影響はほとんどない。
眼位計測部202は、各Phaseにおいて、Phase開始から潜時までのフレームのデータは除外し、Phase終了から次の潜時までのフレームのデータを追加する。図22に、実際に補正した例を示す。
In the upright position, there is almost no eye movement, so the calculated latency is not accurate, but it has little effect on the judgment.
In each Phase, the eye
[データ数の正規化]
各Phaseはそれぞれ3秒間であり、眼の位置データは、1秒あたり約90個得られる。しかし、処理遅れの影響や、前2ステップの処理により各Phaseのデータ数は一定にならないため、後述の評価部203による判定の際に煩雑である。そのため、眼位計測部202は、判定に用いるデータ数を補間により一定数に揃えることが好ましい。各PhaseをN等分し、各時点のデータをその前後に実際に取得したデータの内分により求める。本発明では、N=200個に揃える。
[Normalization of number of data]
Each Phase is 3 seconds long, and approximately 90 eye position data are obtained per second. However, since the number of data in each Phase is not constant due to the effects of processing delays and the processing of the previous two steps, the determination by the
[眼の位置の平均値の計算]
眼位計測部202は、開遮蔽による眼の移動量を求めるために、各Phaseの眼の位置データの平均値を求める。Phasejの眼の位置の平均値(x‐j,y‐j)は、Phasejに含まれるフレームiの眼の位置データを用いて数3、数4で求める。
[Calculation of average eye position]
The eye
[眼の移動量の計算]
Phase jでの眼の移動量mjは、上記[眼の位置の平均値の計算]で求めたPhase jとPhase j+1の眼の位置の平均値の間の差とする。数5、数6に算出式を示す。
[Calculation of eye movement]
The eye movement amount mj in Phase j is the difference between the eye position average values of Phase j and Phase j+1 obtained in [Calculation of Eye Position Average Value] above.
[プリズム量の計算]
評価部203の眼位ずれ量算出部2032は、眼位計測部202が算出した眼の移動量に基づき、プリズム量(眼位ずれの量)を算出する。図23に示すように、開遮蔽により眼球が点aから点bへと動いたとする。このときの移動量mjが、眼位計測部202により得られている。眼は、眼球回旋点を中心とした回転運動をしているとみなせる。眼球回旋点と角膜の頂点(視線の起点座標)との距離は、人間では、年齢性別関係なくほぼ13mmであることが分かっている。ズレの角度をθj(deg)とすると、プリズム量の単位は1△≒0.57(deg)であることから、プリズム量Pjは、次式の数7、数8で求める。
[Calculation of prism amount]
The eye misalignment
これは片眼のプリズム量である。右眼のプリズム量をPRj、左目のプリズム量をPLjとすると、全偏位量Pallは、計測値が安定しているPhase3~6の値のみを使用し、次式の数9により算出する
This is the amount of prism in one eye. If PRj is the prism amount of the right eye and PLj is the prism amount of the left eye, then the total deviation amount Pall uses only the values of
[ずれの方向の判定]
評価部203の眼位ずれ向き算出部2033は、眼位ずれの方向を算出する。斜視のずれの方向の判定については、左眼を基準とし、左眼遮蔽時の左眼の移動量(mLj)の平均値(m‐L)を求め、その値の符号を基に判定する。なお、Phase9の値は、両眼開放状態であり、ACTで用いる値としては不適切なので、使用していない。M‐Lは、次式の数10により求める。
[Determination of direction of deviation]
The eye misalignment
水平方向については、m‐Lの値が負となったとき外斜視(位)、正となった際に内斜視(位)と判定する。また、垂直方向については、m‐Lの値が負となったとき下斜視(位)、正となった際に上斜視(位)と判定する。 In the horizontal direction, when the value of mL becomes negative, it is judged as exotropia (position), and when it becomes positive, it is judged as esotropia (position). In the vertical direction, when the value of mL becomes negative, it is determined that the person is oblique (position), and when the value is positive, it is determined that the person is oblique (position).
評価部203は、算出したプリズム量(眼位ずれの量)及び眼位ずれの方向の少なくともいずれかを出力する。例えば、図示しない記憶領域にこれらの算出結果を格納する。又は、HMD10のディスプレイ又はコントローラ20が備えるディスプレイ(図示しない)等にこれらの算出結果を表示しても良い。
The
[CUT検査による眼位ずれ量の検出]
図34、及び図38乃至40のフローチャートを用いて、CUT検査による眼位ずれ量の検出方法について説明する。図38に示すように、CUT検査による眼位ずれ量の検出は大きく以下の3つのステップを含む。
(1)HMD装着とキャリブレーション
(2)CUT検査中の眼球データ取得
(3)眼位ずれの量と方向、及び斜視量・斜位量の算出
[HMD装着とキャリブレーション]
被検者はHMD10を装着し、キャリブレーション部102によるキャリブレーションを実施する。図34に示すように、キャリブレーションは、以下の3ステップからなる。各ステップにおける具体的な処理については既述であるためここでは説明を省略する。
(1)HMDの装着位置の調整
(2)瞳孔間距離の調整
(3)視線情報の較正
[CUT検査中の眼球データ取得]
図39に示すように、CUT検査中の眼球データ取得は、両眼の視界を開放した状態で指標を注視させた後、左右いずれか一方の眼を遮蔽したのち開放する操作を左右交互に行うことで実施する。被検者にHMDを被ってもらった状態でCUT検査用プログラムを実行すると、ACTの際と同様に図15に示すように、HMD10のディスプレイに検査環境画面が現れる。被検者には、その画面内に現れる視標を注視してもらう。本実施の形態では、画面が現れた3秒後に、検査実施部201が開遮蔽を開始する。各開遮蔽動作は3秒ごとに行い、開遮蔽動作の間の区間を、早い順からPhase0,1,...,12と名付ける。開遮蔽の動作は、右眼遮蔽(Phase1,5,9)→右眼除去(Phase2,6,10)→左眼遮蔽(Phase3,7,11)→左眼除去(Phase4,8,12)を1セットとして、3セット実施している。この間、HMD10の眼球データ取得部101は随時、被験者の眼球データを取得し、コントローラ20の眼位計測部202に送信する。本実施の形態では、毎秒約90回眼球データの取得及び送信を行なった。本実施の形態での開遮蔽の操作とその際の各眼の状態を表2に示す。
[Detection of Eye Position Misalignment by CUT Inspection]
A method of detecting an eye misalignment amount by a CUT examination will be described with reference to FIGS. 34 and 38 to 40 flowcharts. As shown in FIG. 38, the detection of eye misalignment by CUT examination broadly includes the following three steps.
(1) HMD wearing and calibration (2) Acquisition of eyeball data during CUT examination (3) Calculation of the amount and direction of misalignment and the amount of strabismus/squint [HMD wearing and calibration]
The subject wears the
(1) Adjusting the mounting position of the HMD (2) Adjusting the interpupillary distance (3) Calibration of line-of-sight information [acquisition of eyeball data during CUT examination]
As shown in FIG. 39, eyeball data acquisition during CUT examination involves gazing at an index with the field of view of both eyes open, followed by the operation of covering either the left or right eye and then opening it alternately. to implement. When the CUT inspection program is executed with the subject wearing the HMD, an inspection environment screen appears on the display of the
[眼位ずれの量と方向、及び斜視量・斜位量の算出]
図40に示すように、CUTにおけるプリズム量(眼位ずれの量)と眼位ずれの方向、及び斜視量・斜位量の計算は、以下の10ステップから構成される。
(1)眼球データの取得
(2)無効フレームの除去
(3)潜時の影響の補正
(4)データ数の正規化
(5)眼の位置の代表値の計算
(6)移動量の計算
(7)プリズム量の計算
(8)斜視量・斜位量の計算
(9)ずれの方向の判定
(10)斜視・斜位の判定
このうち、(1),(2),(4),(7)に関しては、ACTのものと全く同じであるため、説明を省略する。
[Calculation of Amount and Direction of Displacement of Eye Position and Amount of Squint/Strabismus]
As shown in FIG. 40, the calculation of the amount of prism (the amount of eye misalignment), the direction of eye misalignment, and the amount of strabismus and the amount of misalignment in CUT consists of the following 10 steps.
(1) Acquisition of eyeball data (2) Removal of invalid frames (3) Correction of the effect of latency (4) Normalization of the number of data (5) Calculation of the representative value of the eye position (6) Calculation of the amount of movement ( 7) Calculation of prism amount (8) Calculation of amount of strabismus and obliqueness (9) Judgment of deviation direction (10) Judgment of strabismus and obliqueness Of these, (1), (2), (4), ( Regarding 7), it is exactly the same as that of ACT, so the explanation is omitted.
[潜時の影響の補正]
[無効フレームの除去]でも述べたが、刺激を与えられてから眼が実際に反応するまでには潜時がある。ACT同様これをこのまま計算に利用すると、結果に悪影響が及ぶ可能性がある。そこで、眼位計測部202は、図24に示すように、ACTと同様に開遮蔽のタイミング(T0)から一定時間Dmaxの中で眼の動きが最大になるまでの時間を潜時と判定する。ただし、CUTの場合は両眼が開放される機会があり、融像力が働くことから、眼位の移動はACTに比べて緩やかである。そこで、Dmax=1000msとして、数2により眼の動きの大きさを計算し、最大となった点を潜時とした。更に、ACTと同様、各Phaseにおいて、Phase開始から潜時までのフレームのデータは除外し、フレーム終了から次の潜時までのフレームのデータを追加する。実際の補正例を図25に示す。
[Correction of influence of latency]
As mentioned in [Elimination of Invalid Frames], there is a latency from when the stimulus is applied until the eye actually responds. As with ACT, using this as-is for calculations may adversely affect the results. Therefore, as shown in FIG. 24, the eye
[眼の位置の代表値の計算]
眼位計測部202は、眼の移動量を求めるために、各Phaseの眼の位置の代表値を求める。CUTの場合はACTの場合と比べ、動きが緩やかである。そこで、ピーク時の眼の位置を代表値とすることとした。具体的には、補正したPhaseの末尾の潜時に相当する区間(図24で示したの潜時の区間)の平均値を求めた。眼の位置の代表値v‐jx、v‐jyは、以下の数11、数12で求める。
[Calculation of representative value of eye position]
The eye
[移動量の計算]
Phasejの水平/垂直方向の眼の移動量mjx,mjyは、Phasej+1全体の平均値(xj‐+1,yj‐+1)とPhasejでの眼の位置の代表値(v‐jx,v‐jy)を用いて次式の数13、数14で求める。
[Calculation of movement amount]
Phasej's horizontal/vertical eye movements mjx,mjy are the average value (xj-+1, yj-+1) of Phasej+1 and the representative value of eye position in Phasej (v-jx,v -jy) using the following
[斜視量・斜位量の計算]
CUTでは、片眼を遮蔽した時に、遮蔽していない反対側の片眼が動けば斜視、また、遮蔽した方の片眼が遮蔽を取ったとき動けば斜位である。評価部203の眼位ずれ量算出部2032は、眼位計測部202が算出した眼の移動量に基づき、プリズム量(眼位ずれの量)を算出する。計算方法は上述の[プリズム量の計算]のACTのものと同じである。CUTでは、評価部203の斜視量・斜位量算出部2031が、斜視量と斜位量をそれぞれ計算する。各眼の斜視量は、他眼遮蔽時の自眼のプリズム量の平均、各眼の斜位量は、自眼が遮蔽から開放に変わったPhaseのプリズム量の平均を用いる。表3に、それぞれの計算に用いたプリズム量のPhaseを示す。また、その対応関係を図27、図28に示す(右眼は点線の片矢印の向き、左眼は実線の片矢印の向きの動きを比較)。こうして、左眼と右眼の斜視量及び斜位量を求め、両眼の合計を両眼の斜視量及び斜位量とする。
[Calculation of strabismus amount and oblique amount]
In CUT, strabismus occurs when one eye is shielded and the opposite eye moves, and when the shielded eye moves when the eye is unshielded, it is oblique. The eye misalignment
[ずれの方向の判定]
評価部203の眼位ずれ向き算出部2033は、眼位ずれの方向を算出する。ずれの方向は、左眼を基準とする。前節で求めた斜視量及び斜位量の大きさにより、方向の判定に使用する値DIRx,DIRyを、以下のように定めた。
(1)斜視量の方が大きい場合
[Determination of direction of deviation]
The eye misalignment
(1) When the amount of strabismus is larger
[斜視・斜位の判定]
CUTとは、そもそも斜視又は斜位を鑑別する試験である。そこで、評価部203の斜視量・斜位量算出部2031は、前節で算出した斜視量と斜位量をもとに、斜視量が1△以上の場合斜視、斜視量が1△未満かつ斜位量が1△以上の場合に斜位と判定する。
[Determination of strabismus and oblique position]
CUT is primarily a test to distinguish between strabismus or obliques. Therefore, based on the amount of squint and the amount of squint calculated in the previous section, the amount of squint/slant
評価部203は、算出したプリズム量(眼位ずれの量)及び眼位ずれの方向、斜視量・斜位量、斜視・斜位の判定結果の少なくともいずれかを出力する。例えば、図示しない記憶領域にこれらの算出又は判定結果を格納する。又は、HMD10のディスプレイ又はコントローラ20が備えるディスプレイ(図示しない)等にこれらの算出又は判定結果を表示しても良い。
The
(実験例)
検証実験により、実装した眼位検査システムの性能評価を行った。検証実験では、本発明の眼位異常検出システムによる検査とMaddox小桿を用いた定量的眼位検査(以後、Maddox検査と略記)でそれぞれ定量化した検査結果を比較する。
(Experimental example)
We evaluated the performance of the implemented eye position inspection system through verification experiments. In the verification experiment, the test results quantified by the eye position abnormality detection system of the present invention and the quantitative eye position test using the Maddox rod (hereinafter abbreviated as Maddox test) are compared.
[実験内容]
検証実験は、本発明の検査手法を実装した眼位検査システムを用い、宮崎大学工学部の学生及び職員合計16人を被検者とした。
実験手順は以下の通りである。
(1)被検者への事前説明
被検者へは、検査を実施する前に研究を行っている理由と意義、使用する機械の安全性について説明した。眼球データは個人情報であるため、個人が特定できない形で公表すること、被検者の申し出によりいつでもデータを破棄することができること等を条件とし、同意を得て取得した。
(2)Maddox検査
次に、Maddox小稈による検査を行い、得られた全偏位量を本発明のシステムによる検査との比較を行う上での真値とみなした。
(3)本発明システムによるACT検査
次に、本発明システムでACT検査を行い、全偏位量の定量化を行った。
(4)本発明システムによるCUT検査
最後に、本発明システムでCUT検査を行い、斜視量と斜位量の定量化を行った。本発明システムで得られた結果を、Maddox検査で得られた結果と比較した。CUTでは、斜視量と斜位量の和を全偏位量とした。
[Experiment contents]
In the verification experiment, a total of 16 students and employees of the Faculty of Engineering, University of Miyazaki, were used as subjects, using an eye position inspection system in which the inspection method of the present invention was implemented.
The experimental procedure is as follows.
(1) Preliminary explanation to the subject Before the examination, the subject was explained the reason and significance of the study and the safety of the machine to be used. Since the eyeball data is personal information, it was obtained with the consent of the subjects under the conditions that it should be published in a form that cannot identify the individual, and that the data can be discarded at any time at the request of the subject.
(2) Maddox test Next, a Maddox small culm test was performed, and the obtained total displacement amount was regarded as a true value for comparison with the test by the system of the present invention.
(3) ACT inspection by the system of the present invention Next, an ACT inspection was performed by the system of the present invention, and the total amount of displacement was quantified.
(4) CUT inspection by the system of the present invention Finally, a CUT inspection was performed by the system of the present invention to quantify the amount of strabismus and the amount of obliques. The results obtained with the system of the invention were compared with the results obtained with the Maddox test. In CUT, the total amount of deviation was defined as the sum of the amount of strabismus and the amount of oblique.
[システムの有効性評価]
本発明の眼位異常検出システムの有効性評価結果について説明する。
[ACT]
表4に、Maddox検査と本発明システムによるACTでの水平(x)方向の全偏位量を示す。単位はすべてプリズムジオプトリー(△)である。外斜視(位)はXT/XP、内斜視(位)はET/EPと表記する。提案システムにおける定量化の結果は、小数第3位を四捨五入した値である。表4中では、1△以上の外斜視(位)と定量された(異常ありとみなす)ものを角括弧[ ]、1△以上の内斜視(位)と定量されたものを丸括弧( )で示している。
[Evaluation of system effectiveness]
The effectiveness evaluation result of the eye position abnormality detection system of the present invention will be described.
[ACT]
Table 4 shows the total horizontal (x) deflection in ACT with the Maddox test and the system of the present invention. All units are prism diopters (Δ). Exotropia (position) is denoted as XT/XP, and esotropia (position) is denoted as ET/EP. The quantification result in the proposed system is the value rounded to the third decimal place. In Table 4, those quantified as exotropia (position) of 1 △ or more (deemed as abnormal) are bracketed [ ], and those quantified as esotropia (position) of 1 △ or more are bracketed ( ). is shown.
本発明システムの有効性を評価するために、表5に示すように、Maddox検査の全偏位量と提案システムの全偏位量の平均誤差、相関係数、有意差の3つの要素で評価を行った。誤差は、単純に真値とどれだけ近い値で定量化できたかを評価する。相関係数は、Maddox検査と提案システムでは全偏位量の算出方法が異なることから、提案システムでの手法で定量化を行って問題がなかったかを評価する。正規分布とは考えにくいことから、相関係数にはスピアマンの順位相関係数を用いた。最後に、有意差を調べ、相関が正しいといえるかを評価する。 In order to evaluate the effectiveness of the system of the present invention, as shown in Table 5, the average error between the total deviation amount of the Maddox test and the total deviation amount of the proposed system, the correlation coefficient, and the significant difference. did The error simply evaluates how close the quantification is to the true value. As for the correlation coefficient, since the calculation method of the total deviation amount is different between the Maddox test and the proposed system, quantification is performed by the method of the proposed system to evaluate whether there are any problems. Spearman's rank correlation coefficient was used as the correlation coefficient because it is difficult to imagine a normal distribution. Finally, we examine significant differences to assess whether the correlation is correct.
Maddox検査の全偏位量と提案システムの全偏位量の平均誤差は、0.61△と、1△未満の結果が得られ、正解と近い値を得られた。また、Maddox検査と本発明のシステムの結果の間でスピアマンの順位相関係数を求めると、図29に示すように、0.956と非常に強い相関が得られた。更に、「帰無仮説H0:Maddox検査による定量化結果の値は本発明システムによる定量結果との相関が無い」「対立仮説H1:Maddox検査による定量化結果の値は本発明システムによる定量結果との相関がある」とし、p値を求め、有意差を調べた。その結果、p値は2.11×10-4(<0.01)と、Maddoxで定量したプリズム量と本発明システムで定量化したプリズム量は、有意差がなかったため、本発明システムにおけるACTでの水平(x)方向に対する定量化の結果は、実際の臨床的検査であるMaddox検査との強い相関がある。これらのことから、水平(x)方向に対する本発明システムでのACTでの定量化については、有用性が示せたと考える。 The average error between the total deviation of the Maddox test and the total deviation of the proposed system was 0.61△, less than 1△, and a value close to the correct answer was obtained. Further, when the Spearman's rank correlation coefficient was obtained between the results of the Maddox test and the system of the present invention, a very strong correlation of 0.956 was obtained as shown in FIG. Furthermore, "null hypothesis H0: the value of the quantification result by the Maddox test has no correlation with the quantification result by the system of the present invention", "alternative hypothesis H1: the value of the quantification result by the Maddox test is the quantification result by the system of the present invention. There is a correlation of ”, and the p-value was calculated to examine the significant difference. As a result, the p-value was 2.11 × 10-4 (<0.01), and there was no significant difference between the prism amount quantified by Maddox and the prism amount quantified by the system of the present invention. The quantification results for the x) direction have a strong correlation with the real clinical test, the Maddox test. From these facts, it is considered that the quantification by ACT in the system of the present invention in the horizontal (x) direction was shown to be useful.
[CUT]
表6に、Maddox検査での全偏位量と、本発明システムによるCUTでの水平(x)方向の斜視量、斜位量及び全偏位量を示す。CUTでは、斜視量と斜位量の総和を全偏位量とする。全偏位量は、斜視量+斜位量となることが理想(斜視量+斜位量=Maddox検査の結果)だが、融像の有無などによりそうなることは少ない。そこで、Maddoxと斜視量+斜位量の相関を求めることにより、本発明システムでのCUTの評価をした。
[CUT]
Table 6 shows the total deviation for the Maddox test and the horizontal (x) direction strabismus, oblique and total deviation for CUT by the system of the present invention. In CUT, the sum of the amount of strabismus and the amount of oblique is taken as the total amount of deviation. Ideally, the total amount of deviation should be the amount of strabismus + the amount of obliqueness (amount of strabismus + amount of obliqueness = result of Maddox test), but this is rarely the case depending on the presence or absence of fusion. Therefore, the CUT in the system of the present invention was evaluated by obtaining the correlation between Maddox and the amount of strabismus + the amount of obliques.
表7は、表6を基にスピアマン順位相関係数検定を用いてMaddox検査の結果と本発明システムの結果の間の検定を行った結果である。全偏位量の誤差の絶対値の平均は、1.50△であった。また、相関係数は0.810でありp値は1.71×10-3(<0.01)と、有意差がなかったため、強い相関があるといえる(図40参照。)。本発明システムにおけるCUTでの水平(x)方向に対する定量化の結果は、実際の臨床的検査であるMaddox検査と誤差は大きいものの、大きいものはきちんと大きく定量できているものと考えられる。 Table 7 shows the result of testing between the results of the Maddox test and the results of the system of the present invention based on Table 6 using the Spearman's rank correlation coefficient test. The average absolute value of error for all displacements was 1.50. In addition, the correlation coefficient was 0.810 and the p-value was 1.71×10 −3 (<0.01), and there was no significant difference, so it can be said that there is a strong correlation (see FIG. 40). The results of quantification in the horizontal (x) direction by CUT in the system of the present invention have a large error from the Maddox test, which is an actual clinical test, but it is considered that large errors are quantified properly.
本発明では、眼位異常のスクリーニングを助ける簡易な検査サポートシステムの提供を行った。
すなわち、本発明の実施の形態にかかる眼位異常検出システム1では、VRを用いて検査室を作成し、その中で視標提示を行い、開遮蔽の操作を行いながら眼位を取得した。仮想環境を利用することで現実世界で広い部屋を用意する必要がなくなり、省スペースで検査を実施することを可能とした。また、利用するHMD10は装着の違和感が少なく、被検者への負担が少ない。さらにVR上にシステムを構築することでHMD10による視標提示、眼の開遮蔽、眼位の取得、解析などをコントローラ20側のプログラムで完全に制御可能なため、検査の自動化と省力化を行うことができるという顕著な効果を奏する。
The present invention provides a simple examination support system that helps screen for eye position abnormality.
That is, in the eye position
1 眼位異常検出システム
10 HMD
101 眼球データ取得部
102 キャリブレーション部
1001 カメラ
1002 赤外線センサー
20 コントローラ
201 検査実施部
202 眼位計測部
203 評価部
2031 斜視量・斜位量算出部
2032 眼位ずれ量算出部
2033 眼位ずれ向き算出部
1 eye position
101 Eyeball
Claims (12)
該眼位異常検出システムは、前記視線追跡機能付きHMD(ヘッドマウントディスプレイ)と、該視線追跡機能付きHMDの検査動作を制御するコントローラとを有し、
前記コントローラは、現実の検査室を仮想化した仮想検査室と、該仮想検査室内に表示される指標と、左右それぞれの眼を遮蔽するための遮蔽物とを備えた仮想の検査環境を前記HMDに表示させる検査実施部を含む
ことを特徴とする眼位異常検出システム。 An eye position abnormality detection system using an HMD with a line-of-sight tracking function,
The eye position abnormality detection system includes the HMD (head-mounted display) with eye-tracking function, and a controller for controlling the inspection operation of the HMD with eye-tracking function,
The controller creates a virtual examination environment including a virtual examination room that is a virtualization of a real examination room, indices displayed in the virtual examination room, and shields for shielding the left and right eyes, respectively, on the HMD. An eye position abnormality detection system characterized by including an examination execution part to be displayed on.
前記遮蔽又は除去の動作は、前記左右の眼の直前に置かれた前記遮蔽物の可視化又は不可視化のいずれかによって実行されるように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の眼位異常検出システム。 The procedure for shielding or removing the left and right eyes with the shield is configured to be performed according to at least either ACT (Alternating-Cover Test) or CUT (Cover-Uncover Test),
2. The eye of claim 1, wherein the act of shielding or removing is configured to be performed by either making the occluder visible or invisible placed directly in front of the left or right eye. position anomaly detection system.
前記左右の眼の遮蔽又は除去の動作に伴う前記左右の眼の動きを示す眼球データを取得する眼位計測部と、
前記眼球データに基づいて、斜視又は斜位の程度を定量化して算出する評価部とをさらに含み、
前記評価部は、
前記ACTによる検査では、両眼の全偏位量を算出し、
前記CUTによる検査では、斜視偏位量又は斜位偏位量を算出し、
前記全偏位量、前記斜視偏位量、前記斜位偏位量に基づいて、斜視と斜位の判定を行う
ことを特徴とする請求項2に記載の眼位異常検出システム。 The controller is
an eye position measurement unit that acquires eyeball data indicating movement of the left and right eyes accompanying the action of shielding or removing the left and right eyes;
an evaluation unit that quantifies and calculates the degree of strabismus or oblique position based on the eyeball data;
The evaluation unit
In the examination by the ACT, the total amount of deviation of both eyes is calculated,
In the inspection by the CUT, the amount of oblique deviation or the amount of oblique deviation is calculated,
3. The eye position abnormality detection system according to claim 2, wherein a determination of strabismus or oblique is performed based on the total deviation amount, the oblique deviation amount, and the oblique deviation amount.
ことを特徴とする請求項3に記載の眼位異常検出システム。 4. The eye position abnormality detection system according to claim 3, wherein the total amount of deviation, the amount of oblique deviation, and the amount of oblique deviation are calculated by prism amounts.
前記左右の眼の動きから取得されたデータの中から無効データを除去し、または、前記左右の眼の動きから取得されたデータに潜時の影響を補正する
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の眼位異常検出システム。 The eye position measurement unit
and removing invalid data from the data obtained from the left and right eye movements, or correcting the effect of latency on the data obtained from the left and right eye movements. The eye position abnormality detection system according to claim 4.
該キャリブレーション部は、
少なくとも前記HMDの装着位置の調整、瞳孔間距離の調整、視線情報の更正のいずれかを実行する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の眼位異常検出システム。 The HMD further has a calibration section,
The calibration unit
6. The eye position abnormality detection system according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of adjustment of the mounting position of the HMD, adjustment of the interpupillary distance, and correction of line-of-sight information is executed. .
該視線追跡機能付きHMDの検査動作を制御するコントローラが、
現実の検査室を仮想化した仮想検査室と、該仮想検査室内に表示される指標と、左右それぞれの眼を遮蔽するための遮蔽物とを備えた仮想の検査環境を前記HMDに表示させる検査実施ステップを含む
ことを特徴とする眼位異常検出方法。 An eye position abnormality detection method using an HMD with a line-of-sight tracking function, comprising:
A controller that controls the inspection operation of the HMD with eye-tracking function,
An examination in which a virtual examination environment comprising a virtual examination room that is a virtualization of a real examination room, indices displayed in the virtual examination room, and shields for shielding the left and right eyes is displayed on the HMD. An eye position abnormality detection method, comprising an execution step.
前記遮蔽物による左右の眼の遮蔽又は除去の手順を、少なくともACT(Alternating-Cover Test)またはCUT(Cover-Uncover Test)のいずれかに従って実行し、
前記遮蔽又は除去の動作は、前記左右の眼の直前に置かれた前記遮蔽物の可視化又は不可視化のいずれかによって実行する
ことを特徴とする請求項7に記載の眼位異常検出方法。 In the inspection performing step, the controller
The procedure of shielding or removing the left and right eyes with the shield is performed according to at least either ACT (Alternating-Cover Test) or CUT (Cover-Uncover Test),
8. The eye position abnormality detection method according to claim 7, wherein the operation of shielding or removing is performed by either making the shield placed in front of the left and right eyes visible or invisible.
前記左右の眼の遮蔽又は除去の動作に伴う前記左右の眼の動きを示す眼球データを取得する眼位計測ステップと、
前記眼球データに基づいて、斜視又は斜位の程度を定量化して算出する評価ステップとをさらに含み、
前記評価ステップにおいて、前記コントローラは、
前記ACTによる検査では、両眼の全偏位量を算出し、
前記CUTによる検査では、斜視偏位量又は斜位偏位量を算出し、
前記全偏位量、前記斜視偏位量、前記斜位偏位量に基づいて、斜視と斜位の判定を行う
ことを特徴とする請求項8に記載の眼位異常検出方法。 the controller
an eye position measurement step of acquiring eyeball data indicating the movement of the left and right eyes accompanying the action of shielding or removing the left and right eyes;
an evaluation step of quantifying and calculating the degree of strabismus or oblique position based on the eyeball data;
In the evaluating step, the controller:
In the examination by the ACT, the total amount of deviation of both eyes is calculated,
In the inspection by the CUT, the amount of oblique deviation or the amount of oblique deviation is calculated,
9. The eye position abnormality detection method according to claim 8, wherein a determination of strabismus or oblique is performed based on the total deviation amount, the oblique deviation amount, and the oblique deviation amount.
ことを特徴とする請求項9に記載の眼位異常検出方法。 The eye position abnormality detection method according to claim 9, wherein the total deviation amount, the oblique deviation amount, and the oblique deviation amount are calculated by prism amounts.
前記左右の眼の動きから取得されたデータの中から無効データを除去し、または、前記左右の眼の動きから取得されたデータに潜時の影響を補正する
ことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の眼位異常検出方法。 In the eye position measurement step, the controller
and removing invalid data from the data obtained from the left and right eye movements, or correcting the effect of latency on the data obtained from the left and right eye movements. The eye position abnormality detection method according to claim 10.
A program for causing a computer to execute the method according to any one of claims 7 to 11.
Priority Applications (1)
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