2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of an optical mouse detection device for the treatment of amblyopia caused by nystagmus
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20K09798
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
川守田 拓志 北里大学, 医療衛生学部, 准教授 (80511899)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 眼振 / マウス光学系 / 弱視治療 / 模擬眼 / 視線 / 視覚野 / 発達 / 眼光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、眼振によって生じた見る対象との視線のズレ（眼振量）を光学式マウスの原理で検出し、既存の電子ディスプレイで検出した眼振量を反映し、見る対象（映像）を動かすことで、網膜に鮮明な映像を結像させ視覚野の発達を促す装置開発を試みることである。
光学式マウスの光学系を調査し、現在いくつかの達成の方法の調査を行った。眼に弱い光を入れて反射光を２次元センサーで動きを捉えることを基本原理とし、①弱い出力でのレーザー光学系を組み、反射光をセンサーでとらえて光電効果で出力を得て、さらにその位置場を取得すること、②既存の赤外線マウス光学系を応用して眼球の動きを検出すること、③赤外線を使用している視線解析装置からの視線情報からソフトウェアの改良で対応することのアプローチを行った。すべて試したところ、③の原理を用いることが、精度、安全性、汎用性、コストの面で望ましいことがわかり制作した。結果、視線に連動して画像や映像を動かすことに成功した。静止画、動画にも対応させリアルタイムでの提示が可能である。現在、北里大学医学部・病院倫理委員会の承認は得ており、患者への計測に向け、研究対象者を募っている段階である。違和感等の主観評価から視機能評価、また弱視治療のステップにつなげていく予定である。
また、精度検証も同時に必要となっており、並行して検討している。精度評価においては、3Dプリンターで模擬眼を作成し、振動器をベースに置き、評価が可能になると思われたが、模擬眼で行う方法よりも外部カメラを用いて生体で行う方が望ましいことがわかり、視線挙動と映像の挙動がどの程度一致しているのか、またずれていた場合は、どのくらいの遅延が起こっているのか検証を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自己点検による研究の進歩状況がおおむね順調に進展しているとする理由としては、視線取得精度向上やソフトウェア上の課題はあるものの、2020年度と2021年度の課題であった視線移動に合わせてリアルタイムに静止画・動画を動かすシステムは完成した点にある。複数ある達成手法の中からの選定と予定通りの小型化と安全性の確立は達成できた。
精度向上に関しては、模擬眼等の検討を予定していたが、より実践的な生体での検証が有用と考え、サンプリングの高いカメラにて眼とカメラの同時測定を行い、近日精度検証を予定している。この検証は若干遅れているが、検証プロセスや仮説立て、具体的な実施に必要な準備は目途が立っている。
また、2022年度は、臨床現場での調査を行う予定であるが、現在北里大学医学部・病院倫理委員会の承認はおり、研究対象者のリクルートまで進んでいる点もおおむね順調としている理由である。具体的な静止画や動画の選定、視機能評価、違和感等の主観評価に使用する項目も決定し、あとは応募があれば調査できる段階になっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、臨床現場での調査が主になっているため、推進方策として北里大学病院と連携し、倫理的に十分配慮しつつ効率的に研究を進める準備を行っていく。
研究は、順調に進んではいるものの、課題として残っているものは、精度向上とより高い弱視治療効果に向けた検証である。精度向上に関しては、視線情報を高サンプリングで取得し、遅延なく映像をリアルタイムで提示する仕組みづくりである。眼振患者ではキャリブレーション時点で眼球が動いているため、キャリブレーションの精度が低下し、その結果視線情報取得の精度が下がっていることも考えられる。現在、光学シミュレーションソフトを用いた検証を検討している。また、視線解析装置の製造メーカーや画像処理を専門としている研究者やエンジニア、プログラマーなどの知見も借りながら検証と対策を進めている。具体的には眼の動きが規則的な場合には、機械学習などで予測を行ったり、精度のゴール設定を健常眼の固視微動の標準偏差内においたりすることなどが挙げられる。瞬きのノイズが大きい症例や大角度で動く眼振、大きな斜視を有する患者、頭位の動きが大きい症例などでは精度が低下することも懸念され、臨床での評価結果を踏まえてどこに注力して改良を加えていくか検討する。また、検証において必要な条件設定は行ってはいるが、どのディスプレイサイズでどのような映像を提示するのが望ましいか、どのように弱視治療評価を行っていくかという点においては、まだ最適化できていない。これらも課題として挙げられる。この点における今後の推進方策については、専門家や技術者、プログラマーの知見をお借りし、達成に向けて進めていくこととする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由としては、機器のプロトタイプ開発に多くの資金を要すると見込んでいたが、計測原理を見直したことで低コストに達成できたことが挙げられる。
今後の使用計画としては、報告書にも記載した精度評価と向上に関する使用を計画する。具体的には機械学習で眼振の動きをより精度よく補足するシステム構築に費用を使っていく予定である。
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