JP6189300B2 - 視覚障害治療方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は眼科学に関し、より詳しくは、患者の両眼が正しく揃わないために各眼の視線方向が空間内の同一点に向かず、正しい両眼視ができない状態を原因とする視覚障害の治療に関する。

より詳しくは、本発明は、複視（二重視）として知られる現象が生じる外眼筋の病変またはその他の問題に関連する視覚障害の治療方法およびシステムに関する。複視の原因となる病変の１つとして斜視が知られている。ただし、本発明は斜視の治療のみに限られるものではなく、複視に関連するその他の種類の視覚障害の治療にも用いることができ、また、本発明はいわゆる治療だけではなく、視覚障害を有する人の訓練および／またはリハビリにも利用することができることにも留意すべきである。

人間の通常の水平視野は、頭部と両眼を固定した状態で、片眼で約１６０°、両眼を合わせておよそ１９０°である。これを図１に概略的に示している。垂直視野は上方に約５０°、下方に約８０°である。

図２に、両眼で同時に見た場合の両眼の水平領域を示す。この領域は、奥行き知覚のために約１３０°に限られている。

物を注視するとき、通常の人間の眼は複雑な動きをする。眼球運動は６種類の外眼筋がつかさどっている。物を正しく固視し奥行きを知覚するため、両眼は連携して様々な運動を行う。主なものは、
・ 衝動性眼球運動（サッカード）および円滑追従
・ 微小衝動性眼球運動（マイクロサッカード）
・ 両眼離反運動（バージェンス）である。
以下、これらの運動を詳しく説明する。

人は衝動性眼球運動によって、見たい物を見ることができる。注視動作は、両眼の移動と、正しい注視方向への両眼の回転とからなる。

図３から分かるように、頭部を固定したときの水平方向サッカードは（側頭方向７５°および鼻方向５５°の）合計１３０°までの振幅をとることができるが、通常のサッカードはこれよりかなり小さく、注視方向が約２０°を越えて変化するときは頭部の移動を伴う。このような場合、まず眼がサッカードにより対象を注視し、頭部が遅れてこれに続き、眼が元の位置に回転して、対象への注視を維持する。

サッカード振幅が約６０°までは、サッカード速度は振幅に直線的に依存する（いわゆるサッカード主系列）。たとえば、振幅が１０°のとき速度は３００°／秒であり、振幅が３０°のとき速度は５００°／秒である。サッカードが６０°を越えると、ピーク速度曲線はプラトー（非直線）状態になり、眼の最高速度に近づく。

動く物体をぴったり目で追うことができるのは、円滑追随眼球運動による。

マイクロサッカードは固視の一種で、通常は２°までの振幅の微小で急速な眼球運動であり、小さな衝動性の眼球の不随意運動であって、自発的サッカードの微小なものに似ている。視覚におけるマイクロサッカードの役割はこれまで多く議論されてきたが、いまだにほとんど解明されていない。

バージェンスとは、両眼単一視を行い維持するために両眼が同時に反対方向に動くことを指す。物を見るとき、映像が両眼の網膜の中心に映るよう、両眼は垂直軸回りに回転する必要がある。近くの物を見るときは両眼は互いに近づく方向に回転し（輻輳）、遠くの物を見るときは互いに離れる方向に回転する（開散）。

たとえば３５０ｍｍの近接位置にある物体を見るための眼の“内転”角度δの例を図４に示す。この角度δは、瞳孔間距離ＩＰＤと物体までの距離Ｄから、Ａｒｃｔｇδ＝ＩＰＤ／２×Ｄとして算出される。図４に示すケースでは、ＩＰＤが６５ｍｍ、Ｄ＝３５０ｍｍとしている。

したがって、通常の視覚を得るためには、外眼筋が非常に複雑に、また同時に互いに連携をとって動くことができる必要があることが分かる。少なくとも片方の眼の動きに異常があれば、不揃いの原因となり視覚障害につながることは容易に分かる。

以下の開示の中では次の用語を使用する。
・「優位眼（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｙｅ、先導する眼）」という用語は正常の健康な眼を指す。交代斜視の場合は、「優位眼」は処理装置が決定する。
・「非優位眼（ｎｏｎ−ｌｅａｄｉｎｇ ｅｙｅ）」または「傾斜眼（ｔｉｌｔｅｄ ｅｙｅ）」という用語は、たとえば部分的または全体的な不動性により所望の方向を注視することができず、優位眼と連携して動くことができない眼を指す。
・「広角カメラ」という用語は、およそ７０°より大きな視野角が得られる比較的短焦点のビデオカメラを指す。
・「デジタルカメラ」という用語は、デジタル形式で撮像および撮像画像の提供が可能な固体センサ（ＣＣＤ、ＣＭＯＳまたはその他センサ）を備えるビデオカメラを指す。
・「視線追跡」という用語は、注視点（視線の先）または頭部に対する眼球の動きを計測する過程を指す。
・「アイトラッカー」という用語は、眼球の位置および動作を計測する装置を指す。
・「注視（ｇａｚｅ）」「見る（ｓｔａｒｅ）」という用語およびこれらの変化形が代わる代わる用いられるが、これらは「風景内のある物体を見る」ことを意味する。

英国特許第１０９６９９７号公報 米国特許第５，８７５，０１８号公報

年齢に関わらず多くの人が外眼筋や眼球運動神経または脳の様々な病変を有している。これらの病変により、いわゆる斜視、つまり一方の眼が、空間内の、他方の眼と同じ方向を見ることができず、両眼の間にずれが生じる状態につながる場合がある。この不揃いにより、二重視（複視）が生じる場合がある。

眼球の不揃いは水平および／または垂直および／または捩れ方向に起こり得る。

ある種の斜視では、非優位眼が常に、所望の方向から一定角度で偏位しており（内斜視または外斜視として知られる）、空間内のある方向に固定していたり、自由に動き回っていたりする。これらの現象はすべて、水平および／または捩れおよび／または垂直方向の視野に関連し得る。

共同性斜視およびこれから派生するものはすべて、外眼筋は機能しているものの、これらの筋肉が非優位眼を、優位の健康な眼が指示する必要な方向に正しく向けることができない、視覚障害の一種である。共同性斜視の例を幾つか挙げると、外斜視、内斜視、上斜視、斜位などがある。

麻痺性斜視およびこれから派生するものはすべて、外眼筋の一部またはすべてが部分的または全体的に機能せず、非優位眼が部分的または全体的に麻痺している視覚障害の一種である。

より深刻な場合は双方の眼にこれらの問題が生じることもある。

上に挙げた病理は様々な理由で生じる。可能性のある理由としては、眼球運動を連携する脳機能の障害、視覚神経に関わる問題、あるいは、１または複数の外眼筋に関わる問題が挙げられる。

脳は、二重視を避けようとして、一方の眼から得られる画像を無視することがあり、このプロセスは抑制または弱視として知られている。抑制は、脳がまだ発達段階にある幼少期の方が起きやすい。このため、大人で斜視を発症した場合はほぼ常に複視が起こるのに対して、斜視の子どもが複視を訴えることはめったに無い。このため発達期の子どもでは、障害のある方の眼の適正な発達が阻害され、弱視につながる場合がある。大人でも抑制により複視を抑えることができることもあるが、抑制度合いが弱く効果が低く、時間もかかる。このため、二重視のある人は、かすみ目、眼痛、頭痛、吐き気、ふらつきなどを訴える場合が多い。他の治療を受けていない場合は、非優位眼を覆い、抑制または機能低下させる必要がある。これが奥行き知覚の低下に関連している。

ただし、上に挙げた病理は本発明により治療が可能な視覚障害の非限定的な例に過ぎないと理解すべきである。

両眼の不揃いによる視覚障害、特に、斜視に関する障害に関わる問題を解決する試みが幾つか知られている。

英国特許第１０９６９９７号は斜視治療装置を開示している。本装置は斜視矯正を目的とするもので、スクリーン、スクリーン上に互いに補完しあう２つの画像を生成する映写機、２つの検視鏡機構を備え、該検視鏡は、患者の異なる眼に異なる画像を送信し、各眼の網膜上に形成される画像を検査することができるよう配され、また、検視鏡は個別に、患者の両眼の各光学軸に一致するよう調節可能である。本装置は、患者が見る合成画像をスクリーンに映し、患者はスクリーンに触って両眼を再教育できるよう構成されている。

本発明に最も近いのは、１９９４年９月２６日出願の米国特許第５，８７５，０１８号記載のＪ．ランプレヒトの提案による方法と装置である。

本特許に記載の発明は、ビデオカメラを機械的に旋回させて非優位眼が正常であれば見るはずの画像を生成し、この画像を光学ファイバ束を介して、非優位眼の前方に位置するスクリーン上に表示するものである。生成画像は、優位眼と非優位眼との間の角度偏差を考慮して、優位眼が見る画像と角度的に一致させてから表示される。

角度を一致させるため、優位眼の注視角度をアイトラッカーにより求める必要があり、次いで、非優位眼用の画像を生成するビデオカメラを機械的に旋回させてこの注視角度に向かせ、カメラにより生成されたこの画像を、非優位眼の対向位置にあるスクリーン上に投影する。

しかし、この案は、様々な種類の斜視を有する人に適した装置として実際に市販されることはなかった。

ランプレヒトの発想が実用化されなかった理由として考えられるものを以下に幾つか挙げる。
ａ．優位眼の注視角度を追跡するために機械的に旋回させるビデオカメラは、カメラの視線を変えるのに時間を要する。眼球運動は非常に高速なため、機械的に旋回するカメラにより生成される画像は優位眼の素早い動きについていけず、カメラが生成するのは実際の画像ではなく一時的な非現実の画像となり、脳は、優位眼が見る実物の画像と機械駆動のカメラが生成する遅れた画像を統合することができない。
ｂ．機械的に旋回するビデオカメラは大がかりで重く、複雑、高価であり、メンテナンスを要する。
ｃ．機械システムは概して、また、特に、機械的に旋回するカメラは、作動に大きな電力を必要とし重い電池を必要とする。
ｄ．ランプレヒトの装置に使われる画像生成装置は光学ファイバにより表示スクリーンに接続され、画像は光伝導ファイバ束を介して表示スクリーンに中継される。この解決法は大がかりで、光伝導ファイバ束（光学ファイバ）のファイバ数に限りがあるため高解像度を達成することができない。高品質画像を形成するためには１００万単位のピクセル数が必要であるが、数１００万本ものファイバからなる光学ファイバ束は非実用的である。

上述のような理由で、ランプレヒトの解決法は、ヘルメット型の大型で重くかさばる装置となった。このようなヘルメット型装置が実現可能だとしても、毎日の使用には実用的とは言えず、また、光伝導ケーブルにより得られる解像度に限りがあるため、良質の画像を得るために充分な解像度は得られない。

結論として、ランプレヒトの発想は早くも１９９４年に考案されていたとはいえ、両眼の不揃いに関する視覚障害の長年の問題はいまだに解決されておらず、適切な解決策を必要としていると言える。

本発明の目的と概要
本発明の主な目的は、従来技術の解決法の欠点を充分軽減あるいは克服することができる、改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

特に、本発明の第一の目的は、実質的に静止し、眼の視野角追跡のためにたとえば旋回するなどの機械的移動を必要としない広角デジタルカメラを用いた、新規の改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、非優位眼に近接して位置する小型の広角ＣＣＤまたはＣＭＯＳビデオカメラを用い、処理装置および表示部間の電気接続用に光伝導ケーブルを必要としない、新規の改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、処理装置を用いた、新規の改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

本発明の別の目的は、コンパクトで軽量、便利なアイウェアとして実施可能な、新規の改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

本発明の別の目的は、眼球運動の速度に対応する速度で信頼性の高い視線追跡が可能な、新規の改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、必要解像度で良質の画像を生成し、この画像を歪みなく非優位眼の前方に表示することができる、新規の改良された視覚障害治療方法およびシステムを提供することにある。

上述の目的は、視覚障害治療方法および治療システムとして実施される本発明により達成される。特に、
一方の眼を優位眼として選択し第二の眼を非優位眼として選択することと、
優位眼が風景を注視するときその現在位置を追跡し、優位眼の現在の注視方向を求めることと、
患者が注視する風景の、少なくとも７０°の視野角内の画像を電子的に取得することと、
非優位眼の現在位置を追跡し、非優位眼の注視方向を求めることと、
優位眼の注視方向と非優位眼の注視方向との間の角度偏差を算出することと、
角度偏差に従って電子的にシフトさせるよう、風景の画像を電子的に処理し、シフトした画像を非優位眼の前方に表示することと、
を特徴とする方法として本発明を実施することにより達成される。

また、本発明をシステムとして実施する場合は、アイウェア（めがね状装着体）として設計・構成され、このアイウェアが、これに固着され、患者の両眼のうち少なくとも一方の動きを追跡することが可能な追跡装置と、患者の前方に見える風景の画像を電子的に生成することが可能な画像生成装置と、追跡装置により生成される追跡データに従って画像を電子的に処理することが可能な処理装置と、患者の少なくとも一方の眼の前方に、電子的に処理した画像を視覚表示することが可能な表示装置とを備え、上記アイウェアが、追跡装置、画像生成装置、処理装置、および表示装置を駆動する駆動源に電気接続される。

本発明は、主に、静止したままで機械的移動を必要とせずに、優位眼が見る風景の全体画像を取得可能な小型の広角デジタルビデオカメラを用いるという発想に基づく。カメラは風景の仮想画像を電子的に生成し、この画像を電子的に処理した後に非優位眼に提供する。このようなカメラは、必要な視野の全体を電子的に走査することができる。このような走査は、眼球運動の速度に対応する速度で信頼性高く行うことができる。カメラは小型のため、システム全体を、たとえば患者が着用しやすいコンパクトなアイウェアとして実施することができる。

処理装置により、治療の結果を自動でモニタし、必要に応じ治療パラメータを変更することも可能である。

ここで強調しておくが、デジタルビデオカメラは比較的以前から知られており、特にランプレヒトの特許出願時には入手が可能であった。にもかかわらず、大昔から存在する眼の不揃いに起因する視覚障害の問題には、デジタルビデオカメラは当時も今も使われていない。この事実は、本発明が自明ではないことを示すものである。

本発明の別の特徴は、小型の画像生成装置を用い、この画像生成装置を両眼のうち少なくとも一方に近接させて配することにある。この配置により、画像を中継するためにかさばる光学ファイバ束を必要としないため、表示装置に送られる画像は高解像度を有することができる。

本発明は、少なくとも片方の眼の少なくとも部分的複視に関連する視覚障害を有する患者に適している。

本発明は、視覚障害のトレーニング、視覚療法、リハビリ、評価、計測、診断、および分析に用いることができる。

特に、本発明は、両眼斜視、片眼斜視、交代斜視、内斜視、外斜視、上斜視などの様々な種類の斜視を有する患者の治療に用いることができる。

特に、本発明は、次の３つの症例の視覚障害治療に適している。
１．健康な優位眼と、運動能力にある程度の問題がある非優位眼
２．健康な優位眼と完全麻痺状態の非優位眼
３．両眼ともに眼球が不揃い（両眼とも交代斜視、異常、または両眼ともに共同注視麻痺）

以上は本発明の簡単な要約に過ぎない。本発明とその実施形態や効果をよりよく理解できるよう、添付の図面を参照しつつ以下に説明する。

図１は、正常な眼の片眼の視野を概略的に示す。 図２は、正常な眼の両眼の視野を概略的に示す。 図３は、正常な眼の眼球運動の振幅を概略的に示す。 図４は、輻湊角度の算出を概略的に示す。 図５は、アイウェアとして患者に装着された本発明のシステムの全体図を示す。 図６ａは、アイウェアとして実施された本発明のシステムの実施形態の等角投影図を示す。 図６ｂは、図５のａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃ線の断面を概略的に示す。 図７は、図５のｃ−ｃ断面の別の実施例を概略的に示す。 図８は、本発明のシステムの一実施形態をブロック図で示す。 図９は、本発明のシステムの別の実施形態をブロック図で示す。 図１０は、角度偏差補正前の優位眼および非優位眼の注視方向および頭部方向を概略的に示す。 図１１は、角度偏差補正前の優位眼および非優位眼による物体の知覚画像を概略的に示す。 図１２は、角度偏差補正前の優位眼の視線およびカメラの視線を概略的に示す。 図１３は、角度偏差補正後の優位眼および非優位眼による物体の知覚画像を概略的に示す。 図１４のａ，ｂ，ｃは、本発明の方法の様々な実施形態のフローチャートである。

本発明のシステムの実施形態を図５〜７を参照して示す。

概して、システム１０は、患者９が装着可能で、接続ケーブル１４により外部処理・駆動部１６に電気接続されたヘッド部１２を備える。外部処理・駆動部は処理装置と、たとえば電池パックなどの駆動源とを備える。

図６ａに示す代替的な実施形態では、システムは処理部・電池パック３０をヘッド部に後付けして一体的なヘッド部１８として構成されている。

ヘッド部は着用時に便利な構成および寸法を有するのが好ましい。ここでは眼鏡として構成することができる。

これを以後の開示中では、視覚補助または眼の保護に用いられる眼鏡やゴーグルなどすべての関連器具を含むものとしてアイウェアと称する。

以下の説明では「視線追跡」という用語は主に水平方向走査による視線追跡に関連して用いる。ただし、垂直方向にも同様に当てはまるものであり、本発明のシステムは、捩れ方向、水平方向および垂直方向の視線における不揃いに関連する視覚障害を計測、対処、および解決できるように考案されるものである。

図６ａに示すように本発明のシステムは、たとえばレンズＬ２入りのフレーム２０を有する眼鏡として構成されるアイウェアとして設計される。レンズＬ２は、優位眼の視界を邪魔しないよう透明である。従来のレンズでもよいし、患者の焦点能力に問題がある場合は処方通りの度数を有するような光学レンズであってもよい。

フレームは２つの側方アームＬＡ１、ＬＡ２を有する。患者が頭部にアイウェアを着用すると、レンズＬ２が優位眼に対向する。非優位眼に対向する位置にはレンズ３４が設けられる。

アイウェア上の、両眼の前方下方には２つのアイトラッカー２２、２４が支持されている。各アイトラッカーの正確な位置としては、対応する眼より約２．５ｃｍ下方で約４５度斜め下の前方に来るように選択する。こうすることで、視界が遮られることがない。実際のアイトラッカーはサンプリング率が少なくとも３０Ｈｚのビデオカメラアイトラッカーとすることができる。適切なアイトラッカー例としては、ドイツのＳＭＩ（ＳｅｎｓｏＭｏｔｏｒｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社製のＧａｚｅＷｅａｒトラッカーが挙げられる。

アイウェアは、少なくとも非優位眼の視野と重なる少なくとも１つの広角表示装置２６を備える。実用時、この表示部は非優位眼に対向して位置する。広角表示装置の適切なものとして、米国のｅＭａｇｉｎ社製のＥＭＡ−１００５０２ ＳＸＧＡ ＸＬを使用することができる。この表示部は合計１２９２（×３）×１０３６のピクセル列を有する。

アイウェアはさらに、好ましくは非優位眼の近辺で片方の側方アームに装着された少なくとも１つの、高解像度小型広角デジタルビデオカメラ２８を備える。これは、優位眼とビデオカメラ間で正しい視差を得て、立体像が正しく結像されるために必要なものである。実用時、カメラは非優位眼側方の、約２．５ｃｍ離れた位置にある。カメラは少なくとも７０°、好ましくは１００°より大きい視野角を有するとよく、オートフォーカス機能があると有用である。カメラは実質的に静止し、その視野内の風景の画像を電子的に走査するようフレーム上に固定される。

カメラの適切な例として、英国のＤＣＳシステム社製のＤｏｇＣａｍ Ｂｕｌｌｅｔ ＨＤ ＷＩＤＥデジタルカメラが挙げられる。このビデオカメラは７２０ｐの高解像度ビデオカメラであり、１３５°の広角レンズを有する。

アイウェアはさらに、小型処理装置３０および駆動部３２を備える。ここでは特に図示していないが、処理装置には適切なメモリやその他の周辺回路が設けられていると理解すべきである。

実用時は、処理装置は片方の側方アームに装着される。図６ｂに示すように、処理装置３０はアームＬＡ１に、駆動部３２はアームＬＡ２に装着されている。

なお、詳しく示していないが、適切な配線または無線により、ビデオカメラ、アイトラッカー、表示装置、処理装置間で信号の送受信や通信が可能であると理解すべきである。

また、駆動部は上記の各部に電気接続されてこれらを駆動するものと理解すべきである。

さらに、場合によっては１つのカメラおよび１つの表示装置で足りることもあることに留意されたい。これを図６ａ、図６ｂ、図８に示す。また場合によっては、複数のカメラおよび複数の表示装置が必要になることもある。これは、図９を参照して後に詳述する。

図６ｂでは、アイピースレンズ３４が設けられている。このレンズにより、非優位眼ＮＬＥは、非優位眼から数センチの位置にある表示装置２６上に焦点を合わせることができる。光学レンズ３４の代わりに、図７に示すように非優位眼にコンタクトレンズ３６を装着し、同じ目的で用いてもよい。

次に、図８、図９を参照して、視覚障害の例を幾つか挙げながら本発明を説明する。

例１：
本例は患者の左眼が優位眼であり右眼が非優位眼である場合である。非優位眼は限られた範囲での運動は可能である。

図８に本システムの構成をブロック図として示す。本例用のブロック図には、図６ａ、図６ｂに関連して上で既に述べた構成要素が含まれている。

レンズＬ２は優位眼ＬＥの前方に位置している。レンズＬ２は従来のレンズである。優位眼に焦点の問題がない場合は、レンズの度数はゼロでもよい。そうではない場合、優位眼用レンズＬ２は検眼士の処方通りの度数を有することができる。患者の優位眼はこのレンズを通して風景を遮られることなく見ることができ、たとえば前方の物体３８が見える。

第１アイトラッカー２４は優位眼用レンズＬ２の下部に位置しており、（実用上）優位眼の視界を妨げることがなく、また同時に、優位眼の位置を信頼性高く追跡することができる。図８ではこれを「正常視野」として示す。

広角表示装置２６は非優位眼の前方に位置している。

アイピースレンズ３４は広角表示装置２６と非優位眼ＮＬＥとの間に位置しており、非優位眼は表示部上に映る焦点の合った物体の画像を見ることができる。このアイピースレンズは、患者の眼に必要な矯正度数を有する必要がある。したがって非優位眼は、表示部上に映る物体の仮想画像のみを見ることになる。図８ではこれを「仮想視野」として示す。

第二アイトラッカー２２は非優位眼の表示装置２６の下部に位置し、非優位眼の視界を妨げることがなく、また同時に、非優位眼の位置を信頼性高く追跡することができる。

広角デジタルビデオカメラ２８は非優位眼の右側に位置し、カメラには、患者の頭部前方の外の風景が、遮られることなく、非優位眼が健康であれば見えるのと同じように映る。カメラは適切なＣＣＤまたはＣＭＯＳ固体センサ（またはその他のセンサ）を備え、非優位眼ＮＬＥが正常に動くことができれば見えるであろう視野全体を含むに充分な視野を有するレンズを備える。実用上、この角度は少なくとも７０°の範囲内であり、約１００°であると好ましい。

カメラは広角レンズを有するため、非優位眼の位置にある正常な眼が見ることのできる視野の大部分を瞬時に捉えることができる。立体像を知覚するためには人間の脳は、優位眼の位置と非優位眼の位置の双方からの僅かに異なる２つの画像を同時に受け取る必要があるため、この位置は重要である。得られた画像は処理装置３０により迅速に加工処理され、優位眼の素早い動きも正しく追跡される。図８では概略的に、カメラが捉える画像が電子的にカメラから処理装置に送られることを矢印で示している。もう１つの矢印は、加工後のシフトされた画像が電子的に表示装置に送られることを示している。

上述のように、カメラは物体までの距離を計測可能でありオートフォーカス機能を有していることが好ましい。

例２：
本例は患者の左眼が優位眼であり右眼が非優位眼であり、非優位眼が完全麻痺状態である場合である。

本例の治療用システムのブロック図は基本的に図８と同様である。ただし、本例では非優位眼が麻痺のためまったく動くことがなく、頭部の方向に対して固定の方向を向くため、第二アイトラッカーは不要となる。したがって非優位眼の注視角度αは予め知られているので、これを考慮して優位眼と非優位眼の間の角度偏差補正に必要な計算を行うことができる。

例３：
本例は患者の両眼がいずれも異常な方向を向いている場合を扱う（つまり、交代斜視、眼振など）

本システムのブロック図を図９に示す。容易に分かる通り、図８に示す図のシステムと基本的に同様である。

したがって、同様の構成要素は同様の参照符号で示している。ただし、本例の治療用システムの構成では、優位眼付近に位置する追加のビデオカメラ４０と、優位眼の前方に位置する追加の広角表示装置３９とが必要となる。

追加のアイピースレンズ４２を優位眼の前方に設けてもよい。

仮想視野の方向をカメラと物体との間の直線で、また、必要視野の方向を両眼と物体との間の直線で示している。

次の表に、発明を限定することのない例として、上に挙げた例それぞれに必要なシステムのハードウェア構成例をまとめる。

次に、図１０〜１４を参照して、上に挙げた３つの例について本発明に係る視覚障害治療方法を説明する。

例１：
以下の計算では、物体が患者から遠く離れており両眼が平行に全く同じ方向を注視する必要があると仮定する。優位眼は空間内の物体を注視する。

ここで、図１０の左側に示すように、物体が（頭部に対して）β＝１０°左方に位置すると仮定する。患者が物体を注視すると、第１アイトラッカーは優位眼の注視方向を検出し、優位眼の注視角度βを決定しこのデータを処理装置に送る。

第二アイトラッカーは非優位眼付近に位置している。

非優位眼は空中の任意の方向を注視している。ここで、図１０の右側に示すように、非優位眼はβ＝３０°右方を注視していると仮定する。この角度αは、患者の斜視などが原因となっている。第二アイトラッカーは非優位眼の注視角度αを決定しこのデータを処理装置に送る。

このように、優位眼はその視野の中心で物体の画像を見ているが、非優位眼はその注視方向からα＋β＝４０°左方にある物体の画像を見ることになる。この状態は図１１に示している。このような角度偏差があると２つの異なる画像を脳内で結合させることができず、複視を防ぐために非優位眼が見る画像は抑制されなければならない。

ここで、物体の画像を撮像するビデオカメラが、頭部に対して右方にγ＝１５°傾いているとする。これを図１２に示す。この傾きのために、ビデオカメラから「見える」物体の画像は左方にβ＋γ＝２５°シフトしている。この状態を図１２の右側に示す。

ビデオカメラが撮像した像は処理装置に送られる。

ビデオカメラにより生成される画像を用いて、処理装置は患者の両眼から物体までの距離を計算しこの距離をメモリに保存する。この算出は、写真術で用いられる、パッシブ方式のオートフォーカス、位相差検出、コントラスト検出、アクティブ方式のオートフォーカスなどのフォーカス技法を用いて行うことができる。

広角表示装置は非優位眼の前方に位置し、非優位眼の自然視野の全体を遮断している。ここで、広角表示装置は右方にγ＝１５°傾けて固定されており、表示部の中心は非優位眼が有するであろう１６０°の視野の中心にあると仮定する。これを図１３の右側に示す。

処理装置３０は上述した必要な画像処理を行い、非優位眼の実際の注視方向の真正面に画像を表示するために画像を電子的にシフトさせるのに必要な傾き角度を算出する。本例では画像を右方に（β＋γ）＋（α-γ）＝β＋α＝１０＋３０＝４０°の角度で電子的にシフトさせる必要がある。このようにシフトさせることにより、両眼の注視方向における角度偏差は補正されて、両眼は視野の中心で、それぞれの光学軸の注視方向の真正面で画像を見ることができる。これを図１３に示している。したがって、両眼が正しい角度で物体を注視しているかのように、患者の脳はこれら２つの画像を結合させて１つの正常な立体像を結ぶことができる。

画像処理、計算、および角度偏差補正はシステムにより連続的に行われ、非優位眼前方の画像は常に、優位眼が注視する方向に応じた必要な角度で映される。

ここで、物体が患者からあまり離れておらず、両眼が平行ではなく輻輳角度で物体を見る必要があると仮定する。

たとえば、測距機能により計測される物体までの距離が３５０ｍｍであるとする。既に図４を参照して説明したように、処理装置は輻輳角度δを５．３°として算出する。容易に分かる通り、この角度δ全体をシフト角度に加えればよい。

つまり、本例では、物体が患者から３５０ｍｍ離れている場合、また上述の通り輻輳角度δ＝５．３°と算出された場合、非優位眼の前方に表示される画像は左方に全体でα＋δ＝３０＋５．３＝３５．３°シフトさせる必要がある。

したがって本例でも、非優位眼は、あたかも正常眼として正しい方向で物体を注視しているかのように、前方の表示装置上に移される画像を知覚することになる。これによって、非優位眼は実際には物体を注視していないにもかかわらず、脳は立体像を知覚することができる。

実用時には、物体と患者頭部との距離がたとえば２ｍ未満の場合、輻輳角度の算出が必要となる。

次に、図１４を参照して、３つの例すべてについてそのプロセスフローをまとめる。
第１の例では処理工程は図１４ａに示す通りとなる。

治療工程は、優位眼の注視方向を検出し注視角度を取得するステップ１４００から始まる。これはアイトラッカー２４により行われる。取得した注視角度は処理装置のメモリに保存される。

１４１０で示す次のステップでは、風景の大部分を網羅する視野角を有する広角デジタルカメラ２８により風景の全体画像を取得する。

次のステップ１４２０では、対象の物体までの距離を計測し、計測値を処理装置のメモリに保存する。

続くステップ１４３０ではカメラの焦点を調節する。

さらなるステップ１４４０では非優位眼の注視方向を検出しその注視角度を取得する。これはアイトラッカー２２により行われる。取得した注視角度は処理装置のメモリに保存される。

次のステップ１４５０では処理装置により優位眼と非優位眼の注視角度間の偏差を算出する。先に算出した物体までの距離によっては、さらに輻輳角度も算出する。

次のステップ１４６０では、カメラが生成した画像を、非優位眼の角度偏差を補正すべく画像をシフトするよう処理を行う。

最終ステップ１４７０では、シフトした画像を非優位眼前方に位置する広角表示装置２６上に表示する。

上記一連のステップを連続的に繰り返す。

例２に適した治療方法のプロセスフローを図１４ｂに示す。

例１に適した方法は基本的に例２と同様であり図１４ｂでは同様の処理工程は同様の参照符号で示している。

ただし、例２に適した治療方法には、麻痺した非優位眼の注視方向は既に知られているため、ステップ１４４０が無い。

例３に適した治療法のプロセスフローを図１４ｃに示す。

ここでも、同様の工程は同様の参照符号で示している。ただし本例では、追加のアルゴリズムにより両眼の注視角度を求める必要がある。あるアルゴリズムでは、処理装置は一方の眼を固定的に優位眼と定義し、優位眼に関連する瞬間的な値ではなくその注視角度の平均値を計算に用いる。

また別のアルゴリズムでは、両眼の運動を分析しこれに基づいて自動で交互に優位眼を定義する。

例３のプロセスフローは、両眼の注視角度を求めるステップ１４０５から始まる。この後ステップ１４８０を実行する。ステップ１４８０では、広角カメラ２８、３６によって風景の全体画像を２つ求める。次のステップ１４９０では必要な注視方向を算出する。さらなるステップ１４２０、１４３０は、例１について先に説明したプロセスフローと同様である。ステップ１５００では両眼について集めたデータに基づき優位眼を指定する。次のステップ１４５０、１４６０は、例１について先に説明したプロセスフローと同様である。最終ステップ１５１０では、各眼の前方に位置するそれぞれの広角表示装置に、シフトさせた画像を表示する。

この構成では、患者は、角度偏差が補正されることなく実際に見える異常な画像より安定した画像を見ることになる。

したがって、本発明のシステムおよび方法により、複視および麻痺に関連する視覚障害を治療することが可能となる。

機械的に動く構成要素を備えないコンパクトなシステムで視覚障害を治療することが可能になるので、本治療はアイウェアを装着する患者の利便性を目的として行うことができる。

本発明は上述の例に限られず、当業者であれば、添付の請求の範囲に定義される発明の範囲を逸脱することなく、変更や改変を行うことができるのは言うまでもない。

したがってたとえば、電池パックに代えて、またはこれに加えて、システムが外部に接続されていてもよい。この接続により、（たとえば充電などの）電力供給や、較正、履歴データ、眼球トレーニング運動、仮想画像挿入などのデータ入出力を行うことができる。

高解像度を得るために、広角デジタルカメラは複数の画像センサを備えることができる。

アイウェアのレンズに広角表示装置を装着する代わりに、網膜走査ディスプレイまたはその他の技術を用いてもよい。市販の網膜走査ディスプレイ装置の例として、日本のブラザー社の開発による網膜走査ディスプレイ装置を挙げることができる。

また、上述の説明、および／または以下の請求の範囲、および／または添付の図面に開示する特徴点は、本発明を様々な形態で実施するために個別にまたは組み合わせて用いるものであることは言うまでもない。

以下の請求の範囲における「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」「有する（ｈａｖｅ）」という用語やこれらの活用形は、「〜を含むがこれに限定されない」の意味で用いる。

９ 患者
１０ システムの概略図
１２ ヘッド部
１４ 接続ケーブル
１６ 外部処理・駆動装置
１８ アイウェアとして構成されるシステム
２０ フレーム
２２ アイトラッカー
２４ アイトラッカー
２６ 表示装置
２８ 広角デジタルカメラ
３０ 処理装置
３２ 駆動源
３４ アイピースレンズ
３６ コンタクトレンズ
３８ 物体
３９ 表示装置
４０ 広角デジタルカメラ
４２ アイピースレンズ
ＬＥ 優位眼
ＮＬＥ 非優位眼
Ｌ２ レンズ
ＬＡ１ 側方アーム
ＬＡ２ 側方アーム
１４００， １４０５， １４１０， １４２０， １４３０， １４４０， １４５０， １４６０， １４７０， １４８０， １４９０， １５００， １５１０ 工程

Claims (8)

1. 患者の両眼間の不揃いに関連する視覚障害の治療システムであって、前記患者の両眼の動きを追跡することが可能な追跡装置（２２，２４）が装着されたアイウェア（１８）として設計されかつ構成され、前記アイウェアが、前記アイウェアに固定され、前記患者が注視する風景の画像を電子的に生成することが可能なデジタル画像生成装置（２８）と、前記画像を電子的に処理することが可能な処理装置（３０）と、前記患者の非優位眼の前方に前記電子的に処理した画像を視覚表示することが可能な表示装置（２６）とを備え、前記アイウェア（１８）が前記システムを駆動する駆動源（３２）に電気的に接続されており、
   アイウェアに対して実質的に静止し機械的移動を必要としない前記デジタル画像生成装置（２８）が用いられ、前記デジタル画像生成装置（２８）が、風景の広角画像を生成し、
   前記処理装置（３０）が、患者の両眼の注視方向の間の角度偏差を算出し、算出した前記角度偏差に従って前記表示装置（２６）に表示する前記画像を電子的にシフトするよう、前記画像を電子的に処理するように構成されていることを特徴とするシステム。
2. 前記画像生成装置（２８）が、少なくとも７０°の視野角により定義される高解像度広角デジタルビデオカメラを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記アイウェア（１８）が、レンズが装着されたフレーム（２０）を備える眼鏡として構成され、前記フレーム（２０）が第一側方アーム（ＬＡ１）と第二側方アーム（ＬＡ２）とを備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記患者の両眼の動きを追跡することが可能な前記追跡装置（２２，２４）が、第一視線追跡装置（２２）と第二視線追跡装置（２４）とを備える、請求項３に記載のシステム。
5. 前記デジタル画像生成装置（２８）が前記側方アームの一方に装着され、前記表示装置（２６）が少なくとも一方の眼の前方に装着され、前記デジタル画像生成装置（２８）が前記表示装置（２６）に近接配置される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第一側方アーム（ＬＡ１）に装着される第一のカメラ（２８）と前記第二側方アーム（ＬＡ２）に装着される第二のカメラ（４０）と、一方の眼の前方に位置する第一表示装置（２６）と、第二の眼の前方に位置する第二表示装置（３９）とを備える、請求項３に記載のシステム。
7. 前記画像生成装置（２８）が測距機能を備える、請求項１に記載のシステム。
8. 前記画像生成装置（２８）がオートフォーカス機能を備える、請求項１に記載のシステム。

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