用于認知和發(fā)育狀況的檢測的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于認知和發(fā)育狀況的檢測的系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求提交于2013年3月11日的申請?zhí)枮?1/775，880的共同未決、共同分配的美國臨時申請的利益，其據(jù)此通過引用以其整體并入本文。
[0003]背景
[0004]諸如自閉癥譜系障礙(ASD)的發(fā)育障礙影響美國幾乎14%的兒童。用于諸如ASD的狀況的診斷方法變化相當大，并且即使使用“最佳實踐”工具也只提供對狀況的相當差的靈敏度和特異性。發(fā)育殘疾的延誤診斷降低治療的有效性并通常導致差的結果。此外，治療提供者(例如，兒科醫(yī)生或其他醫(yī)療專業(yè)人員)缺少用于測量這些狀況中的進展的足夠工具。
[0005]概述
[0006]本系統(tǒng)、設備和方法總體上涉及使用眼睛跟蹤數(shù)據(jù)的分析對受試者中的包括ASD的發(fā)育或認知狀況進行檢測，其中所述眼睛跟蹤數(shù)據(jù)響應于向受試者顯示具體預定視覺刺激(例如，一個或多個視頻)而生成。此外，此類系統(tǒng)、設備和方法可被應用用于定量測量和監(jiān)控相應的狀況或多個狀況的癥狀學，并且在某些情況下，向患者、家庭和服務提供者提供更加準確和相關的規(guī)定信息。根據(jù)附加的方面，所公開的系統(tǒng)、設備和方法可用于預測具有自閉癥的受試者中的結果(因此提供規(guī)定機能)，同時也為全球發(fā)育殘疾者提供類似的診斷和規(guī)定測量。
[0007]根據(jù)一個方面，提供了用于從眼睛跟蹤器件收集數(shù)據(jù)的方法，方法包括致使顯示第一視覺圖像，在顯示第一視覺圖像之后，致使顯示固視目標代替第一視覺圖像，從眼睛跟蹤器件接收數(shù)據(jù)，其指示受試者相對于顯示的固視目標的眼睛移動，以及響應于接收指示受試者的眼睛移動的數(shù)據(jù)，致使在顯示第二視覺圖像代替固視目標。在某些實施中，固視目標觸發(fā)受試者的反射性眼睛移動。在某些實施中，在沒有言語指令的情況下引起受試者的眼睛移動。方法可進一步包括從指示受試者的眼睛移動的數(shù)據(jù)識別固視，計算固視的固視位置坐標，以及確定固視位置坐標是否在顯示的固視目標的已知目標位置坐標的接近度閾值內(nèi)。在某些實施中，如果固視位置坐標不在接近度閾值內(nèi)，則為校準的目的拒絕指示受試者的眼睛移動的數(shù)據(jù)。方法還可包括從操作者接收手動指示，其從通過述操作者觀察的固視識別所述固視。方法還可包括從操作者接收手動指示，其用通過操作者觀察的固視印證識別的固視。
[0008]在某些實施中，方法還包括確定接收的數(shù)據(jù)是否指示在相對于顯示的固視目標的受試者的眼睛移動期間的眨眼、眼跳或平滑尾隨跟蹤中的任一個。如果接收的數(shù)據(jù)指示在相對于顯示的固視目標的受試者的眼睛移動期間的眨眼、眼跳或平滑尾隨跟蹤中的任一個，則至少部分為了校準的目的可以拒絕指示受試者的眼睛移動的數(shù)據(jù)。在某些實施中，如果數(shù)據(jù)不包括固視，則為了校準的目的拒絕指示受試者的眼睛移動的數(shù)據(jù)。在某些實施中，第一視覺圖像不同于第二視覺圖像。在某些實施中，第一視覺圖像與第二視覺圖像相同。
[0009]在某些實施中，方法還包括致使顯示一個或多個隨后的固視目標替代第二視覺圖像。在某些實施中，在顯示每個相應的隨后固視目標之后顯示相應的視覺圖像。每個相應的視覺圖像可以不同于第一視覺圖像和第二視覺圖像，或者每個相應的視覺圖像可以與第一視覺圖像和第二視覺圖像相同。在某些實施中，每個相應的隨后固視目標具有相應的目標位置坐標。在某些實施中，響應于來自觀察受試者的操作者的手動指示顯示固視目標。在某些實施中，基于受試者的屬性來選擇視覺圖像。屬性可以是受試者的年齡。在某些實施中，第一視覺圖像和第二視覺圖像是動態(tài)視覺圖像。在某些實施中，方法用于受試者中的發(fā)育或認知狀況的評定、篩選、監(jiān)控或診斷。
[0010]根據(jù)一個方面，提供了包括框架的系統(tǒng)，框架支撐顯示設備，用于檢測受試者響應于通過顯示設備顯示的刺激的眼睛移動的傳感器以及用于使受試者就坐的支撐設備，其中支撐設備可調整用于以相對于顯示設備和傳感器的允許收集眼睛移動數(shù)據(jù)的取向定位受試者，并且其中一旦被定位，則支撐設備將受試者限制在所述取向中?？蚣芸砂ㄝ喿右约榜詈系捷喿拥闹苿悠?。在某些實施中，支撐設備包括隔離物，以使受試者的視野視覺干擾最小。支撐設備可以配置為傾斜。在某些實施中，支撐設備包括可調整的頭枕。頭枕可限制受試者的頭部移動的范圍。在某些實施中，支撐設備被配置為圍繞軸旋轉。
[0011]在某些實施中，顯示設備可相對于受試者調整到多個位置。在某些實施中，傳感器可相對于受試者調整到多個位置。系統(tǒng)還可包括被配置為向操作者顯示受試者的圖像的第二顯示設備。在某些實施中，系統(tǒng)包括用于將檢測的受試者的眼睛移動傳送到網(wǎng)絡的網(wǎng)絡接口。系統(tǒng)可用于受試者中的發(fā)育或認知狀況的評定、篩選、監(jiān)控或診斷。在某些實施中，系統(tǒng)經(jīng)配置執(zhí)行本公開的方法中的任一項。
[0012]根據(jù)一個方面，提供了用于校正眼睛跟蹤數(shù)據(jù)中的空間不準確性的方法，方法包括接收在顯示受試者的刺激期間記錄的眼睛跟蹤數(shù)據(jù)(其中刺激包括固視目標，其引起通過受試者的固視)，在接收的眼睛跟蹤數(shù)據(jù)中識別固視，計算與固視目標相關的目標位置坐標和與固視相關的固視位置坐標之間的差異，將計算的目標位置坐標和固視位置坐標之間的差異存儲作為矢量數(shù)據(jù)，以及轉換所述矢量數(shù)據(jù)，以使固視位置坐標與目標位置坐標對準。在某些實施中，轉換包括執(zhí)行選自由三線性插值、重心坐標中的線性插值、仿射轉換以及分段多項式轉換組成的組的數(shù)學運算。在某些實施中，方法用于受試者中的發(fā)育或認知狀況的評定、篩選、監(jiān)控或診斷。
[0013]根據(jù)一個方面，提供了包括框架的系統(tǒng)，框架支撐用于向受試者顯示刺激的裝置、用于檢測受試者響應于通過用于顯示的裝置顯示的刺激的眼睛移動的裝置以及用于支撐受試者的裝置，其中用于支撐的裝置可調整用于以相對于用于顯示的裝置和用于檢測的裝置的允許收集眼睛移動數(shù)據(jù)的取向定位受試者，并且其中一旦被定位，則用于支撐的裝置將受試者限制在所述取向中。框架可包括用于移動系統(tǒng)的裝置以及用于阻止移動的裝置，其耦合到用于移動的裝置。在某些實施中，用于支撐的裝置包括用于使受試者的視野的視覺干擾最小化的裝置。用于支撐的裝置經(jīng)配置傾斜。在某些實施中，用于支撐的裝置包括可調整的頭枕。頭枕可以限制受試者的頭部移動的范圍。在某些實施中，用于支撐的裝置經(jīng)配置圍繞軸旋轉。
[0014]在某些實施中，用于顯示的裝置可相對于受試者調整到多個位置。在某些實施中，用于檢測的裝置可相對于受試者調整到多個位置。系統(tǒng)可進一步包括用于向操作者顯示受試者的圖像的裝置。在某些實施中，系統(tǒng)包括用于將檢測的受試者的眼睛移動傳送到網(wǎng)絡的裝置。系統(tǒng)可用于受試者中的發(fā)育或認知狀況的評定、篩選、監(jiān)控或診斷。在某些實施中，系統(tǒng)經(jīng)配置執(zhí)行本公開的方法中的任一項。
[0015]根據(jù)一個方面，提供了單機設備及相關方法。用于諸如ASD的發(fā)育或認知障礙的診斷、篩選和監(jiān)控的平臺包括(a)設備(特別是攝像頭和光源)，其用于收集與所呈現(xiàn)的視覺信息相關的眼睛跟蹤數(shù)據(jù)；(b)屏幕，其用于將刺激(多個刺激)呈現(xiàn)給患者；(C)揚聲器，其用于將聲音呈現(xiàn)給患者；(d)系統(tǒng)，其用于維持合適的患者定位，使得設備可在多個位置之間關節(jié)式活動，提供給嬰兒傾斜的位置，同時也允許作出調整，使得較大的兒童可相對于刺激呈現(xiàn)屏幕坐端正，刺激呈現(xiàn)屏幕可被垂直地調整以便適應患者的不同高度，患者眼睛離屏幕具有規(guī)定距離，患者被安全地支撐并且患者被安全地抑制離開系統(tǒng)；(e)用于與眼睛跟蹤硬件和刺激呈現(xiàn)監(jiān)控器以及揚聲器接合的計算機；(f)伴隨眼睛跟蹤硬件和刺激呈現(xiàn)監(jiān)控器以及揚聲器的定制軟件，使得例如可記錄識別患者信息，可關于患者校準眼睛跟蹤硬件，可將電影呈現(xiàn)給患者，可收集眼睛跟蹤數(shù)據(jù)，可保存數(shù)據(jù)以及可自動地傳遞數(shù)據(jù)以用于處理；(g)剛性框架，其支撐硬件部件，使得例如眼睛跟蹤硬件放置在光學上適當?shù)奈恢弥?，刺激呈現(xiàn)屏幕放置在患者可訪問的位置中，并使患者的干擾最小化；(h)可選擇的患者頭枕，其使患者頭部移動最小化；(i)操作者控件，其包括鍵盤、鼠標、計算機監(jiān)控器；(j)攝像頭，其用于監(jiān)控患者行為；以及(k)用于受控環(huán)境照明的系統(tǒng)。
[0016]根據(jù)一個方面，用于將眼睛跟蹤數(shù)據(jù)傳遞到處理器以用于數(shù)據(jù)分析的方法包括(a)用于收集與所呈現(xiàn)視覺信息相關的眼睛跟蹤數(shù)據(jù)的設備；(b)網(wǎng)絡連接；(C)用于將數(shù)據(jù)上傳到中央數(shù)據(jù)庫的軟件；以及(d)中央數(shù)據(jù)庫。根據(jù)另一個方面，用于分析數(shù)據(jù)的方法包括(a)從原始眼睛跟蹤數(shù)據(jù)和通過患者察看的電影列表解析出相關信息；(b)記錄有關感興趣的區(qū)域的眼睛跟蹤數(shù)據(jù)；以及(C)經(jīng)由眼睛跟蹤數(shù)據(jù)將個體患者數(shù)據(jù)與規(guī)范和非典型發(fā)育的現(xiàn)有模型進行比較。根據(jù)另一個方面，用于將結果遞送給兒科醫(yī)師的方法包括(a)規(guī)范發(fā)育或ASD的指示，其被以以下格式中的任一個圖形地或非圖形地呈現(xiàn)(i)紙質形式或(ii)基于網(wǎng)絡(web)的接口。
[0017]根據(jù)一個方面，自動化“決策樹”校準方法被提供用于通過以下基于軟件的方法減少在針對不能跟隨口頭指示(由于年齡或認知能力)的個人校準眼睛跟蹤器件中的操作者錯誤(a)校準(i)通過個人(操作者)操作的校準，(ii)校準軟件允許向參與者呈現(xiàn)視頻刺激，(iii)將固視目標呈現(xiàn)給個人(參與者)，(iv)操作者具有通過直接注視、直接視頻饋送或其他方法察看參與者的能力，(v)操作者具有通過注視、直接視頻饋送或其他方法察看參與者眼睛的能力，(vi)操作者具有將視覺刺激目標呈現(xiàn)給參與者的能力，(vii)操作者具有指示他們何時觀察到參與者的注視轉移朝向目標的能力，(viii)當操作者指示參與者正在看著目標時，眼睛跟蹤系統(tǒng)記錄記錄關于參與者眼睛的視覺信息，最終收集跨越足夠點的足夠信息以便校準系統(tǒng)；(b)驗證(i)在成功校準之后，操作者具有向參與者顯示隨機目標的能力，其中所校準的數(shù)據(jù)現(xiàn)在由眼睛跟蹤器件輸出，(?)當目標出現(xiàn)在屏幕上時，可記錄實時眼睛跟蹤數(shù)據(jù)，(iii)操作者具有指示他們何時觀察到參與者注視轉移朝向目標的能力，(iv)使用所記錄的數(shù)據(jù)以及通過或不通過由操作者指示的定時信息，軟件自動計算每個示出點的平均固視位置，(V)軟件將所計算的平均固視位置與預指定的準確性閾值進行比較并隨后接受(驗證)或拒絕(非驗證)點；(c)決策樹(i)狀況I，其中〈3個目標被驗證，軟件指令操作者嘗試從頭開始重新校準或者加載一般的校準；(ii)狀況II，其中3-4個目標被驗證，軟件指令操作者嘗試僅重新驗證剩余點或者繼續(xù)當前校準；(iii)狀況III，其中5個目標被驗證，軟件指令操作者繼續(xù)當前校準。
[0018]根據(jù)一個方面，提供了事后校準錯誤解決方案。提供了用于調整眼睛跟蹤數(shù)據(jù)空間準確性中的一般錯誤的計算方法，使得(a)記錄與呈現(xiàn)給參與者的視覺刺激目標相關的眼睛跟蹤數(shù)據(jù)；(b)通過計算分析識別平均固視位置；(C)基于所計算的到實際呈現(xiàn)的目標位置的接近度將接受/拒絕準則應用到每個平均固視位置計算；以及(d)應用從計算的平均固視位置到實際呈現(xiàn)的目標位置的空間轉換到眼睛跟蹤數(shù)據(jù)。
[0019]根據(jù)一個方面，提供了社交能力發(fā)育的生長圖表。提供了通過視覺表示來表示社交能力發(fā)育的方法，使得(a)通過眼睛跟蹤數(shù)據(jù)的許多個體實例的定量分析來定義典型(和/或異常)發(fā)育，以及(b)該定量分析的結果被表示為關于以下方面的典型(和/或異常)發(fā)育的縱向圖(i)給定刺激中的感興趣的特定區(qū)域上的固視的測量結果被縱向地形成圖表，或者(ii)在眼睛跟蹤數(shù)據(jù)收集時的相對顯著性相對年齡；(b)使得眼睛跟蹤數(shù)據(jù)的分析的新來結果可以圖形形式與典型(和/或異常)數(shù)據(jù)進行比較；(C)使得圖形表示可幫助將關于個體數(shù)據(jù)的醫(yī)學上的相關信息傳送給護理者。
[0020]本領域技術人員將在回顧本公開之后想到這些實施例的變型和修改。前述特征和方面可以以具有本文所描述的一個或多個其他特征的任何組合和子組合(包括多個從屬組合和子組合)來實施。包括其任何組成部分的本文所描述或示出的各種特征可在其他系統(tǒng)中組合或整合。此外，可省略或不實施某些特征。
[0021]附圖簡述
[0022]在考慮以下結合隨附附圖的進行的詳細描述之后，前述和其他目標及優(yōu)點將為明顯的，其中相似的參考字符在全文中指的是相似的部件，并且在附圖中:
[0023]圖1根據(jù)本公開的某些實施例示出包括設備和支持數(shù)據(jù)基礎架構的用于遞送診斷或規(guī)定結果的示例性系統(tǒng)的方框圖；
[0024]圖2分別示出用于受試者中的發(fā)育或認知狀況的評定、篩選、監(jiān)控或診斷的示例性設備的前透視圖和后透視圖；
[0025]圖3A到圖3F根據(jù)本公開的某些實施例示出圖2的設備的可選實施例的透視圖；
[0026]圖4根據(jù)本公開的某些實施例示出數(shù)據(jù)收集的示例性流程圖；
[0027]圖5A到圖5L根據(jù)本公開的某些實施例示出數(shù)據(jù)收集期間被呈現(xiàn)給操作者的一系列示例性顯示屏幕；
[0028]圖6根據(jù)本公開的某些實施例示出用于校準眼睛跟蹤數(shù)據(jù)的計算機實施的功能的示例性流程圖；
[0029]圖7根據(jù)本公開的某些實施例示出用于驗證眼睛跟蹤數(shù)據(jù)的計算機