ES2257898B1 - Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculograficas para la deteccion de desviaciones oculares respecto a unas señales patron de seguimiento ocular. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular. Procedimiento que se caracteriza por el hecho de que comprende el seguimiento de una de las señales patrón, la obtención de señales electrooculográficas, la amplificación, el filtrado (9) y la digitalización de dichas señales, el registro (7) y la aplicación de una función de regresión lineal (10), que permite aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales, en diferentes intervalos de tiempo.
Description
Procedimiento de tratamiento de las señales
electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares
respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de tratamiento de las señales electrooculográficas
para la detección de desviaciones oculares respecto a unas señales
patrón de seguimiento ocular.
Son conocidos procedimientos de tratamiento de
las señales electrooculográficas para la detección de desviaciones
oculares respecto a unas señales patrón que comprenden una lectura
por parte del sujeto de una señal patrón introducida en un
ordenador, y unos electrodos fijados sobre el sujeto que permiten
obtener señales electrooculográficas en función de la lectura
realizada del seguimiento ocular de la señal patrón realizado por el
sujeto de la señal patrón. Sin embargo, dichos procedimientos no
incorporan la combinación de pares de electrodos para obtener una
pluralidad de canales de registro. Este hecho hace que no se puedan
medir las componentes horizontal y vertical de la señal
electrooculográfica y por tanto, que no se pueda conocer la posición
ocular del sujeto en cada intervalo de tiempo.
Se conocen también procedimientos que permiten
registrar las señales electrooculográficas y compararlas con una
señal patrón, pero sólo son válidos si las lecturas de las señales
patrón por parte del sujeto se realizan con movimientos oculares
sacádicos (movimientos oculares rápidos). Además, dichos
procedimientos, filtran paso alto a una frecuencia muy cercana a 0
Hz, para eliminar el problema de deriva introducido en la señal,
pero este hecho, hace que se pierda una parte importante de la
información sobre la posición ocular.
Son conocidas también, aplicaciones de funciones
matemáticas basadas en reglas de conjuntos difusos, que usan
características de la señal electrooculográfica como son la
velocidad, la aceleración y los cambios de dirección, para poder
separar los movimientos oculares de la deriva introducida en la
señal. Sin embargo, dichas funciones matemáticas, sólo contemplan
los movimientos oculares sacádicos y no resultan válidos para
movimientos oculares lentos.
El objetivo de la presente invención es resolver
los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento de
tratamiento de las señales electrooculográficas que permite detectar
las desviaciones oculares respecto a unas señales patrón y aproximar
la posición ocular del sujeto en función de dichas señales.
De acuerdo con este objetivo, el procedimiento
de tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección
de desviaciones oculares respecto a unas señales patrón de la
presente invención, se caracteriza por el hecho de que comprende las
siguientes etapas:
- a)
- Seguimiento por parte del sujeto de una de las señales patrón introducidas en el ordenador.
- b)
- Obtención de señales electrooculográficas a partir de los electrodos fijados sobre el sujeto y en función de la lectura de la señal patrón, adaptando la velocidad del cursor de la señal patrón a la velocidad del ojo del sujeto.
- c)
- Obtención de una pluralidad de canales de registro mediante la combinación de pares de electrodos.
- d)
- Amplificación y filtrado de las señales electrooculográficas obtenidas.
- e)
- Digitalización de dichas señales electrooculográficas.
- f)
- Registro de las señales digitalizadas a un ordenador donde se halla la señal patrón.
- g)
- Sobreposición de las señales registradas y la señal patrón, que permite comparar dichas señales.
- h)
- Aplicación de una función de regresión lineal a las señales electrooculográficas registradas y a la señal patrón, que permite aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales, en diferentes intervalos de tiempo.
Las etapas a), b), c), d), e) y f) se realizan
en cada para cada intervalo de movimiento de la señal patrón de
seguimiento ocular y que dichos intervalos son parametrizables en
espacio y tiempo para cada ensayo. Mientras que las etapas g) y h)
se realizan a posteriori.
De acuerdo con el mismo objetivo de la presente
invención, en la etapa d) se amplifican una parte de la pluralidad
de canales para medir la componente continua de la señal, se filtra
el resto de la pluralidad de canales a la menor frecuencia
permitida y se filtra, toda la pluralidad de canales a través de un
filtro paso bajo. Una parte de la pluralidad de canales miden la
componente horizontal de la señal, y el resto de canales mide la
componente vertical, siendo este número de canales restante superior
al número de canales que mide la componente horizontal.
Gracias a las características de este
procedimiento es posible medir las componentes horizontal y vertical
de la señal electrooculográfica, y por lo tanto conocer la posición
ocular del sujeto, que permite detectar desviaciones oculares.
Además, gracias a este procedimiento, es posible
ajustar la velocidad de la señal patrón a la velocidad de lectura
seguimiento del sujeto, por lo que se pueden obtener registros
válidos tanto para movimientos oculares sacádicos como para
movimientos oculares lentos.
Preferiblemente, en la etapa g) se compara
dichas señales a las señales patrón y se las ajusta, aplicando un
factor de escalado y offset. Esto permite suavizar las señales y
medir las diferencias de nivel entre distintos puntos de la señal
para determinar el valor de deriva en un intervalo de tiempo
específico, y poder finalmente obtener registros válidos.
Ventajosamente, la etapa a) comprende la lectura
de nueve señales patrón, que tienen forma horizontal, vertical,
diagonal hacia arriba, diagonal hacia abajo, sinusoidal,
cosinusoidal, circular, pulso rectangular y diente de sierra,;
aunque pueden añadirse otras. Estas señales patrón son
parametrizables y de fácil análisis, para que la comparación entre
la señal electrooculográfica registrada y las señales patrón se
pueda realizar a través de la aplicación de una función matemática
de regresión lineal, que obtiene la posición ocular del sujeto, en
diferentes intervalos de tiempo.
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto
se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a
título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de
realización.
En dichos dibujo,
la figura 1 muestra el diagrama de bloques del
paradigma experimental,
la figura 2 muestra el diagrama de bloques de
los cinco módulos integrados en el ordenador, que realizan el
control de los parámetros del paradigma y el análisis posterior del
resultado.
La figura 1 muestra mediante un diagrama de
bloques, las diferentes etapas que constituyen el procedimiento de
tratamiento de las señales electrooculográficas para la detección de
desviaciones oculares. Inicialmente se carga en el ordenador 1 los
módulos 1a que realizan el control de digitalización, la generación
de patrones y el registro de respuestas. El monitor 2 muestra los
patrones de movimiento del cursor que debe seguir el sujeto 3 sin
mover la cabeza. Antes de empezar a registrar la señal, es necesario
ajustar el offset de cada canal. Para ello, el sujeto 3 debe
mantener la mirada fija en posición neutra (vista al centro). Dichas
señales patrón tienen forma horizontal, vertical, diagonal hacia
arriba, diagonal hacia abajo, sinusoidal, cosinusoidal, circular,
pulso rectangular y diente de sierra, y permiten obtener las
señales electrooculográficas que entran en el polígrafo 4, que las
amplifica y las filtra.
Mediante la combinación de pares de electrodos
se obtienen seis canales de entrada al polígrafo 4. Los canales uno,
tres y cinco miden la componente continua de la señal, y a los
canales dos, cuatro y seis se les aplica un filtro paso alto a la
menor frecuencia permitida. En los canales que miden la componente
continua se utiliza una menor sensibilidad para evitar, en lo
posible, la saturación de los amplificadores. Los canales uno y dos
de salida del polígrafo 4, registran la componente horizontal del
movimiento y los canales tres, cuatro, cinco y seis de salida,
registran la componente vertical del movimiento. Dichas señales se
digitalizan a través de la una tarjeta de digitalización 5 para cada
intervalo de movimiento de la señal patrón.
Una vez obtenidas las señales digitales, se
graban en un fichero del ordenador 1, junto con la señal patrón para
poder realizar el control de los parámetros del paradigma y el
análisis posterior del resultado.
La figura 2 muestra el diagrama de bloques de
los cinco módulos integrados en el ordenador 1. El módulo de
configuración 6, permite seleccionar los parámetros de adquisición
de la tarjeta de digitalización 5 y visualizar las señales
electrooculográficas en tiempo real. La gráfica que aparece en
pantalla permite ajustar los parámetros de filtrado del polígrafo 4,
que más adelante se introducen en el programa. Se crea un directorio
de registro 11 con formato
"AAMMDD-hh.mm.ssMontaje.cfg". Con esto, el
sistema está preparado para realizar los paradigmas
experimentales.
El módulo de registro 7, genera los estímulos
del paradigma experimental, y recoge y graba, juntamente con dichos
estímulos, las señales electrooculográficas en el fichero creado en
el módulo de configuración 6. En primer lugar, se introducen los
parámetros de configuración que son: patrón de movimiento, tiempo
entre cada movimiento del cursor (ISI: InterStimuli Interval), nº de
iteraciones, margen lateral del monitor 2 y nº de puntos generados
que recorre el cursor (variable x). En segundo lugar, se configura
la tarjeta de digitalización 5 para adquisición de la señal sin
bufferen tiempo real, es decir, el valor de la señal
electrooculográfica que se obtiene en cada instrucción de lectura de
la tarjeta de digitalización 5 se corresponde con el momento de la
lectura. En tercer lugar, se crea el archivo de registro en el
directorio de registro 11 especificado en el módulo de configuración
6. El paradigma experimental empieza con el posicionamiento del
cursor en el punto inicial del monitor 2 y con la generación de una
señal acústica para avisar al sujeto del comienzo de la sesión. La
iteración central realiza la secuencia de estímulos y recoge las
muestras de manera síncrona. Este procedimiento controla que cada
iteración se realice en un periodo de tiempo igual al ISI. El
procedimiento de cálculo estadístico utiliza el vector de tiempo
para calcular la mediana aritmética, la desviación estándar y los
valores máximos y mínimos del ISI. Los resultados del paradigma
experimental dependen de los parámetros de configuración internos
(ISI, x) y también, de los factores externos como son la velocidad
de la unidad central del ordenador 1, la tarjeta gráfica, el tamaño
del monitor 2 y la distancia del sujeto 3 al monitor 2. La velocidad
de la unidad central del ordenador 1 y la tarjeta gráfica,
determinan el valor mínimo del ISI. El tamaño del monitor 3 afecta a
la velocidad real del movimiento del cursor.
El módulo comparador 8, compara las señales
registradas en el módulo de registro 7 con sus respectivos patrones
de movimiento, y establece los factores de escalado y offset que
mejor ajustan ambas señales. Este módulo suaviza las señales
aplicándoles un filtro de mediana móvil parametrizable, y también
mide las diferencias de nivel entre diferentes puntos de la señal,
para determinar los valores de deriva en un intervalo específico de
tiempo.
El módulo de filtrado 9 compara las señales
electrooculográficas respecto a sus señales patrones. Además, ajusta
la frecuencia de corte de un filtro paso alto, que aísla los
parpadeos involuntarios del sujeto 3, que se introducen dentro de la
señal electrooculográfica.
El módulo de regresión lineal 10 aproxima la
posición ocular del sujeto 3 a partir de las señales
electrooculográficas de uno o más ficheros de registro, utilizando
los patrones de movimiento del cursor. Para realizar dicha
aproximación, se plantean dos sistemas de ecuaciones lineales con
los patrones de movimientos oculares y los registros oculares, de la
siguiente forma:
Px(i) = ao + a1C1(i) + ... + anCn
(i) i=1,2,..,m
y
Py(i) = bo + b1C1(i) + ... + bnCn
(i) i=1,2,..,m
Donde;
Px es la componente horizontal del patrón de
movimiento del cursor,
Py es la componente vertical del patrón de
movimiento del cursor,
C1 corresponde a los canales de las señales
electrooculográficas de registro,
“ai” corresponde a los coeficiente de la
componente horizontal,
“bi” corresponde a los coeficientes de la
componente vertical,
“n” es el número de canales de registro y,
y,
“m” es el número de muestras del intervalo a
tratar.
A partir de cada sistema de ecuaciones, se
calculan los coeficientes utilizando el método de mínimos cuadrados.
En función de dichos coeficientes, se obtienen las respectivas
funciones de filtrado Fx(i) y Fy(i), donde;
Fx(i) corresponde a la función de
filtrado de la componente x,
y,
Fy(i) corresponde a la función de
filtrado de la componente y,
Estas funciones, permiten obtener la
reconstrucción de cada una de las componentes del movimiento
ocular.
A continuación, se calcula el error cuadrático
medio (mse) para cada componente, según las siguientes
funciones:
msex =
1/m*S((Fx(i)-Px(i))^{2} S de 1 a
m
y
msey =
1/m*S((Fy(i)-Py(i))^{2} S de 1 a
m
donde;
“msex” corresponde al error cuadrático medio de
la componente x,
“msey” corresponde al error cuadrático medio de
la componente y,
y,
S corresponde al sumatorio de 1 a m.
El proceso de cálculo se realiza de forma
interactiva, con lo que es posible comparar fácilmente distintos
valores del filtro o de distintas partes de la señal y observar el
error cometido en la aproximación.
Claims (7)
1. Procedimiento de tratamiento de las señales
electrooculográficas para la detección de desviaciones oculares
respecto a unas señales patrón de seguimiento ocular,
caracterizado por el hecho de que comprende las siguientes
etapas:
- a)
- Seguimiento por parte del sujeto (3) de una de las señales patrón introducidas en el ordenador (1).
- b)
- Obtención de señales electrooculográficas a partir de los electrodos fijados sobre el sujeto (3) y en función de la lectura de la señal patrón, adaptando la velocidad del cursor de la señal patrón a la velocidad del ojo del sujeto (3).
- c)
- Obtención de una pluralidad de canales de registro mediante la combinación de pares de electrodos.
- d)
- Amplificación y filtrado (9) de las señales electrooculográficas obtenidas.
- e)
- Digitalización (5) de dichas señales electrooculográficas.
- f)
- Registro (7) de las señales digitalizadas a un ordenador (1) donde se halla la señal patrón.
- g)
- Sobreposición de las señales registradas y la señal patrón, que permite comparar (8) dichas señales.
- h)
- Aplicación de una función de regresión lineal (10) a las señales electrooculográficas registradas y a la señal patrón, que permite aproximar la posición ocular del sujeto en función de dichas señales, en diferentes intervalos de tiempo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que en la etapa d), se
amplifican una parte de la pluralidad de canales para medir la
componente continua de la señal, y se filtra el resto de la
pluralidad de canales a la menor frecuencia permitida.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la pluralidad de canales se
filtra, además, a través de un filtro paso bajo.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3,
caracterizado por el hecho de que de la pluralidad de canales
tratados en la etapa d), una parte de ellos mide la componente
horizontal de la señal, y el resto de canales mide la componente
vertical.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la etapa g) compara dichas
señales y las ajusta aplicando un factor de escalado y offset.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la etapa a) comprende por
lo menos, la lectura de nueve señales patrón.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que las señales patrón tienen
por lo menos forma horizontal, vertical, diagonal hacia arriba,
diagonal hacia abajo, sinusoidal, cosinusoidal, circular, pulso
rectangular y diente de sierra.
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| ES2257898A1 ES2257898A1 (es) | 2006-08-01 |
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