[发明专利]用于对瞳孔心理感觉反应进行光学评估的系统和方法

说明书

本公开涉及用于测量和分析瞳孔心理感觉反应的系统和方法。电子设备被配置为接收具有至少两个帧的视频数据。然后，该电子设备在视频数据中定位一个或多个眼睛对象，并且确定一个或多个眼睛对象的瞳孔尺寸和虹膜尺寸。该电子设备通过跟踪整个视频中瞳孔直径与虹膜直径的比率，来确定一个或多个眼睛对象的瞳孔心理感觉反应。可以确定瞳孔心理感觉反应的几种指标(例如，该比率的变化速度、该比率随时间推移的变化的峰间幅值，等等)。这些指标可以用作单个会话中个体的认知能力和精神健康的量度，或者在多个会话期间被跟踪。

相关申请的交叉引用

本申请要求获得2020年1月13日提交的美国临时申请号62/960,566的权益和优先权，该临时申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及用于对心理感觉反应进行光学评估的系统和方法，并且更具体地，涉及用于测量和分析瞳孔心理感觉反应的系统和方法。

背景技术

响应于各种外部(如，光)和内部(如，认知/情感)刺激，瞳孔进行缩小和扩大。瞳孔反应主要是以瞳孔光反应(PLR)为背景，针对生理健康的许多方面使用常规测量方法来评估的，这些常规测量方法诸如定性测量(如临床医生用笔形电筒观察)或替代测量(如瞳孔计)。瞳孔计价格昂贵，高达4,500美元，主要用于医疗环境，且必须由经过培训的临床医生使用。除体现生理健康状况之外，个体的瞳孔反应还可以体现心理感觉，从而向观察者提供关于个体内在状态的附加信息。也就是说，瞳孔不仅响应于外部光而收缩和扩张(如就PLR而言)，而且还可以响应于认知和/或情绪刺激而扩张和收缩。瞳孔响应于认知和/或情绪刺激而扩张和收缩是瞳孔心理感觉反应。

发明内容

瞳孔心理感觉反应也难以检测，因为瞳孔的这种反应或瞳孔直径的最终百分比变化与瞳孔直径响应于光的变化相比更低。因此，以前需要使用常规的瞳孔计来检测心理感觉反应，这将要求患者或用户能够使用瞳孔计，并且通常会要求患者处于医疗保健环境中，从而限制了其应用。而且，这些常规的瞳孔系统不是标准化的，需要刻意训练，并且观察者之间的可靠性或再现性很差。此外，这些常规系统需要一对一的观察，并且需要：(1)适当的环境照明条件，(2)面部/眼睛的正确对准，(3)引起瞳孔反应的充分刺激，和/或(4)用于执行外部图像处理/特征提取的足够的处理能力。

因此，已经开发了使用本发明所公开的不需要瞳孔计的图像处理技术来评估瞳孔心理感觉反应的系统和方法。所以，本发明所公开的这些系统和方法可以处理图像数据并且检测响应于认知刺激的瞳孔直径变化。因此，这些系统和方法可以有效地用于多种应用，包括测谎、认知努力检测，以及多种保健应用(例如，阿尔茨海默氏症或其他神经退行性疾病)。此外，本文所公开的数据说明，本发明所公开的技术以令人惊讶的准确度有效地评估瞳孔心理感觉反应。

根据一些具体实施，本公开提供了一种用于评估瞳孔心理感觉反应的电子设备。该电子设备包括处理器和其上存储有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，使得当所述指令被执行时，该电子设备被配置为接收视频数据。视频数据包括至少两个帧。该电子设备被进一步配置为在至少两个帧的第一帧中定位一个或多个眼睛对象，并且在第一帧内针对一个或多个眼睛对象中的每个眼睛对象提取相应的虹膜对象。该电子设备被进一步配置为在第一帧内针对一个或多个眼睛对象中的每个眼睛对象提取相应的瞳孔对象。该电子设备被进一步配置为计算在第一帧中定位的一个或多个眼睛对象的第一组瞳孔-虹膜比率(PIR)，并且计算所述至少两个帧的后续帧的后续多组瞳孔-虹膜比率，所述后续多组瞳孔-虹膜比率中的每组比率与在第一帧中定位并且也在后续帧中的每个帧中定位的一个或多个眼睛对象有关。该电子设备被进一步配置为至少部分地基于第一组瞳孔-虹膜比率和后续多组瞳孔-虹膜比率来确定瞳孔心理感觉反应。

在一些具体实施中，该电子设备被进一步配置为使用包括机器学习、Haar级联或深度学习在内的一种或多种图像处理技术来在第一帧中定位一个或多个眼睛对象。