49
Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, tel. (042) 631 28 83 www.kapitalludzki.p.lodz.pl Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności do zatrudniania osób niepełnosprawnychPrezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie pt. Medical Electronics - Oculography

Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, tel. (042) 631 28 83

www.kapitalludzki.p.lodz.pl

„Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany

rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią,

nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności

do zatrudniania osób niepełnosprawnych”

Prezentacja multimedialna współfinansowana przez

Unię Europejską w ramach

Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie pt.

„Medical Electronics - Oculography”

Page 2: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2

Why is eye-tracking important?

• We focus our gaze on the object or region of

interest

Tracking eye movements

=

Follow along the path of attention

• Get information about:

– What draws person’s attention

– How does the person

percieve the scene

Medical Electronics 2

Page 3: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

3

Eye Movements

• Eyes move all the time (even during sleep)

• 6 degrees of freedom

• movement controlled by 3 pairs of extrinsic muscles

Muscle Action

Superior rectus Eye looks up

Inferior rectus Eye looks down

Lateral rectus Eye rotates laterally

Medial rectus Eye rotates medially

Superior oblique Eye rolls, looks down and to

the side

Inferior oblique Eye rolls, looks up and to

the side

Medical Electronics

Page 4: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Eye movements

Medical Electronics 4

Page 5: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Eye movements

Medical Electronics 5

Page 6: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Eye movements

• Several different movement types, such as – Smooth pursuit

– Vestibular ocular reflex

– Optokinesis

– Vergence

• But the most interesting types are – Fixation

– Saccade

Medical Electronics 6

Page 7: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

7

Fixations

• Eye is a (relatively) still and “fixated” to the certain

point. e.g. reading a single word.

• All the information from the scene is (mainly)

acquired during fixation.

• Duration varies from 120-1000 ms, typically

200-600 ms.

• Typical fixation frequency is < 3 Hz

• Interspersed with saccades

Medical Electronics

Page 8: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Fixations

• Even when fixed, eyes exhibit involuntary movements:

– Tremos

• small tremors (tremblings) of eyes at 30-80Hz

– Slow drifts

• drifting movements of the eyes = even if an object is stationary, the image drifts

across the fovea.

– Flicking

• as the image drifts to the edge of the fovea, the involuntary mechanism causes

a reflex flicking of the eyeball so that the image is once again projected onto the

fovea.

• The drifting movements and flicking movements are in opposite

directions.

Medical Electronics 8

Page 9: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

9

Saccades

• “Jumps” which connect fixations

• Very rapid - duration is typically only 40-120 ms

• Very fast (up to 600 o/s) and therefore the vision

system is suppressed during the movement

• Saccades are used to move the fixation point

– If larger than 30 degree movement is required, head

moves along with eyes

Medical Electronics

Page 10: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

10

Fixations and saccades

Medical Electronics 10

http://en.wikipedia.org/

Page 11: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

11 Medical Electronics 11

Visual attention

• We must attend to something when acting on the

basis of visual input

• Defines:

– „where”

– „what”

• The perception of a complex scene involves a

complicated pattern of fixations and saccades

• Gaze path depends mainly on „what”

Page 12: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

12

Gaze path - example

Medical Electronics 12

http://www.diku.dk/

Page 13: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

13

Free examination

Medical Electronics 13

http://www.diku.dk/

Page 14: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

14

Material circumstances

Medical Electronics 14

http://www.diku.dk/

Medical Electronics

Page 15: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

15

How old are they?

Medical Electronics 15

http://www.diku.dk/

Medical Electronics

Page 16: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

16

What were they doing?

Medical Electronics 16

http://www.diku.dk/

Medical Electronics

Page 17: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

17

Clothes

Medical Electronics 17

http://www.diku.dk/

Medical Electronics

Page 18: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

18

Positions

Medical Electronics 18

http://www.diku.dk/

Medical Electronics

Page 19: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

19

When did they meet before?

Medical Electronics 19

http://www.diku.dk/

Medical Electronics

Page 20: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Eyetracking - history

• Research since 1850s

• First attempts – direct observation

• XXc – use of oculographs:

– mechanical

– electrical

– photoelectrical

– magnetoelectrical

– video

Medical Electronics 20

Page 21: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

21

First video-based eye tracking

Medical Electronics 21

Hunziker (1970):

8 mm film

+

glass plate

http://en.wikipedia.org/

Page 22: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

22 Photo-Oculography (POG)

and Video-Oculography (VOG)

• Tracking eye movements by the digital processing

of video images of the eyes

• Different features used:

– Pupil shape

– Iris-sclera boundary

– Corneal reflection

of the light source

• Often employs IR illumination

• Requires fixed head position

Medical Electronics 22

http://www.archimuse.com

Medical Electronics

Page 23: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Video-based eyetracking

– Head-mounted devices

– Non-contact devices

– Wereable devices

Medical Electronics 23

Page 24: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

24

Video-based eyetracking

Medical Electronics 24

www.jneuroengrehab.com

http://work.thaslwanter.at

Medical Electronics

Page 25: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Tobii eye-trackers

Medical Electronics 25

Page 26: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

26

Video-Based Pupil/Corneal Reflection

• Measuring corneal reflections relative to the

locationof the pupil center

• Corneal reflections = Purkinje reflections =

Purkinje images

– 1st – from front surface of the cornea

– 2nd – from rear surface of the cornea

– 3rd – from front surface of the lens

– 4th – from rear surface of the lens

• Point of Regard estimation requires 1st and 4th

Purkinje images

Medical Electronics 26 Medical Electronics

Page 27: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Purkinje reflections

Medical Electronics 27

Ray of light

Page 28: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

28

Video-Based Pupil/Corneal Reflection

Medical Electronics 28

http://people.usd.edu

Medical Electronics

Page 29: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

29

Dual Purkinje eye-tracker

http://www.fourward.com

Medical Electronics

Page 30: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

30

Ober Consulting

http://www.ober-consulting.com/

Medical Electronics

Page 31: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

31

Scleral Contact Lens/Search Coil

• Most precise method

• Contact lens of relatively large diameter with a

mounted stalk:

– Reflecting phosphors

– Line diagrams

– Wire coils

• Typically search coil embedded in contact lens +

electromagnetic field frame

Medical Electronics 31 Medical Electronics

Page 32: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

32

Scleral Contact Lens/Search Coil

Medical Electronics 32

http://www.skalar.nl

Medical Electronics

Page 33: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

33

Scleral Contact Lens/Search Coil

Medical Electronics 33

http://www.skalar.nl

http://mvl.mit.edu

Medical Electronics

Page 34: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

34

Electro-Oculography (EOG)

• ~50 years old

• Measurement of skin’s electric potential

differences from electrodes placed around the

eyes

• Range of potentials:15-2000μV, in practice 0.4 – 1mV

• Eye movements relative to head position

– ±70°, where 0° is in front and ± 90° directly

vertical/lateral to the eyes

• Not suitable for Point of Regard measurements

Medical Electronics 34 Medical Electronics

Page 35: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

35

Electro-Oculography (EOG)

Medical Electronics 35

http://www.human-factors-consult.de

Page 36: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

EOG – electrode placement

Medical Electronics 36

Vertical

Movements

(CH1)

Horizontal

Movements

(CH2)

Ground

Page 37: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Example electrooculogram

Medical Electronics 37

http://www.hindawi.com

Page 38: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Example electrooculogram

Medical Electronics 38

http://www.hindawi.com

Page 39: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Example electrooculogram

Medical Electronics 39

http://www.hindawi.com

Page 40: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

EOG

• Application

– Diagnosis of organic changes in retina

– Toxic damage of retina

– Degenerative and vascular diseases of retina

– Addition to electroretinography

• Procedure

– Carried out in the dark

– Time - few to tens of minutes

– Measure „swinging” movements of the eyes in the range of ~40 degrees,

i.e. look at two sides of the illuminated table

– Recording has sinusoidal shape

– Results presented n terms of Arden ratio

• ISCEV Standard for Clinical Electro-oculography (first issued 1993 –

reapproved 1998)

Medical Electronics 40

Page 41: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Medical Electronics 41

ISCEV Standard for Clinical Electro-oculography (EOG)

2006

Page 42: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Electrooculographs

Medical Electronics 42

Digital electroretinograph

and electrooculograph

(with evoked potential)

EP-1000 PRO

Messbrille

ETH Zurich

Wearable Eye Tracker

Page 43: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Make EOG by yourself

• http://community.curuxa.org/en/Electrooculograph

• http://makeprojects.com/Project/Eyeboard+Electrooculography+(EOG)

+System/1686/1#.UIByusVLNLE

Medical Electronics 43

Page 44: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

44

Eye tracking - what is it for?

• Medical research

• In-vehicle research

• Web usability

• Advertising

• Marketing

• Communication systems for disabled

• …

Medical Electronics 44

Page 45: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

45

In-vehicle research

Medical Electronics 45

http://en.wikipedia.org/

Page 46: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

46

Web usability

http://www.seomoz.org/

Medical Electronics

Page 47: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

47

Web usability

http://www.seotops.com/

Medical Electronics

Page 48: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

48

Advertising

http://www.visiontrackresearch.com/

Medical Electronics

Page 49: Medical Electronics - Oculography · 2012. 10. 30. · Electro-Oculography (EOG) •~50 years old •Measurement of skin’s electric potential differences from electrodes placed

Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, tel. (042) 631 28 83

www.kapitalludzki.p.lodz.pl

„Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany

rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią,

nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności

do zatrudniania osób niepełnosprawnych”

Prezentacja multimedialna współfinansowana przez

Unię Europejską w ramach

Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie pt.

„ Medical Electronics - EOG”