(57)【要約】      （修正有）【課題】多種多様な応用分野からデータを集計して特徴を抽出する自動特徴解析、比較、及び異常検出方法を提供する。【解決手段】センサによって物理的オブジェクトから得られた物理的特徴を０から１の大きさに正規化して第１の特徴成分を求め、第１の特徴成分を特徴内の成分の数で割って第２の特徴成分を求め、さらに第２の特徴成分を第２の特徴量の分布に基づいた絶対的正規化によって第３の特徴成分を求め、第３の複数の正規化成分をクラスタリングすることによって物理的オブジェクトを解析する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに実装された方法であって、
複数の物理的オブジェクトを記述する複数の物理的特徴を検出するように構成された複
数のセンサを備えるセンシング及び解析デバイスを提供するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数の物理的特徴に基づいて、前記複数
の物理的オブジェクトを表す複数の特徴ベクトルを生成するステップであって、該複数の
特徴ベクトルは、前記複数の物理的特徴を記述する複数の成分を含み、該複数の成分の各
成分は、数値的範囲を有し、前記複数の物理的特徴の各物理的特徴は、各特徴ベクトル内
の少なくとも１つの成分によって表される、該生成するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記各成分の前記数値的範囲を０及び１の間
の範囲に変換するステップであって、該変換は、以下の式により実行され、
【数１】
2018081714.tif 000011
ここで、Ｆ１ｉｊは、オブジェクトｉｔｈ及び特徴成分ｊｔｈの正規化値であり、Ｏｒ
ｉｇＦｉｊは、オブジェクトｉｔｈのオリジナルの特徴成分ｊｔｈであり、ＭｉｎＦｊ及
びＭａｘＦｊは、特徴成分ｊｔｈの最小値及び最大値であり、それにより得られた、第１
の複数の正規化特徴ベクトルは、第１の複数の正規化成分を含み、前記第１の複数の正規
化特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のために、全数の成分をさ
らに含む、該変換するステップと、
前記第１の複数の特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルのために、前記センシン
グ及び解析デバイスにより、各第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のための前記複
数の正規化成分を、前記第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のための前記全数の成
分で割るステップであって、それにより第２の複数の正規化特徴ベクトルを得る、該割る
ステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルを以下
の式により正規化するステップであって、
【数２】
2018081714.tif 000012
ここで、Ｆ２ｉｊは、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルの特徴ベクトルの成分であ
り、Ｆ３ｉｊは、第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルの合成成分である、
該正規化するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルをクラ
スタリングするステップであって、それにより、複数のクラスタ正規化特徴ベクトルを得
る、該クラスタリングするステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数のクラスタ正規化特徴ベクトルに主
成分解析を適用するステップであって、それにより、距離フラグ値及び第１の評価された
複数の正規化特徴ベクトルを得る、該適用するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、閾値に基づいて、前記複数のクラスタ正規化
特徴ベクトルの各特徴ベクトルを数えることにより、数フラグ値を計算するステップであ
って、それにより、第２の評価された複数の正規化特徴ベクトルを得る、該計算するステ
ップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１又は第２の評価された複数の正規化
特徴ベクトルに基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを解析するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコンピュータに実装された方法であって、該クラスタリングするステ
ップは、
前記センシング及び解析デバイスにより、第１のパラメータｔ１及び第２のパラメータ
ｔ２を定義するステップであって、前記第２のパラメータは、前記第１のパラメータより
大きい、該定義するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、クラスタｃｊのために、クラスタ中心Ｃｊを
計算するステップであって、ここで、ｊは、第１の計数パラメータである、該計算するス
テップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特
徴ベクトルと前記クラスタ中心Ｃｊとの間の距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）を計算するステップ
であって、各特徴ベクトルは、Ｆ３ｉと称され、ｉは、第２の計数パラメータである、該
計算するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１のパラメータｔ１及び前記第２のパ
ラメータｔ２に基づいて、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルＦ３ｉ
を、クラスタｃｊに割り当てるステップであって、該割り当てるステップは、繰り返しス
テップａ）乃至ｃ）を含み、該繰り返しステップａ）乃至ｃ）は、
ａ）前記距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）が前記第１のパラメータｔ１より小さい場合、前記特
徴ベクトルＦ３ｉを、前記クラスタ中心Ｃｊを有する前記クラスタｃｊに割り当てる、
ｂ）前記距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）が前記第２のパラメータｔ２より大きい場合、前記特
徴ベクトルＦ３ｉを、前記クラスタ中心Ｃｊを有する前記クラスタｃｊに割り当てず、ｊ
をインクリメントさせ、前記特徴ベクトルＦ３ｉを、前記クラスタ中心Ｃｊを有する前記
クラスタｃｊに割り当てる、
ｃ）前記距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）が前記第１のパラメータｔ１より大きく前記第２のパ
ラメータｔ２より小さい場合、割り当てを延期する、であって、
一度、所望の条件に到達し、各特徴ベクトルＦ３ｉがクラスタリングされれば、前記繰
り返しステップａ）乃至ｃ）は止まり、それにより、複数のクラスタ正規化特徴ベクトル
を得る、前記割り当てステップと、を含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記クラスタリングするス
テップは、逐次クラスタリング、Ｋ平均クラスタリング、又はレベルセット解析クラスタ
リングにより、行われる、方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
複数の物理的特徴は、色、アルベド、形状、程度、斜度、密集度、サイズ、テクスチャ、
マルチスペクトルデータ、ハイパースペクトルデータ、分光分析データ、生物学的汚染濃
度、化学的汚染濃度、放射能汚染を含む、方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
解析するステップは、関心領域境界／描写、異常検出、自動車両制御、又は探査機器のた
めのガイダンスのために、行われる、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
解析するステップは、地質、鉱業、資源配分、又は偵察のために、行われる、方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
解析するステップは、医療診断のために行われ、前記複数の物理的特徴は、患者固有のデ
ータ、血液検査結果、尿／糞便検査結果、Ｘ線、ＣＴ、ＭＲＩ、ｆＭＲＩ、超音波画像、
マルチスペクトルデータ、ハイパースペクトルデータ、パルス、心拍数、眼圧、頭蓋内圧
、血圧、肺容量を含む、方法。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
解析するステップは、金融市場のために行われ、前記複数の物理的特徴は、データ線上で
検知された電気信号であり、前記電気信号は、株式価値、開始入札、最終入札、取引期間
を通じた入札、金価格、株価指数、及び取引量を含むデータを示す、方法。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
解析するステップは、視野検査のために行われ、前記複数の物理的特徴は、暗点周辺部、
波形度、見えない位置検査の絶対的数値、欠損視野面積、絶対的な視力の丘の欠損体積、
欠損面積勾配、保存面積勾配、逆欠損面積勾配、及び逆保存面積勾配を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記
ＭｉｎＦｊ及び前記ＭａｘＦｊは、ユーザ定義される、方法。
【請求項１１】
請求項２に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記距離は、ユークリッド
距離である、方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、さ
らに解析するステップを含み、該解析するステップは、前記センシング及び解析デバイス
により、時間的変化に基づき、前記複数の物理的オブジェクトを解析する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動データ解析に関する。より具体的には、本発明は、自動特徴解析、比較
及び異常検出のためのシステム、デバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[関連出願の相互参照]
本願は、２０１２年１１月９日付け出願の米国仮特許出願第６１／７２４，８１３号の
優先権を主張し、その開示は、参照によりここに全てが組み込まれる。
【０００３】
[政府の権利に関する記述]
本発明は、陸軍研究所（ＡＲＯ）によって与えられた認可番号W81XWH-09-1-0266による
政府助成によってなされた。政府は、本発明においてある種の権利を有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様では、コンピュータに実装された方法が記載される。このコンピュ
ータに実装された方法は、複数の物理的オブジェクトを記述する複数の物理的特徴を検出
するように構成された複数のセンサを備えるセンシング及び解析デバイスを提供するステ
ップと、前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数の物理的特徴に基づいて、前
記複数の物理的オブジェクトを表す複数の特徴ベクトルを生成するステップであって、該
複数の特徴ベクトルは、前記複数の物理的特徴を記述する複数の成分を含み、該複数の成
分の各成分は、数値的範囲を有し、前記複数の物理的特徴の各物理的特徴は、各特徴ベク
トル内の少なくとも１つの成分によって表される、該生成するステップと、前記センシン
グ及び解析デバイスにより、前記各成分の前記数値的範囲を０及び１の間の範囲に変換す
るステップであって、該変換は、以下の式により実行され、
【数１】
2018081714.tif 000002
【０００５】
ここで、Ｆ１ｉｊは、オブジェクトｉｔｈ及び特徴成分ｊｔｈの正規化値であり、Ｏｒ
ｉｇＦｉｊは、オブジェクトｉｔｈのオリジナルの特徴成分ｊｔｈであり、ＭｉｎＦｊ及
びＭａｘＦｊは、特徴成分ｊｔｈの最小値及び最大値であり、それにより得られた、第１
の複数の正規化特徴ベクトルは、第１の複数の正規化成分を含み、前記第１の複数の正規
化特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のために、全数の成分をさ
らに含む、該変換するステップと、前記第１の複数の特徴ベクトルの各第１の正規化特徴
ベクトルのために、前記センシング及び解析デバイスにより、各第１の正規化特徴ベクト
ルの各物理的特徴のための前記複数の正規化成分を、前記第１の正規化特徴ベクトルの各
物理的特徴のための前記全数の成分で割るステップであって、それにより第２の複数の正
規化特徴ベクトルを得る、該割るステップと、前記センシング及び解析デバイスにより、
前記第２の複数の正規化特徴ベクトルを以下の式により正規化するステップであって、
【数２】
2018081714.tif 000003
【０００６】
ここで、Ｆ２ｉｊは、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルの特徴ベクトルの成分であ
り、Ｆ３ｉｊは、第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルの合成成分である、
該正規化するステップと、前記センシング及び解析デバイスにより、前記第３の複数の正
規化特徴ベクトルをクラスタリングするステップであって、それにより、複数のクラスタ
正規化特徴ベクトルを得る、該クラスタリングするステップと、前記センシング及び解析
デバイスにより、前記複数のクラスタ正規化特徴ベクトルに主成分解析を適用するステッ
プであって、それにより、距離フラグ値及び第１の評価された複数の正規化特徴ベクトル
を得る、該適用するステップと、前記センシング及び解析デバイスにより、閾値に基づい
て、前記複数のクラスタ正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルを数えることにより、数フ
ラグ値を計算するステップであって、それにより、第２の評価された複数の正規化特徴ベ
クトルを得る、該計算するステップと、前記センシング及び解析デバイスにより、前記第
１又は第２の評価された複数の正規化特徴ベクトルに基づいて、前記複数の物理的オブジ
ェクトを解析するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＡＧＦＡのための一般的なワークフローを示す図である。
【図２】クラスタリングの概要例として、幾何学的形状の集合体を示す図である。
【図３】例示的なセンシング及び解析デバイスを示す図である。
【図４】本発明に係る一実施形態を実施するための、ターゲットハードウェアの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本発明の一以上の実施形態を
例示し、例示的な実施例の記載と併せて本発明の原理及び実施態様を説明するために用い
られる。
【０００９】
本発明は、多種多様な応用分野からデータを集計して特徴を抽出することに適用するこ
とができる、自動データ解析に関する。あるデータセットから特徴を抽出する類似の技術
は、別のデータセットに適用することができる。例えば、地質調査は、地球又は火星の領
域についてのデータを収集することができる。収集されるデータは、視覚画像、Ｘ線画像
、質量解析、化学サンプル等を含むことができる。本開示では、特徴空間内のそのような
データを集計し、それらを記述する数学的エンティティを定義し、そのデータから特徴を
抽出し、さらに解析結果を出力する方法を記載する。例えば、ある視覚的な特徴は、ある
鉱物の存在を示すことができ、その一方で、Ｘ線画像又はハイパースペクトル画像は、そ
の鉱物の存在を示す違った機会を与えることができる。そのような場合では、例えば視覚
的画像に対するＸ線画像のような、各データセットの相対的な重要性及び信頼性を決定す
るために、人道的介入が、通常、必要になり得る。本発明では、特徴ベクトルである数学
的エンティティを、自動比較解析を可能とするフォーマット（特徴ベクトル）の異なるデ
ータセット（例えば、視覚的画像に対してＸ線画像）に含まれる情報を表現するために用
いる。従って、本発明の自動システム、デバイス又は方法は、異なるデータセットの特徴
を自動解析することができる。同様の方法は、他の用途に用いることができ、他の用途と
して、例えば、医療診断、金融システム及び軍事偵察が挙げられる。よって、そのような
方法、デバイス又はシステムは、自動汎用特徴解析（ＡＧＦＡ）と称することができる。
【００１０】
全ての用途に対して、ＡＧＦＡは、特徴ベクトルで構成される特徴を抽出して提供する
ことができる。一度、特徴ベクトルを生成すれば、その後、ＡＧＦＡフレームワークは、
作動することができる。結果として、ＡＧＦＡは、データをクラスタ化することができ、
さらに、特徴空間に基づいて異常を検出することができる。言い換えれば、特徴空間内で
データは変換され、その後、その空間内でそのデータを解析することができる。この変換
を経て、データの由来に関係なく、データの自動解析が可能になる。さらに、ＡＧＦＡは
、各々の特徴ベクトルに基づいて、オブジェクトを他のオブジェクトと比較することを可
能にする。ある実施形態では、異なる時刻間での特徴ベクトルの差異を解析することによ
り、経時的変化の解析を実行することができる。例えば、同一特徴ベクトルを、時刻１及
び時刻２で、それ自体と比較してもよい。
【００１１】
図１は、ＡＧＦＡ１０５を、特徴空間１１０内の多種多様な用途に適用させ、各用途１
１０に対し結果１１５を与える様子を示す図である。
【００１２】
例えば、地質、鉱業、資源配分、及び（軍事）偵察への適用に関して、特徴空間は、特
定の特徴からなる特徴ベクトルを含むことができる。ある実施形態において、特徴ベクト
ルに含まれる特徴のリストは、以下のものを含むことができる：色；アルベド（明るさ）
；セグメント化されたオブジェクト円周の楕円フィット（この楕円フィットによって、長
半径及び短半径を生成し、これらの比率によって、オブジェクトの円形度を測ることがで
きる）；程度；斜度；密集度；サイズ；テクスチャ評価のためのガボールフィルタ；マル
チスペクトルデータ；ハイパースペクトルデータ；分光分析データ；生物学的汚染濃度；
化学的汚染濃度；放射能汚染。
【００１３】
上記の特徴へのＡＧＦＡの適用後、得ることができる結果は、以下のものを含むことが
できる：関心領域の境界／描写；異常検出；自動車両制御；探査機器のためのガイダンス
。ある実施形態において、本発明による方法は、ステロイド開発に適用することができる
。
【００１４】
他の例として、医療診断において、ＡＧＦＡを適用することができる特徴は、以下のも
のを含むことができる：患者固有のデータ（例えば：年齢、身長、体重、性別）；血液検
査結果；尿／糞便検査結果；Ｘ線、ＣＴ、ＭＲＩ、ｆＭＲＩ、超音波画像／結果；マルチ
スペクトルデータ；ハイパースペクトルデータ；パルス；心拍数；眼圧；頭蓋内圧；血圧
；肺容量。
【００１５】
上記の特徴へのＡＧＦＡの適用後、得ることができる結果は、以下のものを含むことが
できる：医療診断；手術用機器のガイダンス（例えば、腹腔鏡手術）；腫瘍治療のための
関心領域の境界／描写；異常検出。
【００１６】
他の例として、金融市場において、ＡＧＦＡを適用することができる特徴は、以下のも
のを含むことができる：株式価値；開始入札；最終入札；取引期間を通じた入札；金価格
；株価指数（ダウ・ジョーンズ、Ｓ＆Ｐ５００等）；取引量（例えば、株の＃）。
【００１７】
上記の特徴へのＡＧＦＡの適用後、得ることができる結果は、以下のものを含むことが
できる：買い／維持／売りの決定；トレンドにおける異常検出。
【００１８】
ＡＧＦＡを適用する他の例に、視野がある。ある状況では、人間の目における視野欠損
の医療診断は、大規模に（例えば、世界中で数千から数百万の人々）行われることがあり
、又は、それは遠隔的に行われることがあり、例えば、地球上の遠隔地で、又は、宇宙飛
行士の場合は火星への宇宙ミッション上で、又は月の人間定住地で、行われてもよい。
【００１９】
そのような場合において、視野欠損の検出のための自動システムは有利である。そのよ
うな状況において、臨床専門家が存在しない場合でも、統合自動評価システムは、３Ｄ計
算機化閾値アムスラーグリッド（３Ｄ−ＣＴＡＧ）の視野データを解析して、客観的に視
野欠損（例えば、視野領域の欠損による暗点）の識別及び評価をすることができる。視野
欠損の識別及び評価は、以下の数値的方法によって行うことができる：（１）「視野デー
タ変換」であり、これは、視野欠損の面積及び体積、欠損及び保存面積勾配、及び傾斜分
布を含む；（２）「暗点データ変換」であり、これは、暗点周辺部／波形度、及び暗点中
心の位置を含む。当業者に知られるように、アムスラー検査は、視野検査である。さらに
、ＡＧＦＡフレームワークは、他の視野検査データにも、同様に適用することができ、例
えば、ハンフリー視野アナライザーに適用することができる。
【００２０】
［視野データ変換］
［コントラストレベル毎の視野欠損面積の計算］
未加工の３Ｄ−ＣＴＡＧデータは、体系的に評価することができ、まず、データに存在
する別個のコントラスト感度レベルの数ｎを評価し、次に、平方度（例えば、格子点）の
数における面積（面積はＡiで示す、ここで、０％≦i≦１００％は、パーセントコントラ
ストレベルを示す）を評価し、そして、各コントラストレベルでの視野欠損のパーセンテ
ージ（Ａｉ／検査面積）を評価する。従って、パーセンテージ及び面積は、存在する最低
コントラストでの健全な視野を示す最上位レベル１００と伴に、コントラスト感度の関数
として視野欠損を提供する。
【００２１】
［損失及び保存面積勾配の計算］
欠損面積勾配（ＬＡＧ）は、最低検査コントラストレベル（Ａ１００）での暗点面積で
、最高検査コントラストレベル（Ａｈ）での暗点面積を割ることにより計算される。次に
、この面積比率に、コントラスト感度スケーリング係数を乗算し、ここで、コントラスト
感度スケーリング係数は、暗点深さ（１００−ｈ）を全深さ（１００）で割り、その後、
二乗して縮退を除去した：（（１００−ｈ）／１００）２から成る。従って、完全な尺度
は、（Ａｈ／Ａ１００）×（（１００−ｈ）／１００）２である。保存面積勾配（ＰＡＧ
）は、最高検査コントラストレベル（Ａｈ）での保存視野面積で、最低検査コントラスト
レベル（Ａ１００）での保存視野面積を割り、その後、上記のようなコントラスト感度ス
ケーリング係数を乗算することにより計算され、（Ａ１００／Ａｈ）×（（１００−ｈ）
／１００）２である。コントラスト感度スケーリング係数を二乗しなければ、これらの２
つの尺度（例えば、ＬＡＧ及びＰＡＧ）において、縮退が発生する。例えば、浅い暗点は
、とても広い面積比率のＬＡＧ及びＰＡＧを与えることがあるため、そのＬＡＧ及びＰＡ
Ｇは、十分に小さい面積比率を与える急勾配の暗点によるＬＡＧ及びＰＡＧと一致するか
もしれない。
【００２２】
［視野欠損の体積計算］
１００未満のコントラスト感度の各レベルでのデータポイントの数は、視野欠損の体積
（Σ｛ｉ｝Ａｉ（１００−ｉ））を決定するために、各データポイントでのコントラスト
感度における欠損によって乗算される。その後、視野欠損の体積は、視野欠損体積のパー
センテージを決定するために、視野検査体積全体で割られる。
【００２３】
［視野欠損の傾斜勾配（及び傾斜勾配のヒストグラム）］
傾斜勾配は、独立して決定され、例えば、水平方向（ｘ）及び垂直方向（ｙ）の両方に
おいて決定される。傾斜勾配は、コントラスト感度（例えば、１００−ｉ）の欠損を度数
（Δｘ又はΔｙ）で割ったものとして定義され、ここで、度数（Δｘ又はΔｙ）は、欠損
が起こる個所である。傾斜勾配は、水平方向に対しては（（１００−ｉ）／Δｘ）、垂直
方向に対しては（（１００−ｉ）／Δｙ）である。傾斜ヒストグラムは、垂直方向又は水
平方向どちらかの傾斜勾配の分布を表す。暗点の中心から計算された放射傾斜勾配は、同
様の方法で処理することができる。
【００２４】
［暗点データ変換］
［暗点中心］
各検査コントラスト感度レベルでの全ての暗点データポイントのｘ値及びｙ値は、各検
査コントラスト感度レベルでの暗点中心のための座標を得るために、平均化される。中心
の各々は、視野全体のデータポイントと一緒に、３Ｄにおいてプロットされる。続いて、
この中心は、平均中心を得るために、平均化される。その後、各中心から平均中心への平
均距離及び距離の標準偏差が計算される。そして、各暗点に対する全中心及び平均中心は
、散布図にプロットされる。
【００２５】
［暗点周辺部］
各検査コントラスト感度レベルでの暗点周辺部ポイントは、レベルの各々での非暗点ポ
イント（例えば、現在のレベルよりも大きいコントラスト感度レベルを持つもの）に水平
的及び／又は垂直的に隣接するポイントに対して、暗点内にあるポイントのリストをスキ
ャンニングすることにより、測定され記憶される。
【００２６】
［波形度］
波形度の測定では、各コントラスト感度レベルでの暗点周辺部を、曲率の変化として評
価する。周辺部上の全ポイントには、順次番号が付される。第１ポイント（ｐ＝１）から
開始し、ユークリット距離は、周辺部（ｐ）に沿った各ポイントと、周辺部（ｐ）のリス
ト（ｐ＋ｘ）の下でユーザ定義の指標オフセット（ｘ）であるポイントとの間で、計算さ
れる。全ユークリット距離は、平均化され、その後、ヒストグラムとして表示される。処
理は、各コントラスト感度レベルにおいて、例えば、異なる２つのユーザ定義の指標オフ
セットを用いて、実行される。鋭いピークのヒストグラム（例えば、１つのピーク）は、
滑らかな周辺部（波形のない）を持つ暗点を示し、ヒストグラム左端の方のピークは、よ
り強い湾曲した周辺部（例えば、曲率半径の小さな周辺部）を示し、その一方で、ヒスト
グラム右端の方のピークは、曲率半径の大きな周辺部を示す。
【００２７】
［変形視症を評価する一般的な指標セット］
変形視症による現象（例えば、欠損の代わりにアムスラーグリッド線の一直線が、歪み
又はうねること）を評価するために、３Ｄにおいて、乱視（例えば、変形視症）及び視野
欠損（例えば、暗点）の両方の自動特徴評価のため、アルゴリズムのより一般的な上位セ
ットを、実装することができる。以下の客観的な特徴評価指標は、視野欠損を説明するた
めに用いることができる。
見えてない位置検査での絶対＃：コントラストに関係なく、見えてないアムスラーグリ
ッド点の数。
見えてない位置検査での相対＃：コントラストに関係なく、見えてない位置検査の絶対
数を、利用可能な検査位置の全数で割ったものであり、[パーセント]で与えられる。
ＸＸ％コントラストでの視野障害の面積：所定のアムスラーグリッドコントラストで、
見えないものとしてマークされたアムスラーグリッド点の数。
ＸＸ％コントラストでの視野障害の相対面積：所定のアムスラーグリッドコントラスト
で見えないものとしてマークされたアムスラーグリッド点の数を、その所定のアムスラー
グリッドコントラストでの利用可能な検査位置の全数で割ったものであり、[パーセント]
で与えられる。
絶対視力の丘の欠損“体積”：見えてない視野の総和面積に、測定された検査コントラ
ストレベル（％で）の各々を乗算したものであり、［パーセント度２］で与えられる。
相対視力の丘の欠損“体積”：絶対欠損体積を、測定された検査視力の丘の全体で割っ
たもので、［パーセント］で与えられる。
欠損面積勾配（ＬＡＧ）：最高検査コントラストレベルにおいて存在する暗点面積を、
最低検査コントラストレベルにおいて存在する暗点面積で割ったものに、測定した実際の
暗点深さを乗算したもので、［パーセント］コントラストで与えられる。
保存面積勾配（ＰＡＧ）：最低検査コントラストレベルにおいて存在する保存視野面積
を、最高検査コントラストレベルにおいて存在する保存視野面積で割ったものに、測定し
た実際の暗点深さを乗算したもので、［パーセント］コントラストで与えられる。
逆欠損面積勾配（ＩＬＡＧ）：最低検査コントラストレベルにおいて存在する暗点面積
を、最高検査コントラストレベルにおいて存在する暗点面積で割ったものに、測定した実
際の暗点深さを乗算したもので、［パーセント］コントラストで与えられる。
逆保存面積勾配（ＩＰＡＧ）：最高検査コントラストレベルにおいて存在する保存視野
面積を、最低検査コントラストレベルにおいて存在する保存視野面積で割ったものに、測
定した実際の暗点深さを乗算したもので、［パーセント］コントラストで与えられる。
【００２８】
上記の特徴評価指標は、被験者の視野の時間的変化における定性的及び定量的分析を可
能にする。上記指標の変形例があり、また、当業者に公知の追加の指標がある。
【００２９】
以下において、視野検査の例を用いて、ＡＧＦＡによる異なる特徴評価を説明する。具
体的な例を用いてＡＧＦＡを説明するが、異なる用途が想定されることを、当業者は理解
できるであろう。
【００３０】
ある実施形態において、ＡＧＦＡは、フラグ演算によるステップを含むことができる。
フラグ演算ステップは、特徴ベクトル正規化処理を含んでいてもよい。
【００３１】
［特徴ベクトル正規化処理］
ＡＧＦＡは、オブジェクトを解析するために用いることができる。オブジェクトは、例
えば、視野データセット、画像内の要石等であってよい。各オブジェクトは、全ての特徴
成分値を用いて与えられる特徴（成分）ベクトルを持つ。言い換えれば、特徴ベクトルは
、異なる成分を含むことができ、各成分は、特定の値を持つ。特徴成分値は、（最大値及
び最小値の点で）異なる範囲であってもよい。さらに、特徴成分は、離散的又は連続的な
値を持つことができる。画像内のオブジェクトを比較するために、特徴内の成分の範囲及
び数から独立した特徴成分値を生成するため、それらを正規化することが必要となるかも
しれない。
【００３２】
言い換えれば、オブジェクトには、特徴ベクトルが割り当てられる。特徴ベクトルは、
異なる成分を含んでいてもよい。各成分は、他の成分とは異なる一定の範囲を持つことが
できる。特徴ベクトルを比較するために、特徴ベクトルの比較が可能になる各成分の範囲
の正規化は、有利でありえる。
【００３３】
例えば、色（整数値範囲［０，２５５］を用いた、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分）と傾斜度（１成分
のみを用いた実数値範囲［０，１］）とのような２つの特徴に基づく２つのオブジェクト
を比較することは不可能である。この例では、色の特徴は、傾斜度の特徴と比較すると、
成分の数が３倍である。従って、成分の数に基づいて重みが割り当てられれば、色の特徴
は、傾斜度の３倍の重みとなるだろう。さらに、各色の成分は、傾斜度の特徴が範囲［０
，１］であるのに対して、範囲［０，２５５］を持つ。従って、色の成分は、傾斜度より
も、２５５倍以上の重みを与えることになる。この問題を解決するために、範囲［０，１
］の各成分を正規化するための三段階の正規化処理を、実施することができる。さらに、
この正規化処理は、特徴内の成分の数とは関係なく比較をレンダリングする。
【００３４】
ある実施形態では、最小―最大正規化と称される正規化の第１ステップにおいて、特徴
特成分値を、以下の公式を用いて、実数値範囲［０，１］内に変換する。
【数３】
2018081714.tif 000004
ここで、Ｆ１ｉｊは、オブジェクトｉｔｈ及び特徴成分ｊｔｈの最小―最大正規化値であ
り、ＯｒｉｇＦｉｊは、オブジェクトｉｔｈのオリジナルの特徴成分ｊｔｈであり、Ｍｉ
ｎＦｊ及びＭａｘＦｊは、特徴成分ｊｔｈの最小値及び最大値である。各特徴成分に対す
る最小値及び最大値は、例えばＲＧＢ色のための［０，２５５］のような、モデル内のそ
の特徴のための理論的な範囲であってよい。他の実施形態では、最小値及び最大値は、理
論的な範囲の特定のサブセット範囲とすることができ、例えば、オブジェクトの特定コレ
クションにおけるＲＧＢ色のための［２０，１２０］であって、この場合、２０以下の値
又は１２０以上の値は、存在しない。さらに、他の実施形態では、最小値及び最大値は、
ユーザ定義であってもよい。
【００３５】
正規化の第２ステップは、特徴次元正規化と称すことができ、ここでは、各特徴成分値
は、特徴内の成分の数で割ることができ、以下の式による。
【数４】
2018081714.tif 000005
ここで、Ｆ２ｉｊは、オブジェクトｉｔｈ及び特徴成分ｊｔｈの特徴次元正規化値であり
、Ｎｊは、特徴ｊｔｈの次元の数である。
【００３６】
正規化の第３のステップは、絶対的正規化と称することができ、ここでは、以下の式が
適用される。
【数５】
2018081714.tif 000006
【００３７】
上記の３つの正規化ステップによって、特徴値が、実数値範囲［０，１］内になり、さ
らに、成分の数から独立することを保証する。これは、例えばオブジェクトが異常である
か否かを決定するために、各特徴成分値が、オブジェクトの特徴分析において等しく寄与
することを保証する。
【００３８】
特徴ベクトルの正規化処理後、フラグ演算ステップは、逐次クラスタリングを含む。
【００３９】
［逐次クラスタリング］
ある実施形態では、前のステップにおいて得られた特徴成分ベクトルによって、画像内
のオブジェクトを特徴付けることができる。１つ又は複数のオブジェクトが異常であるか
否かを決定付ける次の可能なステップは、そのオブジェクトを異なるグループに分類する
ことである。一実施形態において、逐次クラスタリング方法を実施することができ、この
方法によって、入力ベクトルは、実時間内の自然数のクラスタに分類される。Ｋ平均クラ
スタリングのような他のクラスタリングに対するこの方法の想定される利点は、ベクトル
を分類するクラスタの数を、設定する必要がないことである。この方法は、ベクトルをク
ラスタリングするだけでなく、クラスタの自然数を決定する。
【００４０】
他の（教師あり又は教師なし）クラスタリング方法を用いることができ、例えば、レベ
ルセット解析を用いることができる。そのようなアルゴリズムは、データ自体からクラス
タの自然数を自動的に決定し、これは当業者に公知である。
【００４１】
当業者に公知のように、基本的な逐次クラスタリング方法は、１つの閾値を含み、これ
により、クラスタ中心からの距離が閾値未満となるベクトルは特定のクラスタに分類され
、実質的に単一パス内の全てのベクトルはクラスタリングされる。ある実施形態において
、本発明で実施される逐次クラスタリング方法は、閾値が２つあり、全てのベクトルをク
ラスタリングするためのパス数が複数あってもよいという意味で、基本的な方法とは異な
る。
【００４２】
逐次クラスタリングの基本的な形式では、最初の入力ベクトルは、その中心となる最初
のクラスタにビニングされる。次の入力ベクトルは、そのベクトルから既存クラスタの中
心までの距離が所定の閾値未満であれば、その既存クラスタの１つにビニングされ、その
ベクトルから既存クラスタの中心までの距離が所定の閾値以上であれば、新しいクラスタ
にビニングされる。この方法の起こり得る欠点は、全てのベクトルが単一パス内でクラス
タリングされるため、クラスタの形成及びクラスタメンバが、ベクトルが入力する順番に
依存することである。他の起こり得る欠点として、閾値の選択が結果に影響することがあ
り、例えば、閾値を変化させることによって、クラスタの数に違いが生じたり、異なるメ
ンバを持つ同じ数のクラスタが生成されたりする。
【００４３】
本発明のある実施形態では、別の方法が実施され、これにより、ベクトルとクラスタ中
心との間の距離を計算するとき、ユークリット距離が考慮される。これは、標準的な逐次
クラスタリング方法の改良版で構成される。本開示では、この改良された方法を、確実逐
次クラスタリングと称する。
【００４４】
確実逐次クラスタリングでは、２つの閾値ｔ１，ｔ２（ｔ２>ｔ１）は、ベクトルＦ３
ｉと最近接クラスタＣｊの中心との間のユークリッド距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）がｔ１未満
となる場合にそのベクトルは対応するクラスタに属するように選択される。次に、ｄ（Ｆ
３ｉ，Ｃｊ）がｔ２以上となる場合、ベクトルＦ３ｉはクラスタＣｊに属さない。しかし
、ｔ１<ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）<ｔ２である場合、ベクトルＦ３ｉがＣｊに属することは確実
ではなく、そのビニングは延期される。２つの閾値を導入することで、最もよくデータに
反映する１つのみの閾値を選択することの困難さを克服する。さらに、不確定性の場合に
おけるベクトルの分類を延期することは、複数パスをもたらし、入力するデータ又はベク
トルの順番による起こり得る欠点を克服する。確実逐次クラスタリングは、例えば、「効
率的な逐次クラスタリング方法（An efficient sequential clustering method）（Traha
nias P 等による パターン認識22:449-53,1989）」に記載され、その開示は参照により、
本開示に組み込まれる。
【００４５】
他の実施形態では、Ｋ平均クラスタリングをさらに用いることができるが、逐次クラス
タリングとは異なり、事前にクラスタの数を設定する必要がある。
【００４６】
逐次クラスタリング後、フラグ演算ステップは、主成分解析を含むことができる。
【００４７】
［主成分解析］
前節で説明した特徴成分ベクトルのクラスタリングによれば、画像又はデータセット内
で検出される他のオブジェクトから異常であるどのオブジェクトに関する情報でも、与え
ることができる。異常は、特徴、又は特徴のセット又は組み合わせ（例えば、「指紋」）
のいずれであってもよい。しかし、この方法によって、さらなる調査のために、異常が実
際に関心のあるものか否かを決定できる必要はないかもしれない。
【００４８】
図２は、クラスタリングの概要例として、幾何学的形状の集合体を示す図である。図２
において、各幾何学的形状は、１つのオブジェクトを表す。図２に示すオブジェクト２０
１，２０２，２０３，２０４，２０６，２０７，２０８，２１０，２１１，２１２，２１
３は、類似の形状を持つように一緒にクラスタリングすることができ、これらに含まれな
いオブジェクト２０５は、他のオブジェクト２０１，２０２，２０３，２０４，２０６，
２０７，２０８，２１０，２１１，２１２，２１３と類似の形状を有するが、異なるパタ
ーン又はテクスチャを有し、さらにオブジェクト２０９は、他のオブジェクト２０１，２
０２，２０３，２０４，２０６，２０７，２０８，２１０，２１１，２１２，２１３とは
異なる形状を有する。従って、２つのオブジェクト２０５，２０９は、残りのオブジェク
ト２０１，２０２，２０３，２０４，２０６，２０７，２０８，２１０，２１１，２１２
，２１３と共に、クラスタリングされるべきではない。２つのオブジェクト２０５，２０
９は、異常であり、それら自身でクラスタリングされるべきである。図２の人間の目視検
査から、オブジェクト２０５，２０９は、異なる形状、パターン又はテクスチャを有する
ことを理解することが可能である。しかしながら、自動クタスタリング方法では、人間の
目視検査なしで、どの程度の異常が“真”の異常であるかを、重要性に関する限り、特定
しない。言い換えれば、オブジェクト２０５のパターン異常又はテクスチャ異常やオブジ
ェクト２０９の形状異常が、さらなる調査のために、実際に重要性がある場合、その程度
までの異常が特定される。従って、異常の重要性は、クラスタリング段階のみでは、定量
化することができない。そのような異常の重要性の定量化は、主成分解析ステップを経て
、実行することができる。他の例では、異なる違いが存在してもよく、例えば、パターン
又はテクスチャの代わりに、色が存在してもよい。
【００４９】
主成分解析（ＰＣＡ）は、データを新しい座標系に変換する直交線形変換として定義す
ることができ、そのような新しい座標系では、データの予測による最大分散が第１座標（
第１主成分と呼ぶ）となるようにし、第２の最大分散が第２成分となるようにしていく。
そのような方法は、当業者に公知であり、例えば、Jolliffe I.T.において、「主成分解
析（Principal component analysis）（Wily Online Library, 2002）」に記載され、そ
の開示は、参照により本開示に組み込まれる。
【００５０】
主成分の数は、変数又はベクトルの数より、大きくない。この着想は、各クラスタの第
１主成分を決定することであり、これにより、特徴ベクトル空間内の１つ又は複数の成分
の方向に沿った特徴ベクトルの１つ又は複数の構成成分のための、最大分散を示すことが
できる。
【００５１】
表１に、図２示すオブジェクトのクラスタリングを詳述する。
【００５２】
【表１】
2018081714.tif 000007
【００５３】
図２に示すオブジェクトの例では、各クラスタの第１主成分を決定することが目的であ
る。特徴成分値の番号Ｎは、特徴成分ベクトルの次元である。ＦがＭ×Ｎ行列であって、
ここで、Ｍがクラスタ内の特徴成分ベクトルの番号であり、各ベクトルが行列の一行を構
成する場合、そのとき、主成分を評価するために用いられる典型的な方法は、固有値及び
固有ベクトルを決定するために、Ｆの共分散行列を分解することである。この処理の例と
して、例えば、Press等らにおいて、「Ｃ言語による数値計算のレシピ（Numerical Recip
es in C）(ケンブリッジ大学出版局、１９９２)」があり、その開示は、参照により本開
示に組み込まれる。固有ベクトルは、主成分に沿った単位ベクトルであり、固有値は、そ
れらに対応する大きさである。特異値分解は、以下の式を用いて、固有値及び固有ベクト
ルを決定するために、用いることができる。
ＣоｖＦ＝Ｕ×Ｄ×Ｖ‘
ここで、ＣоｖＦは、行列ＦのＮ×Ｎ共分散行列であり、Ｕは、行列ＣоｖＦの固有ベク
トルのＮ×Ｎユニタリ行列であり、Ｄは、固有値であるＮ対角値を有するＮ×Ｍの長方形
対角行列であり、Ｖ‘は、Ｍ×Ｎユニタリ行列である。
【００５４】
最大固有値は、クラスタの第１主成分の大きさであり、すなわち、最大固有値は、その
クラスタ内のベクトルの最大分散と伴にその方向を定量化する。固有値は、固有ベクトル
の長さであり、ここで、固有ベクトルは、クラスタの主成分の最大分散の方向を与える。
例えば、表２は、表１及び図２に示すクラスタの最大固有値を示す。
【００５５】
【表２】
2018081714.tif 000008
【００５６】
２つのクラスタが共通する要素がないか否かを決定するために、特徴空間におけるクラ
スタの中心間のユークリッド距離と、各クラスタの最大固有値の和を比較することができ
る。ユークリット距離がその和より小さい場合、そのとき、２つのクラスタは重複し、そ
うでない場合、２つのクラスタは特徴空間内で共通する要素がない。他の実施形態では、
より正確な距離を測定するために、各固有値に属し対応する固有ベクトルが、２つのクラ
スタ間の各距離ベクトル上に投影される。２つのクラスタに共通する要素がない場合、す
なわち、ユークリット距離が最大固有値の和より小さい場合には、クラスタの１つに属す
るオブジェクトは、その特徴に関して、他のクラスタに属するオブジェクトとは大きく異
なる可能性がある。クラスタが重なる場合、そのときは、異常がある。この特性は、距離
フラグにより、定量化することができる；クラスタに共通する要素がない場合、距離フラ
グは赤として設定することができ（数値的には、例えば、１の値）、クラスタが重複する
場合、距離フラグは緑として設定することができる（数値的には、例えば、０の値）。表
１及び表２の例に続いて、表３は、表２に示す３つのクラスタ間のペアワイズ関係に対す
る距離フラグ値を示す。表３から分かるように、全てのクラスタは、各々、共通する要素
がなく、それらの距離フラグは１の値となる。クラスタに共通する要素がないことを示す
ために、異なる値を使用してもよいことが、当業者によって理解されよう。例えば、ある
実施形態では、距離フラグは、クラスタに共通する要素がないことを示すために、０に設
定してもよく、又は、別の実施形態では、距離フラグは、連続的な値をとることができ、
例えば、重複又は共通する要素のなさの程度に比例して、０又は１の間の値をとることが
できる。ある実施形態では、ユークリット距離の代わりに、距離の別の形式を採用しても
よい。
【００５７】
【表３】
2018081714.tif 000009
【００５８】
クラスタが異常であるか否かについて、距離フラグのみからでは、必ずしも、決定する
ことができない。より少ない数のクラスタオブジェクトを有するクラスタは異常であると
仮定することができ、この特性は、数フラグで表すことができる。例えば、クラスタ内の
オブジェクトの数が、他のクラスタ内のオブジェクトの数の１０パーセント（例えば、ユ
ーザ定義の閾値）未満である場合、数フラグは、赤として設定することができ（数値的に
は、例えば、１の値）、他の場合は、数フラグは、緑として設定することができる（数値
的には、例えば、０の値）。表３に示す例に続いて、表４にこのステップの結果を詳述す
る。表４から、クラスタ１及び２に対する数フラグは１であり、クラスタ１及び３に対す
る数フラグは１であり、クラスタ２及び３に対する数フラグは０であることが分かる。他
の実施形態では、数フラグに対して別の値を使用してもよい。ある実施形態では、別の閾
値を使用してもよい。例えば、閾値は、１０パーセントの代わりに、２０パーセントにし
てもよく、或いは、１０又は２０パーセントとは別の他の値にしてもよい。他の実施形態
では、数フラグは、連続的な値をとることができ、例えば、１つのクラスタと別のクラス
タとの間のクラスタメンバの数の比率を反映して、０又は１の間の値をとることができる
。
【００５９】
【表４】
2018081714.tif 000010
【００６０】
距離フラグは、クラスタの各固有ペアの距離と、対応するクラスタの最大固有値の和と
に基づいて、設定することができる。他の実施形態では、別のフラグを用いてもよい。
【００６１】
数フラグは、各クラスタにおけるメンバの数に基づいて、設定することができる。他の
実施形態では別のフラグを用いてもよい。
【００６２】
フラグ演算後、特徴ベクトルの解析を、所望の特定の用途に適用することができる。例
えば、フラグ演算は、視野比較及び時間的変化解析に適用することができる。
【００６３】
［視野比較及び時間的変化解析］
視野分類目的のために、上述した方法で得られた指標は、３Ｄ−ＣＴＡＧ検査結果の特
性である特徴ベクトルを形にするために、一緒に用いることができ、このとき、特徴ベク
トルは、すなわち、視野である。結果として、視野を、例えばウェブベースの包括的な視
野検査及び診断システムを用いて評価し、各特徴ベクトルを介して、（特徴ベクトルの適
切な正規化後）相互に比較することができ、そして、異常を検出することができる。
【００６４】
本発明は、例えば、距離フラグ及び数フラグの指標を含む上述の方法に従って特徴ベク
トルを決定した後、特徴ベクトルの比較が可能になるという利点を有する。
【００６５】
視野間の比較、及び、例えば経時的に取得した特定患者の視野セットのような、視野セ
ット間の異常検出は、自動汎用特徴解析（ＡＧＦＡ）に基づく自動分類システムにより、
行うことができる。
【００６６】
視野データ分類の場合における特徴ベクトルは、上記の相対特性指標を含むことができ
る：見えない位置検査の相対＃、相対視力の丘の欠損体積、ＬＡＧ、ＩＬＡＧ、ＰＡＧ、
ＩＰＡＧ。特徴ベクトルに対して、絶対的なものではなく、相対的な特性評価指標を用い
る理由は、結果として生じる特徴ベクトルが、例えば視野検査面積及び保存コントラスト
レベルといった、各視野検査仕様から、概ね独立するためである。さもなければ、異なる
検査パラメータが設定された異なる検査機で取得された異なる視野の比較は、難題となる
。他の用途において、特性指標は、視野比較のために引用されたものとは、異なってもよ
い。例えば、金融市場及び他の用途のための特徴の指標は、本開示において上記されたも
のでよい。
【００６７】
視野比較の場合において、特徴ベクトルは、被験者の視野の時間的変化の定性的解析及
び定量的解析の両方を、可能にすることができる。これらの時間的変化は、各被験者に対
して異なる３Ｄ−ＣＴＡＧ間で以下の比較量を計算することにより、評価することができ
る。
【００６８】
重複パラメータ：２つの特徴ベクトル間のＮ次元スカラー積として定義され、−１から
＋１までの範囲であり、−１は２つの視野が互いに完全に正反対／非類似であることを示
し、０は２つの視野が互いに直交していることを示し、＋１は２つの視野が同一であるこ
とを示し、もちろん、これらの値の間の全ての連続的な変数が用いられる。重複パラメー
タは、２つの特徴ベクトル間の類似性の尺度である。
【００６９】
ハミング距離：特徴ベクトル成分間の差を二乗して総和したものを、特徴ベクトルの次
元Ｎで割ったものとして定義される。ハミング距離は、常に、≧０であり、２つの特徴ベ
クトル間の類似性の尺度である。
【００７０】
ユークリッド距離：特徴ベクトル成分間の差を二乗して総和したものの平方根として定
義される。ユークリット距離は、常に、≧０であり、２つの特徴ベクトル間の類似性の尺
度である。
【００７１】
加えて、ＡＧＦＡは、１人又は複数人の患者の視野検査を各特徴ベクトルに基づいて類
似のクラスタに分類する他のクラスタリング技術の中で、逐次クラスタリングを行うこと
ができ、その後、クラスタ間の比較に基づく異常解析を行うことができる。異常は、特定
の特徴ベクトルや、特定の特徴ベクトルの成分（例えば、見えない位置検査の相対＃、相
対視力の丘の欠損体積、ＬＡＧ、ＩＬＡＧ、ＰＡＧ、ＩＰＡＧ）として、定義することが
でき、これらは、他の特徴ベクトル又は他の特徴ベクトル内の同一成分とは、大きく異な
る。重複パラメータ、ハミング距離、及びユークリット距離と伴に、クラスタリング及び
異常検出は、視野分類及び視野比較のための手段を提供することができる。さらに、この
ツールセットは、ＡＧＦＡにより提供され、所定の時点での各視野を示す根本的な特徴ベ
クトルを解析することで、経時的な（例えば、時間的変化）視野悪化又は視野改善の評価
を可能にすることができる。
【００７２】
また、特徴ベクトルは、予備的な診断を行うために、例えば、単層又は多層パーセプト
ロンシステム、並びにホップフィールドアトラクタネットワークといった、人工ニューラ
ルネットワークへの入力として機能することができる。特に、所定の検査端末／デバイス
上での各視野面積及び形状の検査へ、ホップフィールドアトラクタネットワークを適用す
ることは簡単であり、なぜなら、ホップフィールドアトラクタネットワークのニューロン
による空間的配置の仮設は、所定の検査端末／デバイスのための実際の視野形状に対して
行われないためである。
【００７３】
客観的な派生視野、暗点、及び変形視症の特性データによって、以下のことを行うこと
ができる。
１．統計的方法及び人工ニューラルネットワークを介して、病気を確率的に予測すること
（例を参照すると、視野分類ニューラルネットワークへの３Ｄ−ＣＴＡＧ適用版が、Fink
Wにおいて、「視野データ分類に適用するためのニューラルアトラクタネットワーク（Ne
ural attractor network for application in visual field data classification）（Ph
ys Med Biol 49(13):2799-2809、2004）」に記載され；その開示は、参照によりここに完
全に組み込まれる。）
２．自律惑星探査機から派生した分類方法を用いて、経時的な患者の視野における時間的
変化の定性的及び定量的の両方を示すこと（例を参照すると、「自動汎用特徴解析  ＡＧ
ＦＡ（Automated Global Feature Analyzer AGFA）（Fink等ら、2005；Fink等ら、2008）
」；その開示は、参照によりここに完全に組み込まれる。）
【００７４】
このような発展した包括的視野検査及び診断システムは、以下のことを可能にする。
１．早期段階で見え方に影響する状態を検出及び診断することで、治療対策を適時に行え
るようにすること。
２．状態への治療的処置の効率性及び有効性を経時的に監視すること。
【００７５】
本開示に記載される方法は、ハードウェアデバイスを通じて、コンピュータに実装して
もよい。そのようなハードウェアデバイスは、プロセッサ、メモリ、及び複数のセンサを
備える。センサは、当業者に理解されるように、多種多様の異なるセンサを含む。センサ
は、例えば、カメラセンサ、放射能センサ、磁気センサ、電気センサ、化学センサ、赤外
線センサ、分光分析器、質量分析センサ、圧力センサ、湿度センサ、血糖値センサ、温度
センサ、地震センサ、塩分センサ、速度センサ、及び加速度計、電圧計、磁気計等である
。
【００７６】
ある実施形態では、ハードウェアデバイスは、センシング及び解析デバイスと称しても
よい。ある実施形態では、デバイスは、スマートフォン又はタブレットであってよい。
【００７７】
図３は、例示的なセンシング及び解析デバイスを示し、プロセッサ３０５、メモリ３１
０、及び複数のセンサ３２０，３２５，３３０，３３５，３４０，３４５を含む。
【００７８】
図４は、図１及び図２に示す実施形態を実施するための、ターゲットハードウェア１０
（例えば、コンピュータシステム）の例示的な実施形態を示す。このターゲットハードウ
ェアは、プロセッサ１５、メモリバンク２０、ローカルインターフェースバス３５、及び
一以上の入力／出力デバイス４０を備える。プロセッサは、図１及び図２に示す実施に関
連する一以上の命令を実行することができ、命令は、メモリ２０内に格納された実行可能
プログラム３０に基づくオペレーションシステム２５により提供される。これらの命令は
、ローカルインターフェース３５を介して、プロセッサ１５に運ばれ、これは、ローカル
インターフェース及びプロセッサ１５に特有のあるデータインターフェースプロトコルに
より行われる。ローカルインターフェース３５は、アドレス、制御、及び／又はプロセッ
サベースのシステムの複数要素間におけるデータ通信を提供するために一般的に方向付け
られた、例えばコントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ、及びレシ
ーバといった、複数要素の記号表現であることに留意されたい。ある実施形態では、プロ
セッサ１５は、幾つかのローカルメモリ（キャッシュ）を取り付けることができ、これに
より、いくらか実行速度を上げるために、実行命令の一部を、そのローカルメモリ（キャ
ッシュ）に格納することができる。プロセッサによる実行命令によって、幾つかの入力／
出力デバイス４０の使用を要求することができ、例えば、ハードディスク上に格納された
ファイルからデータを入力し、キーボードからコマンドを入力し、タッチスクリーンから
データ及び／又はコマンドを入力し、ディスプレイにデータを出力し、ＵＳＢフラッシュ
デバイスにデータを出力することができる。ある実施形態では、オペレーションシステム
２５は、プログラムの実行に必要な各種データ及び命令を中心要素に集めることによって
、これらのタスクを容易にし、これらをマイクロプロセッサに提供する。ある実施形態で
は、ターゲットハードウェア１０の基本的なアーキテクチャは、図４に示すものと同様で
あるが、オペレーションシステムが存在しない場合があり、全てのタスクは、プロセッサ
１５の直接制御の下で行われる。ある実施形態では、実行スピードを上げるために、複数
のプロセッサを並列構成にして使用してもよい。このような場合、実行可能プログラムは
、特に並列実行に合せて調整することができる。さらに、ある実施形態では、プロセッサ
１５は、図１及び図２に示す実施の一部を実行してもよく、他の部分は、ローカルインタ
ーフェース３５を介してターゲットハードウェア１０によりアクセス可能な入力／出力位
置に配置された専用ハードウェア／ファームウェアを使用して、実施してもよい。ターゲ
ットハードウェア１０は、複数の実行可能プログラム３０を含み、この場合、各プログラ
ムは、独立に実行してもよく、又は、互いに組み合わせて実行してもよい。
【００７９】
本開示に記載される方法及びシステムは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェ
ア、又はそれらの任意の組み合わせで、実施されてもよい。ブロック、モジュール、又は
構成要素として記載された特徴は、（例えば、集積論理デバイスのような論理デバイスで
）一緒に実装してもよく、又は、（例えば、別個に接続された論理デバイスのように）別
々に実装してもよい。本開示の方法によるソフトウェア部分は、コンピュータ可読媒体を
備え、コンピュータ可読媒体は、命令を含み、この命令は、実行されるとき、記載された
方法を少なくとも部分的に実行する。コンピュータ可読媒体は、例えば、ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）、及び／又は読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）を備えることができる。
命令は、プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））、特定用途向け集積
回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）、グラフィッ
ク処理ユニット（ＧＰＵ）、又は汎用計算（ＧＰＵ）により、実行することができる。
【００８０】
本発明については、複数の実施形態に基づいて記述した。けれども、本発明の趣旨及び
範囲から逸脱することなく、様々な改変がされ得ることが理解できる。従って、他の実施
形態も以下の特許請求の範囲に包含される。
【００８１】
上述の例により、本発明の全範囲に対応付けられる実施形態の作成及び使用する方法の
完全な開示及び説明が当業者に提供され、また、上述の例は、発明者らが本発明とみなす
範囲を制限することを意図しない。
【００８２】
ここに開示された方法及びシステムを実行するために、上記形態の修正は、当業者にと
って明らかであり、この修正も、以下の特許請求の範囲内であることが意図される。明細
者内で言及される全ての特許及び刊行物は、本発明に属する当業者の技術レベルを示すも
のである。本明細書で引用された全ての参考文献は、参照により同程度に組み込まれ、各
参考文献は、参照によりその全てが個々に組み込まれる。
【００８３】
本発明は、特定の方法又はシステムに限定されないことが理解され、これは、当然に変
更することができる。また、本明細書の用語は、特定の実施形態のみを説明する目的で使
用されることが理解され、限定を意図するものではない。本明細書及び添付の特許請求の
範囲で使用されるように、「ある」、「１つ」、及び「前記」は、その性質に反しない限
り、複数の指示対象を含む。用語「複数」は、要旨が明らかに指示しない限り、２以上の
指示対象を含む。定義されない限り、ここで使用される技術用語及び科学用語は、当業者
によって通常に理解されるものと、同じような意味を有する。
【図１】
2018081714.tif 000013
【図２】
2018081714.tif 000014
【図３】
2018081714.tif 000015
【図４】
2018081714.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月4日(2018.1.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに実装された方法であって、
複数の物理的オブジェクトを記述する少なくとも１つの物理的特徴を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを備えるセンシング及び解析デバイスを提供するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記少なくとも１つの物理的特徴に基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを表す複数の特徴ベクトルを生成するステップであって、該複数の特徴ベクトルは、前記少なくとも１つの物理的特徴を記述する複数の成分を含み、該複数の成分の各成分は、数値的範囲を有し、前記少なくとも１つの物理的特徴は、各特徴ベクトル内の少なくとも１つの成分によって表される、該生成するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記各成分の前記数値的範囲を０及び１の間の範囲に変換するステップであって、該変換は、以下の式により実行され、
【数１】
2018081714.tif 000017
ここで、Ｆ１ｉｊは、オブジェクトｉｔｈ及び特徴成分ｊｔｈの正規化値であり、ＯｒｉｇＦｉｊは、オブジェクトｉｔｈのオリジナルの特徴成分ｊｔｈであり、ＭｉｎＦｊ及びＭａｘＦｊは、特徴成分ｊｔｈの最小値及び最大値であり、それにより得られた、第１の複数の正規化特徴ベクトルは、第１の複数の正規化成分を含み、前記第１の複数の正規化特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルの前記少なくとも１つの物理的特徴のために、全数の成分をさらに含む、該変換するステップと、
前記第１の複数の特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルのために、前記センシング及び解析デバイスにより、各第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のための前記複数の正規化成分を、前記第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のための前記全数の成分で割るステップであって、それにより第２の複数の正規化特徴ベクトルを得る、該割るステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルを以下の式により正規化するステップであって、
【数２】
2018081714.tif 000018
ここで、Ｆ２ｉｊは、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルの特徴ベクトルの成分であり、Ｆ３ｉｊは、第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルの合成成分である、該正規化するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルをクラスタリングするステップであって、それにより、複数のクラスタ正規化特徴ベクトルを得る、該クラスタリングするステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１、第２又は第３の複数の正規化特徴ベクトルに基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを解析するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコンピュータに実装された方法であって、該クラスタリングするステップは、
前記センシング及び解析デバイスにより、第１のパラメータｔ１及び第２のパラメータｔ２を定義するステップであって、前記第２のパラメータは、前記第１のパラメータより大きい、該定義するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、クラスタｃｊのために、クラスタ中心Ｃｊを計算するステップであって、ここで、ｊは、第１の計数パラメータである、該計算するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルと前記クラスタ中心Ｃｊとの間の距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）を計算するステップであって、各特徴ベクトルは、Ｆ３ｉと称され、ｉは、第２の計数パラメータである、該計算するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１のパラメータｔ１及び前記第２のパラメータｔ２に基づいて、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルＦ３ｉを、クラスタｃｊに割り当てるステップであって、該割り当てるステップは、繰り返しステップａ）乃至ｃ）を含み、該繰り返しステップａ）乃至ｃ）は、
ａ）前記距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）が前記第１のパラメータｔ１より小さい場合、前記特徴ベクトルＦ３ｉを、前記クラスタ中心Ｃｊを有する前記クラスタｃｊに割り当てる、
ｂ）前記距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）が前記第２のパラメータｔ２より大きい場合、前記特徴ベクトルＦ３ｉを、前記クラスタ中心Ｃｊを有する前記クラスタｃｊに割り当てず、ｊをインクリメントさせ、前記特徴ベクトルＦ３ｉを、前記クラスタ中心Ｃｊを有する前記クラスタｃｊに割り当てる、
ｃ）前記距離ｄ（Ｆ３ｉ，Ｃｊ）が前記第１のパラメータｔ１より大きく前記第２のパラメータｔ２より小さい場合、割り当てを延期する、であって、
一度、所望の条件に到達し、各特徴ベクトルＦ３ｉがクラスタリングされれば、前記繰り返しステップａ）乃至ｃ）は止まり、それにより、複数のクラスタ正規化特徴ベクトルを得る、前記割り当てステップと、を含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記クラスタリングするステップは、逐次クラスタリング、Ｋ平均クラスタリング、又はレベルセット解析クラスタリングにより、行われる、方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記複数の物理的特徴は、色、アルベド、形状、程度、斜度、密集度、サイズ、テクスチャ、マルチスペクトルデータ、ハイパースペクトルデータ、分光分析データ、生物学的汚染濃度、化学的汚染濃度、放射能汚染を含む、方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記解析するステップは、関心領域境界／描写、異常検出、自動車両制御、又は探査機器のためのガイダンスのために、行われる、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記解析するステップは、地質、鉱業、資源配分、又は偵察のために、行われる、方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記解析するステップは、医療診断のために行われ、前記複数の物理的特徴は、患者固有のデータ、血液検査結果、尿／糞便検査結果、Ｘ線、ＣＴ、ＭＲＩ、ｆＭＲＩ、超音波画像、マルチスペクトルデータ、ハイパースペクトルデータ、パルス、心拍数、眼圧、頭蓋内圧、血圧、肺容量を含む、方法。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記解析するステップは、金融市場のために行われ、前記複数の物理的特徴は、データ線上で検知された電気信号であり、前記電気信号は、株式価値、開始入札、最終入札、取引期間を通じた入札、金価格、株価指数、及び取引量を含むデータを示す、方法。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記解析するステップは、視野検査のために行われ、前記複数の物理的特徴は、暗点周辺部、波形度、見えない位置検査の絶対的数値、欠損視野面積、絶対的な視力の丘の欠損体積、欠損面積勾配、保存面積勾配、逆欠損面積勾配、及び逆保存面積勾配を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記ＭｉｎＦｊ及び前記ＭａｘＦｊは、ユーザ定義される、方法。
【請求項１１】
請求項２に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記距離は、ユークリッド距離である、方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のコンピュータに実装された方法であって、さらに解析するステップを含み、該解析するステップは、前記センシング及び解析デバイスにより、時間的変化に基づき、前記複数の物理的オブジェクトを解析する、方法。
【請求項１３】
コンピュータに実装された方法であって、
複数の物理的オブジェクトを記述する少なくとも１つの物理的特徴を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを備えるセンシング及び解析デバイスを提供するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記少なくとも１つの物理的特徴に基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを表す複数の特徴ベクトルを生成するステップであって、該複数の特徴ベクトルは、前記少なくとも１つの物理的特徴を記述する複数の成分を含み、該複数の成分の各成分は、数値的範囲を有し、前記少なくとも１つの物理的特徴は、各特徴ベクトル内の少なくとも１つの成分によって表される、該生成するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数の特徴ベクトルをクラスタリングするステップであって、それにより、複数のクラスタ特徴ベクトルを得る、該クラスタリングするステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数のクラスタ特徴ベクトルに主成分解析を適用するステップであって、それにより、距離フラグ値及び第１の評価された複数の特徴ベクトルを得る、該適用するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、閾値に基づいて、前記複数のクラスタ特徴ベクトルの各特徴ベクトルを数えることにより、数フラグ値を計算するステップであって、それにより、第２の評価された複数の特徴ベクトルを得る、該計算するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１又は第２の評価された複数の特徴ベクトルに基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを解析するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
コンピュータに実装された方法であって、
複数の物理的オブジェクトを記述する少なくとも１つの物理的特徴を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを備えるセンシング及び解析デバイスを提供するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記少なくとも１つの物理的特徴に基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを表す複数の特徴ベクトルを生成するステップであって、該複数の特徴ベクトルは、前記少なくとも１つの物理的特徴を記述する複数の成分を含み、該複数の成分の各成分は、数値的範囲を有し、前記少なくとも１つの物理的特徴は、各特徴ベクトル内の少なくとも１つの成分によって表される、該生成するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数の特徴ベクトルをクラスタリングするステップであって、それにより、複数のクラスタ特徴ベクトルを得る、該クラスタリングするステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数のクラスタ特徴ベクトルに、閾値に基づく距離計算を適用するステップであって、それにより、第２の評価された複数の特徴ベクトルを得る、該適用するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１又は第２の評価された複数の特徴ベクトルに基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを解析するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のコンピュータに実装された方法であって、重複パラメータ、ハミング距離、ユークリッド距離又は閾値に基づく距離を計算するステップをさらに含み、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数の物理的オブジェクトを解析する前記解析するステップにおいて、時間的変化に基づくとは、重複パラメータ、ハミング距離、ユークリッド距離又は閾値に基づく距離に、基づくことである、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記第１の複数の正規化特徴ベクトル、前記第２の複数の正規化特徴ベクトル又は前記第３の複数の正規化特徴ベクトルの少なくとも１つを、人工ニューラルネットワークに入力するステップをさらに含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記人工ニューラルネットワークは、単層又は多層パーセプトロンシステムである、方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記人工ニューラルネットワークは、ホップフィールドアトラクタネットワークである、方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記人工ニューラルネットワークの出力に基づく予備的な診断を生成するステップをさらに含む、方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載のコンピュータに実装された方法であって、前記閾値に基づく距離計算は、閾値に基づくユークリッド距離の計算である、方法。
【請求項２１】
コンピュータに実装された方法であって、
複数の物理的オブジェクトを記述する少なくとも１つの物理的特徴を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを備えるセンシング及び解析デバイスを提供するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記少なくとも１つの物理的特徴に基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを表す複数の特徴ベクトルを生成するステップであって、該複数の特徴ベクトルは、前記複数の物理的特徴を記述する複数の成分を含み、該複数の成分の各成分は、数値的範囲を有し、前記少なくとも１つの物理的特徴の各物理的特徴は、各特徴ベクトル内の少なくとも１つの成分によって表される、該生成するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記各成分の前記数値的範囲を０及び１の間の範囲に変換するステップであって、該変換は、以下の式により実行され、
【数３】
2018081714.tif 000019
ここで、Ｆ１ｉｊは、オブジェクトｉｔｈ及び特徴成分ｊｔｈの正規化値であり、ＯｒｉｇＦｉｊは、オブジェクトｉｔｈのオリジナルの特徴成分ｊｔｈであり、ＭｉｎＦｊ及びＭａｘＦｊは、特徴成分ｊｔｈの最小値及び最大値であり、それにより得られた、第１の複数の正規化特徴ベクトルは、第１の複数の正規化成分を含み、前記第１の複数の正規化特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のために、全数の成分をさらに含む、該変換するステップと、
前記第１の複数の特徴ベクトルの各第１の正規化特徴ベクトルのために、前記センシング及び解析デバイスにより、各第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のための前記複数の正規化成分を、前記第１の正規化特徴ベクトルの各物理的特徴のための前記全数の成分で割るステップであって、それにより第２の複数の正規化特徴ベクトルを得る、該割るステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルを以下の式により正規化するステップであって、
【数４】
2018081714.tif 000020
ここで、Ｆ２ｉｊは、前記第２の複数の正規化特徴ベクトルの特徴ベクトルの成分であり、Ｆ３ｉｊは、第３の複数の正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルの合成成分である、該正規化するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第３の複数の正規化特徴ベクトルをクラスタリングするステップであって、それにより、複数のクラスタ正規化特徴ベクトルを得る、該クラスタリングするステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記複数のクラスタ正規化特徴ベクトルに主成分解析を適用するステップであって、それにより、距離フラグ値及び第１の評価された複数の正規化特徴ベクトルを得る、該適用するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、閾値に基づいて、前記複数のクラスタ正規化特徴ベクトルの各特徴ベクトルを数えることにより、数フラグ値を計算するステップであって、それにより、第２の評価された複数の正規化特徴ベクトルを得る、該計算するステップと、
前記センシング及び解析デバイスにより、前記第１又は第２の評価された複数の正規化特徴ベクトルに基づいて、前記複数の物理的オブジェクトを解析するステップと、
を含む、方法。
【外国語明細書】
2018081714000001.pdf