устройство и способ дистанционной оценки характеристик зрительного анализатора человека и проведения тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций

Формула изобретения

Устройство для дистанционной оценки зрительного анализатора человека, включающее согласованно работающие функциональные блоки, соединенные между собой двунаправленными многоразрядными шинами, подключенные к блоку питания, а именно удаленный диагностический модуль (1) в следующем составе:

- фундус-камера, щелевая лампа, авторефрактометр, тонометр, биомикроскоп, кератометр (2), функционально соединенные с первым управляющим компьютером,

- первая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции (3), функционально соединенная с первым управляющим компьютером

- устройство голосового ввода (4), функционально соединенное с первым управляющим компьютером

- устройство ввода текстовой документации на основе активного сенсорного экрана (5), функционально соединенное с первым управляющим компьютером

- первый управляющий компьютер (6), функционально соединенный со вторым управляющим компьютером,

диагностический центр (7) в следующем составе:

- вторая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции (8), функционально соединенная со вторым управляющим компьютером

- дисплей для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9), функционально соединенный со вторым управляющим компьютером

- база данных результатов проведенных обследований (10), функционально соединенная со вторым управляющим компьютером

- второй управляющий компьютер (11), отличающееся тем, что содержит дополнительно

- блок формирования многооконной информации о параметрах проведения дистанционного тестирования (19) функционально соединенный со вторым управляющим компьютером диагностического центра (7),

- блок дистанционной проверки и коррекции зрительных функций (12) функционально соединенный с первым управляющим компьютером и включающий:

- тестовый монитор для формирования тестовых заданий (13),

- блок контроля параметров тестового монитора (14),

- устройство измерения расстояния пациент-монитор (15),

- устройство фиксации движений глаз пациента (16),

- интерактивный пульт для фиксации ответов испытуемого (17),

- устройство разделения полей зрения левого и правого глаз (18).

Описание изобретения к патенту

Во многих странах мира существуют регионы, в которых, при наличии постоянно проживающего местного населения, отсутствуют специалисты-офтальмологи высокой квалификации, способные к качественному проведению диагностических тестовых офтальмологических процедур. Аналогичные проблемы возможны также в рамках одного крупного населенного пункта, при обследовании пациентов в закрытых учреждениях и т.д. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить качественное дистанционное проведение приборного обследования органа зрения человека, тестирования зрительных функций специалистом требуемой квалификации, проведение и удаленный контроль специализированных офтальмологических развивающих и корректирующих упражнений.

Проблемы, связанные со сложностью дистанционного обследования, в том числе тестирования зрительных функций, связаны со следующими обстоятельствами:

- Необходимостью наличия качественной речевой и видеосвязи специалиста-офтальмолога с объектами удаленно проводимых обследований, в том числе для дистанционного воздействия на процедуру проведения тестирования,

- Необходимостью наблюдения условий и текущих данных проводимых обследований в режиме реального времени или максимально близкого к нему,

- Необходимостью проведения дистанционного контроля за соблюдением стандартных и/или оптимальных условий проведения тестирования, в том числе за соблюдением корректного расстояния от тестируемого пациента до тестового монитора, яркости тестового монитора и т.д.

- Необходимостью, во многих случаях, дистанционного наблюдения за поведением испытуемого, в том числе, за особенностями движений его глаз,

- Необходимостью дистанционного просмотра карты пациента и получаемых результатов, а также результатов, полученных при проведении предыдущих обследований,

- Необходимостью оперативного формирования рекомендаций (рапорта) для удаленного от специалиста пациента непосредственно во время посещения им тестово-диагностического центра,

- Необходимостью одновременного дистанционного контроля за соблюдением комплекса перечисленных выше условий.

До настоящего времени не существовало устройства или технического комплекса, системно решающих перечисленные задачи. Их решение позволит обеспечить получение качественного офтальмологического сервиса людьми в регионах и учреждениях, не располагающих специалистами нужной квалификации, за счет подключения к процессу офтальмологического тестирования и тренировки специалистов требуемой квалификации, находящихся в удалении от места проведения обследования. Изобретение позволит создать специализированное техническое средство нового поколения, результаты внедрения которого будут востребованы различными учреждениями медицинской направленности.

Образцы устройств для тестирования зрительных функций с помощью предъявления специализированных паттернов на экране монитора известны. Известны патенты «Optometric chart presenting apparatus», US 6,244,713 В1 от 12 июня 2001 г.; «Visual acuity examination apparatus», US 6,425,665 B2 от 30 июня 2002 г.; «Optotype presenting apparatus», US 7549751 от 31 января 2008 г. и др., содержащие современные технические решения для качественного предъявления оптотипов в процессе тестировании зрительных функций, однако они не рассчитаны на проведение дистанционных обследований органа зрения человека, в том числе тестирования.

Значительное количество патентов на проведение удаленных обследований было получено по технологии т.н. телемедицины, например американские патенты № № 4761071; 5617157; 5912720; 5943116; 5993001; 6022315; 6027217. Однако технические решения этих патентов просто используют видео/вербальный механизм обратной связи в качестве источника информации о работе диагностического оборудования. Таким образом, технические решения патентов не позволяют получить в автоматизированном режиме комплексную, в том числе цифровую информацию о состоянии органа зрения человека, в том числе таких показателей как тонометрия, рефракция, состояние роговицы и др. Кроме того, устройства подобного типа не предназначены для дистанционной оценки зрительных функций, таких как острота зрения, бинокулярное зрение и т.д.

В качестве прототипа выбран американский патент US 7,520,611 В2 (21.04.2009) «System for vision examination utilizing telemedicine». Метод и система предполагают совместную скоординированную работу диагностического медицинского центра и удаленного диагностического модуля, оснащенного оборудованием, достаточным для проведения ряда диагностических исследований и передачи полученной информации по каналам связи в диагностический центр для квалифицированной обработки полученных результатов и формирования на их основе базы данных. Кроме того, предлагаемое решение предполагает наличие соответствующего интерфейса, обеспечивающего, в том числе, формирование базы данных и возможность получения пациентом результатов проведенного обследования. Заявленное техническое решение позволяет создать условия для дистанционного проведения ряда диагностических приборных обследований в регионах и учреждениях, не обладающих специалистами нужной квалификации.

Однако предложенное техническое решение не позволяет проводить в дистанционном режиме тестирование зрительных функций человека, в том числе остроты зрения и бинокулярных зрительных функций, таких как бинокулярная установка глаз, фория, фузионные резервы, острота стереозрения, анизейкония, а также частотно-контрасной характеристики, цветового зрения, астигматизма и др., которые являются одними из основных показателей качества зрения и без которых корректное заключение специалиста невозможно.

Настоящее изобретение направлено на решение следующей технической задачи:

- Обеспечение условий для качественной удаленной приборной офтальмологической диагностики,

- Повышение точности и достоверности тестирования за счет обеспечения режима дистанционного тестирования пациентов на неограниченном расстоянии для возможности проведения удаленного контроля зрительных функций специалистом требуемого уровня подготовки,

- Расширение возможностей дистанционных исследований показателей зрительного здоровья человека за счет оценки зрительных функций, в том числе остроты зрения, бинокулярного зрения, цветового зрения, высших зрительных функций и т.д. При этом обеспечение возможности дистанционного тестирования зрительных функций обеспечивается за счет комплексного представления специалисту важнейших параметров и условий тестирования в реальном масштабе времени,

- Повышение точности и достоверности результатов дистанционного тестирования лиц различных возрастов за счет автоматизированного обеспечения корректного выбора расстояния тестирования и яркости тестового монитора,

- Повышение точности и достоверности дистанционного тестирования за счет наблюдения и автоматизированной фиксации особенностей движения глаз пациента при проведении тестирования в режиме, близком к режиму реального времени,

- Обеспечение контроля правильности выполнения развивающих и корректирующих упражнений за счет дистанционного контроля движений глаз пациента.

Решение поставленной задачи осуществляется следующим образом:

Устройство и способ дистанционной оценки качества работы зрительного анализатора человека и проведения тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций, все составные элементы которого могут работать как в комплексе, так и по отдельности, включающее блок питания, а также

- Удаленный диагностический модуль в следующем составе:

- Фундус-камера, щелевая лампа, авторефрактометр, тонометр, биомикроскоп, кератометр, функционально подключенные к первому управляющему компьютеру,

- первая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции, функционально подключенная к первому управляющему компьютеру,

- устройство голосового ввода и устройство на основе активного сенсорного экрана, предназначенные для ввода анкетной информации пациентом, функционально подключенные к первому управляющему компьютеру,

- первый управляющий компьютер, соединенный по Интернет-интерфейсу со вторым управляющим компьютером,

- Диагностический центр в следующем составе:

- вторая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции, функционально подключенная ко второму управляющему компьютеру,

- база данных результатов проведенных обследований, функционально подключенная ко второму управляющему компьютеру,

- дисплей для демонстрации данных результатов проводимых обследований в режиме реального времени, функционально подключенный ко второму управляющему компьютеру,

- второй управляющий компьютер, соединенный по Интернет-интерфейсу с первым управляющим компьютером,

согласно изобретению содержит дополнительно

- блок дистанционной проверки и коррекции зрительных функций, в том числе остроты зрения и бинокулярных функций зрения, и др., функционально соединенный с первым компьютерным блоком управления, в следующем составе:

- тестовый монитор для формирования необходимых тестовых заданий для проверки остроты зрения и бинокулярных функций зрения, а также для формирования паттернов упражнений для развития и коррекции бинокулярных и высших зрительных функций,

- блок контроля параметров тестового монитора,

- устройство измерения расстояния пациент-монитор,

- устройство наблюдения и фиксации движений глаз пациента,

- интерактивный пульт для фиксации ответов испытуемого,

- устройство разделения полей зрения левого и правого глаз для обеспечения тестирования бинокулярных функций зрения,

- блок формирования многооконной информации о параметрах проведения дистанционного тестирования и упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций на дисплее для демонстрации важнейших параметров тестирования или упражнений в режиме реального времени, функционально подключенный ко второму компьютерному блоку управления.

При этом блок дистанционной проверки и коррекции зрительных функций обеспечивает предъявление необходимых для оценки зрительных функций человека тестовых оптотипов, формирует видеоряд паттернов, необходимых для проведения упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций, контролирует яркость и равномерность яркости тестового монитора, обеспечивает измерение и индикацию расстояния между тестовым монитором и пациентом, изменяя, при необходимости, в соответствии с замерами расстояния, угловые размеры оптотипов и других тестовых объектов. Блок также обеспечивает фиксацию ответов пациента на тестовые задания, осуществляемые с помощью интерактивного пульта, обладающего необходимыми органами управления, подключенного к первому управляющему компьютеру по проводной или беспроводной связи. Кроме того, блок обеспечивает наблюдение видеофиксации движений глаз пациента при проведении тестирования. Во многих случаях наблюдение за движениями глаз пациента позволяет уточнять диагноз, исключать некорректные результаты при, например, отклонении взора пациента, а в некоторых случаях обеспечивает простейшее тестирование (например т.н. «cover-test»).

Устройство разделения полей зрения левого и правого глаз обеспечивает условия диплопии, необходимые для тестирования и, при необходимости, тренировки бинокулярных функций зрения.

Блок формирования многооконной информации о параметрах проведения дистанционного тестирования на дисплее предназначен для формирования на удаленном информационном дисплее, наблюдаемом специалистом во время проведения дистанционного тестирования в режиме реального времени, всей необходимой для правильной оценки проводимого тестирования информации: сформированный в текущий момент тестовый или тренировочный паттерн, его параметры, расстояние до пациента, расположение его глаз.

Существенно, что модернизированное устройство (и способ) дистанционной оценки характеристик зрительного анализатора человека и проведения тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций может быть реализовано на существующей электронной элементной базе. Так, тестовый монитор для формирования необходимых тестовых заданий для проверки остроты зрения и бинокулярных функций зрения, блок контроля параметров тестового монитора могут быть реализованы на базе стандартных мониторов, например монитора фирмы NEC MultiSync, MD series.,

устройство измерения расстояния пациент-монитор может быть реализовано, например, на базе ультразвукового измерителя расстояния при использовании ультразвуковых датчиков, например, серии 4012 фирмы Parsonics Corp. и управляющего микроконтроллера на базе линейки flash контроллеров Microchip, (см., например, Microchip 2011 Product Selector Guide),

устройство фиксации движений глаз пациента может быть реализовано на базе стандартной компьютерной web-видеокамеры (камер), укрепленной на тестовом мониторе или другим способом и сориентированной таким образом, чтобы фиксировать движения глаз пациента, в том числе с учетом возможных перемещений головы, либо комплексного наблюдения поведенческих особенностей пациента,

устройство для разделения полей зрения левого и правого глаз может быть реализовано, например, на базе поляризационных очков (при использовании варианта тестового монитора с поляризационным экраном для наблюдения т.н. 3D изображений), очков на базе жидкокристаллических затворов или анаглифических очков,

интерактивный пульт для фиксации ответов испытуемого может быть реализован на базе следующих комплектующих элементов: управляющий контроллер - один из современных контроллеров фирмы Microchip, (см., например, Microchip 2009 Product Selector Guide); обеспечение беспроводной связи по протоколу BLUETOOTH на базе стандартных модулей типа WT-12-A фирмы Bluegiga. Вариант конструктивного решения тестового пульта показан на Фиг.2.

Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности проведения комплексного дистанционного обследования органа зрения человека как при помощи приборной диагностики органа зрения человека, так и тестирования зрительных функций и офтальмологических тренинговых упражнений при использовании навыков удаленного специалиста. При этом блок дистанционной проверки и коррекции зрительных функций позволяет проводить тестирование остроты зрения в различных режимах, в том числе при исследовании краудинг-эффекта, при оценке влияния ограниченной экспозиции оптотипов, восприятии оптотипов при сниженной контрастности и/или яркости, различных сочетаний цветов фигуры оптотипа и фона, и т.д., дистанционное тестирование бинокулярных функций, (в том числе бинокулярной установки глаз, фории, фузионных резервов, остроты стереозрения, анизейконии в различных модификациях и др.), астигматизма, частотно-контрастной характеристики, а также упражнений для развития и коррекции бинокулярных и высших зрительных функций человека.

Сущность изобретения поясняется примером конкретной реализации устройства следующими чертежами:

Фиг.1. Структурная схема устройства, где (1) - удаленный диагностический модуль в следующем ставе: фундус-камера, щелевая лампа, авторефрактометр, тонометр, биомикроскоп, кератометр (2); первая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции (3), устройство голосового ввода (4), устройство ввода текстовой документации на основе активного сенсорного экрана (5), первый управляющий компьютер (6); блок дистанционной проверки и коррекции зрительных функций (12) в следующем составе: тестовый монитор для формирования тестовых заданий (13), блок контроля параметров тестового монитора (14), устройство измерения расстояния пациент-монитор (15), устройство фиксации движений глаз пациента (16), интерактивный пульт для фиксации ответов испытуемого (17), устройство разделения полей зрении левого и правого глаз (18),

(7) - диагностический центр в следующем составе: вторая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции (8), дисплей для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9), база данных результатов проведенных обследований (10), второй управляющий компьютер (11), блок формирования многооконной информации о параметрах проведения дистанционного тестирования (19). 20 - среда Интернет.

Фиг.2. Изображение конструктивного варианта тестового пульта -адаптированного детского варианта. На рисунке показан пульт с кнопками, аналогичными предъявляемым на тестовом мониторе оптотипам (Фиг.2а.) и сами эти оптотипы (Фиг.2б).

Фиг.3. Пример рабочего окна предварительной оценки результатов тестирования.

Патентуемое устройство (Фиг.1) содержит несколько согласованно работающих функциональных блоков, соединенных между собой двунаправленными многоразрядными шинами:

удаленный диагностический модуль (1) в следующем ставе: фундус-камера, щелевая лампа, авторефрактометр, тонометр, биомикроскоп, кератометр (2): первая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции (3), устройство голосового ввода (4), устройство ввода текстовой информации на основе активного сенсорного экрана (5), первый управляющий компьютер (6); блок дистанционной проверки и коррекции зрительных функций (12) в следующем составе: тестовый монитор для формирования тестовых заданий (13), блок контроля параметров тестового монитора (14), устройство измерения расстояния пациент-монитор (15), устройство фиксации движений глаз пациента(16), интерактивный пульт для фиксации ответов испытуемого (17), устройство разделения полей зрении левого и правого глаз (18),

диагностический центр (7) в следующем составе: вторая техническая система для обеспечения проведения видеоконференции (8), дисплей для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9), база данных результатов проведенных обследований (10), второй управляющий компьютер (11), блок формирования многооконной информации о параметрах проведения дистанционного тестирования (19).

Все блоки устройства подключены к соответствующим выводам блока питания.

За счет расширенных возможностей устройство может работать в различных функциональных режимах, а также в комбинации этих режимов, основные из которых описаны ниже:

- режим управления процессом тестирования зрительных функций,

- режим управления процессом тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций.

- режим контроля расстояния тестовый дисплей - пациент,

- режим контроля яркостных кондиций проводимого тестирования,

- режим наблюдения положения глаз пациента,

- режим контроля параметров предъявляемых тестовых заданий,

- режим комплексного контроля проведения процесса тестирования,

- режим интерактивного тестирования зрительных функций на заданных расстояниях,

- режим проведения тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций.

- режимы приборной диагностики зрения, аналогичные работе прототипа,

- режим формирования базы данных результатов.

Ниже описаны основные режимы работы устройства.

- режим управления процессом тестирования и/или процессом тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций осуществляется, при необходимости, двумя способами: первый - по видеоконференц-связи при объяснении заданий, поведенческих рекомендациях и в случаях, когда специалиста не устраивает процедура тестирования, информацию о которой он получает с дисплея для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9): соблюдение необходимого расстояния тестирования (обеспечивается устройством измерения расстояния пациент-монитор (15)), уровень внимания к заданиям (обеспечивается устройством фиксации движений глаз пациента (16)) и т.д., второй - путем удаленной настройки режимов тестирования и/или тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций, начала и окончания тестовых и/или тренинговых процедур и т.д. по стандартным или оригинальным алгоритмам удаленного управления первого управляющего компьютера (6) со второго управляющего компьютера (11).

- режим контроля расстояния тестовый дисплей - пациент (измерение расстояния обеспечивается устройством измерения расстояния пациент-монитор (15)). Полученные данные о расстоянии пациент-дисплей показываются на дисплее для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9). Замеренные данные автоматически модернизируют линейные размеры оптотипов для сохранения их угловой величины в тех тестовых заданиях, где это необходимо (например, при тестировании остроты зрения). Этой информацией специалист может пользоваться в соответствии со стратегией проведения тестирования, указывая на необходимость коррекции расстояния по видеоконференц-связи.

- режим контроля яркостных кондиций проводимого тестирования обеспечивается благодаря работе блока контроля параметров тестового монитора. Указанный блок следит за оптимизацией яркости тестового экрана стандартными методами по существующим в текущее время критериям оптимальности (в настоящее время желательные параметры яркости тестового монитора для корректного проведения тестовых процедур офтальмологической направленности изложены, например, в стандарте ISO 8596, second edition, (Ophthalmic optics - Visual acuity testing - Standard optotype and its presentation).

- режим наблюдения положения глаз пациента обеспечивается устройством фиксации движений глаз пациента (16). Фиксируемое в режиме реального времени изображение глаз индицируется на дисплее для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9). Этой информацией специалист может пользоваться в соответствии со стратегией проведения тестирования.

- режим контроля параметров предъявляемых тестовых заданий заключается в следующем: на дисплее для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9) формируется изображение демонстрируемого в настоящий момент тестового задания с указанием его параметров.

- режим комплексного контроля проведения процесса тестирования заключается в одновременном наблюдении в режиме реального времени на дисплее для демонстрации данных результатов проводимых обследований (9) данных о расстоянии монитор - тестируемый, виде и параметрах предъявляемого в текущий момент времени тестового задания, положении глаз тестируемого, общей обстановке в помещении. Подобное информационное изображение формируется благодаря наличию блока формирования многооконной информации о параметрах проведения дистанционного тестирования (19).

- режим интерактивного тестирования на заданных расстояниях проводится с помощью интерактивного пульта для фиксации ответов испытуемого (17), который может работать как в проводном, так и беспроводном режимах. На передней панели пульта расположена группа кнопок с нанесенными на них изображениями оптотипов (например, как в варианте, показанном на Фиг.2).

В процессе тестирования на тестовом мониторе для формирования тестовых заданий (13) формируются оптотипы, удобные для проведения интерактивного тестирования. Формируемые оптотипы либо аналогичны нанесенным на кнопки пульта, либо имеют меняющуюся ориентацию или другой изменяемый параметр, изменение которого можно зафиксировать при нажатии на специфическую кнопку пульта (например, при предъявлении классических оптотипов Ландольта могут быть использованы кнопки с изображением стрелок лево-право-верх-низ). Заданием является правильное распознавание оптотипа или его местоположения и нажатие на соответствующую кнопку пульта. Информация о нажатой кнопке по беспроводной (или проводной) связи передается с интерактивного пульта для фиксации ответов испытуемого(17) на первый управляющий компьютер (6), который использует эту информацию для продвижения работы алгоритма тестирования.

- режим проведения тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций функционально аналогичен режиму интерактивного тестирования с отличием в структуре формируемого задания для пациента (обеспечение тренировочного алгоритма).

- режимы приборной диагностики зрения аналогичны работе прототипа,

- режим формирования базы данных может формироваться на основе современных технологий в соответствии с пожеланиями пользователя.