измеритель яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора оператора

Формула изобретения

Измеритель яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора оператора, содержащий пробную очковую оправу, проекционный блок, выполненный в черном коробе, в котором смонтированы электрическая лампа с цоколем и шнуром электропитания, и матовое стекло, установленное в одной из стенок проекционного блока, а предъявитель стимула выполнен в виде тестовых решеток проекционного блока, отличающийся тем, что пробная очковая оправа содержит зафиксированный поляризатор и выполненный с возможностью поворота анализатор с прикрепленным к нему поворотным рычагом и шкалой, причем анализатор вставлен в металлический корпус пробной очковой оправы, поляризатор зафиксирован клеем в металлической крышке, закрепленной на корпусе двумя диаметрально-расположенными винтами, шкала выполнена логарифмической и закреплена на корпусе, на конце поворотного рычага прикреплена стрелка, поляризатор и анализатор изготовлены из стекла с наклеенной поляризующей пленкой, а проекционный блок выполнен с возможностью предъявления тестовых решеток как с прозрачным фоном, так и изображенных на бумаге, и соответствующих пространственным частотам 26,5, 19,6, 3,1, 1,2 и 0,6 цикл/град. при предъявлении с дистанции один метр.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области офтальмологии, в частности для измерения частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора и может быть использовано в обследовании операторов на флоте, в авиации, космонавтике и наземных пультах управления войсками.

Известны следующие устройства-аналоги.

Атлас таблиц: “Пособие по визоконтрастометрии” позволяет предъявлять визоконтрастометрические таблицы, имеющие разную пространственную частоту, различающихся количеством чередующихся черных и белых полос (плавно переходящих одна в другую по синусоидальному закону) и их контрастом, при равномерной освещенности в аппарате Рота с лампой накаливания 150Вт [1]. Недостатками данного устройства являются отраженный характер света от тест-объекта, измерение в процентах зрительной сохранности от среднестатистической нормы, условия пониженной освещенности, снижение качества изображения со временем.

Компьютерная программа “ZEBRA” и компьютерная система "ZEBRA" построены таким образом, что вертикальные и горизонтальные решетки выводятся на монитор компьютера без использования дополнительных устройств [2]. Контраст плавно увеличивается вдоль направления решетки от минимального 0,2% до максимального - 100%, обеспечиваемого данным монитором в принятых фотооптических условиях адаптации (средняя освещенность комнаты 10-12 лк, яркость экрана 40-60 кд/м²). Регистрация осуществляется в виде графика зависимости контрастной чувствительности, равной единице (пороговый контраст), от пространственной частоты решетки, а также график ее сохранности (в децибеллах), показывающий, во сколько раз контрастная чувствительность испытуемого на различных частотах отличается от эталона.

Основными недостатками данного устройства являются низкая окружающая освещенность, дороговизна прибора.

Наиболее близким техническим решением является выбранный в качестве прототипа заявляемого измерителя, прибор определения яркостно-частотно-контрастных (ЯЧК) характеристик глаза человека [3].

Техническое решение устройства-прототипа включает следующие элементы: пробную очковую оправу, обойму для фиксации фильтров перед глазами, двух наборов оптических фильтров одинаковой оптической плотности в количестве 21 штук каждый, проекционный блок, выполненный в виде диапроектора "ЭТЮД-2М" и экрана, на который проецируются решетки разной пространственной частоты.

Прибор обеспечивает монокулярное и бинокулярное обследование в помещении с общей освещенностью 10-15 лк. В приборе предусмотрено 3 дистанции исследования: 5,0 м, 0,7 м, 0,33 м. Пробная очковая оправа обеспечивает оптимальную коррекцию для каждой дистанции. Ослабление оптической плотности в приборе достигается путем удаления фильтров из обоймы, начиная с 21-го светофильтра. Входной стимул определенной пространственной частоты формируется на проекционном блоке в виде решеток, состоящих из чередующихся черных и белых вертикальных или горизонтальных полос с определенным периодом для каждой дистанции (период 2 мм с дистанции 5 м, соответствует пространственной частоте 26,5 цикл/град; 3 мм с 5 м соответствует -19,6 цикл/град; 3 мм с 0,7 м соответствует 3,1 цикл/град; 10 мм с 0,7 м соответствует 1,2 цикл/град; 10 мм с 0,7 м соответствует 0,6 цикл/град). Уровень контрастной чувствительности оценивается по количеству фильтров, достаточных для различения стимула каждой пространственной частоты. Переориентация полос в проекционном блоке является фактором контроля.

Недостатками известного устройства - прототипа является невозможность производить исследование в условиях разной освещенности непосредственно на рабочем месте оператора. Изображение в проекционном блоке тест-объектов проецируется на экран, что не соответствует изображению на экране видеодисплейных терминалов и электронно-лучевых трубок, являющихся самосветящимися, и не вполне описывает условия зрительной нагрузки. Установленные в устройстве дистанции измерения приводят к изменению аккомодации, которая не соответствует “рабочей” аккомодации оператора. Изменение дистанции в процессе работы прибора значительно увеличивает время исследования. Невозможность применения устройства в условиях рабочего места, в связи с необходимостью требуемого расстояния 5,0 м. Установка 21-го фильтра в обойме перед глазом неудобна в использовании и замедляет исследование. По данным фотометрии при установке в обойму более 10 фильтров оптическая плотность отклоняется от логарифмической зависимости и непостоянна в разных комплектах фильтров.

Задача изобретения - повышение эффективности оценки яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора в условиях рабочего места оператора путем измерения порога физиологического контраста офтольморезольвоскопом для разных пространственных частот за счет определения изменений оптической плотности в логарифмических единицах, уменьшения дистанции обследования, сокращения времени измерения, повышения удобства пользования, применения как излученного, так и отраженного света тест-объекта.

Задача изобретения достигается путем адаптации устройства к рабочему месту оператора за счет использования любых условий внешнего освещения, применения как излученного, так и отраженного света тест-объекта, уменьшения дистанции, повышения удобства пользования, сокращения времени исследования.

Измеритель яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора оператора включает пробную очковую оправу, проекционный блок, выполненный в черном коробе, в котором смонтированы электрическая лампа с цоколем и шнуром электропитания, матовое стекло, фиксатор и тестовые решетки. Новизна устройства состоит в том, что он выполнен в виде измеряющего порог физиологического контраста оператора офтальморезольвоскопа, вставленного в пробную очковую оправу, для различных пространственных частот в условиях рабочего места оператора. Офтальморезольвоскоп состоит из металлической крышки корпуса, закрепленной на металлическом корпусе двумя диаметрально-расположенными винтами, и содержит поляризатор, зафиксированный в металлической крышке корпуса клеем, а в металлический собственно корпус вставлен подвижный поворотный анализатор в оправе с поворотным рычагом, прикрепленным путем ввинчивания своего носика к поворотному анализатору, параллельно оси поляризатора. Поворотный анализатор установлен путем поворота поляризатора относительно прорези корпуса, причем на обратный конец поворотного рычага прикреплена стрелка, а на металлическом корпусе офтальморезольвоскопа закреплена логарифмическая шкала для оценки оптической плотности в логарифмических единицах. При этом поляризатор и анализатор изготовлены из стекла с наклеенной поляризующей пленкой. Дополнительно введен предъявитель стимула как самосветящегося, излученного света тест-объекта, так и в отраженном свете соответствующих разным пространственным частотам 26,5; 19,6; 3,1; 1,2; 0,6 цикл/град на дистанции одного метра. При этом сам предъявитель стимула выполнен в виде фиксатора и двух комплектов из шести тестовых черно-белых решеток.

На фиг.1 приведена функциональная схема измерителя яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора оператора. На фиг.2 показана конструктивная схема офтальморезольвоскопа измерителя. На фиг. 3. указаны размеры диаметров и углов основных деталей офтальморезольвоскопа. На фиг.4, 5, 6 приведена фотография экспериментального образца офтальморезольвоскопа измерителя. Измеритель включает в свой состав следующие элементы:

1 - пробную очковую оправу,

2 - проекционный блок,

3 - черный короб,

4 - лампу накаливания с цоколем и шнуром электропитания,

5 - матовое стекло,

6 - фиксатор,

7 - тестовые решетки,

8 - офтальморезольвоскоп,

9 - крышку корпуса,

10 - корпус офтальморезольвоскопа,

11 - винты крепления,

12 - поляризатор,

13 - логарифмическую шкалу,

14 - подвижный анализатор,

15 - поворотный рычаг.

Таким образом, измеритель яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора оператора включает пробную очковую оправу 1, проекционный блок 2, выполненный в черном коробе 3, в котором смонтированы электрическая лампа 4 с цоколем и шнуром электропитания, матовое стекло 5, фиксатор 6 и тестовые решетки 7. Новизна устройства состоит в том, что он выполнен в виде измеряющего порог физиологического контраста оператора офтальморезольвоскопа 8, вставленного в пробную очковую оправу 1, для различных пространственных частот в условиях рабочего места оператора. Офтальморезольвоскоп 8 состоит из металлической крышки 9 корпуса, закрепленной на металлическом корпусе 10 двумя диаметрально-расположенными винтами 11, и содержит поляризатор 12, зафиксированный в металлической крышке 9 корпуса клеем, а на металлическом корпусе офтальморезольвоскопа закреплена логарифмическая шкала 13 для оценки оптической плотности в логарифмических единицах, причем в металлический собственно корпус 10 вставлен подвижный поворотный анализатор 14 в оправе с поворотным рычагом 15, прикрепленным путем ввинчивания своего носика к поворотному анализатору 14, параллельно оси поляризатора 12. Поворотный анализатор 14 установлен путем поворота поляризатора 12 относительно прорези корпуса 10, а на обратный конец поворотного рычага 15 прикреплена стрелка (на фиг.1 стрелка не показана). При этом поляризатор 12 и анализатор 14 изготовлены из стекла с наклеенной поляризующей пленкой. Дополнительно введен предъявитель стимула, как самосветящегося, излученного света тест-объекта, так и в отраженном свете соответствующих разным пространственным частотам 26,5; 19,6; 3,1; 1,2; 0,6 цикл/град на дистанции одного метра.

При этом сам предъявитель стимула выполнен в виде фиксатора 6 и двух комплектов из шести тестовых черно-белых решеток 7.

Измеритель яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора оператора работает следующим образом.

Офтальморезольвоскоп 8 устанавливают в пробную очковую оправу 1. Он состоит из крышки корпуса 9, закрепленной на корпусе 10 двумя винтами 11, со вклеенным в нее поляризатором 12, собственно корпуса 10 с фиксированной клеем логарифмической шкалой 13 и подвижного анализатора 14 в оправе с поворотным рычагом 15. Единицы логарифмической шкалы 13 являются значением оптической плотности. Проекционный блок 3 представляет собой черный короб 4 с размещенной внутри лампой накаливания 220В 50 Гц 60 Вт 5, в одной из стенок которого установлено матовое стекло 5 и фиксаторы 6 для установки тестовых решеток 7 с прозрачным фоном и изображенных на бумаге, соответствующих пространственным частотам 26,5; 19,6; 3,1; 1,2; 0,6 цикл/град при предъявлении с дистанции 1 м.

Проекционный блок 2 устанавливается на рабочем месте на дистанции 1 м от головы обследуемого. Очковая оправа 1, с установленным в ней офтальморезольвоскопом 8, одевается на голову обследуемого. В фиксаторы 6 закрепляется решетка 7 с наибольшей пространственной частотой. Поворотный рычаг 15 выставляется на отметку “17”, что соответствует максимальной оптической плотности офтальморезольвоскопа 8, после чего исследующий поворачивает поворотный рычаг 15, уменьшая оптическую плотность офтальморезольвоскопа 8 до тех пор, пока испытуемый не увидит решетку. Первый раз решетка 7 демонстрируется при заниженной оптической плотности, при этом регистрируется приблизительное значение поворота рычага 15 по шкале 13. После этого 3-4 раза проводится измерение порога, порог соответствует моменту, когда обследуемый впервые “ощутит” появление решетки. Таким же образом производится исследование с остальными решетками, как с прозрачным фоном, так и изображенными на бумаге. При исследовании с применением решетки с пространственной частотой 26,5 цикл/град пороговое значение определяется по среднему из измерений. При исследовании с применением остальных решеток - по повторившимся измерениям - 2-3 раза.

Предложенный проекционный блок 2 позволяет предъявлять тестовые решетки 7 как на фоне самосветящегося экрана, имитирующего изображения на дисплее, так и в отраженном свете. Офтальморезольвоскоп 8, устанавливаемый перед глазом, не ограничивает попадание света в глаз, что обеспечивает адаптацию глаза к любому уровню внешнего освещения. При этом установление неизменной дистанции в 1 м ускоряет исследование, причем эта дистанция соответствует напряжению аккомодации в условиях обычного рабочего места. Таким образом, применение офтальморезольвоскопа 8 сокращает время исследования и повышает удобство в пользовании. Размеры офтальморезольвоскопа 8 соответствуют стандартной пробной очковой оправе 1 из набора пробных очковых стекол, которым оборудовано любое рабочее место офтальмолога, благодаря чему исследование можно проводить в условиях оптимальной коррекции. Логарифмическая шкала 13 обеспечивает точность начальной оптической плотности офтальморезольвоскопа 8 и ее изменения в соответствии с логарифмической зависимостью.

Заявляемый измеритель выполнен в виде действующей модели (фиг. 4). С использованием заявляемого измерителя, устройства-прототипа и атласа таблиц для визоконтрастометрии было проведено обследование 43 человек на рабочих местах в условиях разного освещения: при включенных источниках света и в затемненном помещении. Исследование производилось в начале и в конце рабочего дня непосредственно на рабочих местах операторов. Средняя продолжительность исследования сократилась с 23 минут при использовании устройства прототипа до 13 минут при использовании заявляемого устройства и соответствовало исследованию с использованием атласа таблиц для визоконтрастометрии. При исследовании с атласом таблиц для визоконтрастометрии не удалось выявить разницу в частотно-контрастных характеристиках глаза при изменении условий освещения, а также в процессе зрительной нагрузки. Статистически значимое снижение частотно-контрастных характеристик (р<0,05) было обнаружено при использовании устройства прототипа только в области низких пространственных частот (0,6 цикл/град), тогда как применение заявляемого устройства позволило выявить статистически значимое снижение частотно-контрастных характеристик (повышение порога физиологического контраста) не только в области низкой пространственной частоты (0,6 цикл/град) при освещенном тест-объекте, но и в области средних и низких пространственных частот (3,1-0,6 цикл/град) при самосветящемся тест-объекте.

Пример 1. Оценка ЯЧК характеристик зрительного анализатора с помощью заявляемого измерителя у пользователей видеодисплейных терминалов (ВДТ) сотрудников Учебного центра подготовки экипажей подводных лодок (г. Обнинск) и операторов Главного военного клинического госпиталя им. акад. Н.Н. Бурденко, работающих в диалоговом режиме (6 человек), и занимающихся компьютерной графикой программистов (13 человек) на рабочих местах операторов. Интенсивность светового потока была наибольшей - 34,5% от исходного потока, если оси пластинок поляризатора 12 и анализатора 14 были параллельны, минимальной - 0,7% от исходного потока, если оси пластинок перпендикулярны, а промежуточные значения имеют место при промежуточных положениях пластинок. Пропускающая способность измерялась для длины волны 550 нм, что соответствует максимуму чувствительности глаза. Отсчет проводился по шкале 13 в градусах. По номограмме или по формуле градусы можно было переводить в относительные величины пропускающей способности поляризатора 12. Тестовые решетки 7 созданы с прямоугольным профилем освещенности с учетом значения статической рефракции плюс 1 дптр в созданных диапазонах степени аметропии. Каждому испытуемому предъявляли поочередно тестовые решетки 7, начиная с наиболее высокочастотной. Оценку начинают в условиях максимального затемнения. Изменением положения поворотного рычага 15 измерителя просветляется фильтр до тех пор, пока испытуемый не увидит решетку 7. При этом в пробную очковую оправу добавлялся дополнительный светофильтр с интенсивностью проходящего потока 21% при длине волны 550 нм.

Первый раз решетка 7 демонстрируется при избыточном просветлении и регистрируется приблизительное значение поворота рычага по шкале в градусах. После этого 3-4 раза проводится измерение порога, а сам порог соответствует моменту, когда испытуемый впервые "ощутит" появление решетки 7. При оценке с применением высокочастотной решетки 7 пороговое значение физиологического контраста глаза определяется по среднему из нескольких измерений. При оценке с применением средне- и низкочастотных решеток 7 - по повторившемся измерениям - 2-3 раза.

При включенном свете уровень освещенности на уровне головы составлял 320 лк, а при выключенном свете и освещенном аппарате - 80 лк.

Освещенность ламп накаливания составляла 3000 лк в центре и 1500 лк на периферии. Суточная динамика яркостно-частотно-контрастных характеристик зрительного анализатора у операторов ВДТ оценивалась по критериям: визоконтрастная чувствительность и объем аккомодации.

В течение рабочего дня у операторов ВДТ происходило снижение частотно-контрастной чувствительности глаз, преимущественно в области средних и низких частот. На высоких частотах происходило достоверное улучшение этих характеристик. Измеритель позволял устанавливать зависимость ЯЧК характеристиками и интенсивностью деятельности операторов ВДТ, он также позволял оценивать зрительное утомление операторов ВДТ. К концу рабочего дня у операторов ВДТ происходили достоверные изменения визоконтрастной чувствительности в области средних и низких пространственных частот, как следствие утомления зрительного анализатора. Таким образом, суточная динамика ЯЧК характеристик зрительного анализатора у операторов ВДТ характеризовалась снижением визоконтрастной чувствительности в области средних и низких частот, что вызвано утомлением нервного звена зрительного анализатора. Факт установления визоконтрастной чувствительности к началу рабочего дня доказывает, что утомление носит функциональный характер.

Технико-экономическая эффективность.

Предлагаемое устройство-измеритель позволяет оценить новый показатель - порог физиологического контраста (ПФК), т.е. минимальное значение светового потока, позволяющее различить светлый объект, в условиях данного освещения, путем оценки оптической плотности фильтра, установленного перед глазом. Физиологический контраст есть субъективное различение светлых объектов на темном фоне, в условиях данного освещения. Регистрация ПФК характеризует состояние зрительного анализатора как при работе со светящимися, так и с освещенными объектами в условиях любого освещения, и является более прогрессивным методом по сравнению с оценкой методом яркостно-частотно-контрастных характеристик глаза.

Количественная оценка ПФК осуществляется по степени ослабления исходного светового потока, в зависимости от оптической плотности, т.е. меры непрозрачности слоя вещества для световых лучей, она равна десятичному логарифму отношения потока излучения F₀, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения потока F, прошедшему через этот слой. Созданная логарифмическая шкала 13 представляет ПФК в логарифмических единицах. Часть своего потока (V) в % попадающая в глаз от исходного светового потока, определяется выражением

V=sin² V_рез V_доп,

где - угол поворота рычага резольвосокопа,

V_рез - минимальный световой поток, проходящий через резольвоскоп, равный 34,5 %,

V_доп - световой потек после дополнительного фильтра, равный 21,5%.

На основании расчетных по этой формуле и измеренных резольвоскопом данных можно построить гистограммы, наглядно отражающие изменения разрешающей способности глаз - %-ной части светового потока, попадающего в глаз от походного светового потока, в течение всего рабочего дня на разных пространственных частотах (цикл/град). Таким образом, измеритель позволяет отроить гистограммы различительной способности (яркостно-частотно-контрастных характеристик) зрительного анализатора глаза: по оси ординат №№ фильтров, по оси абсцисс - пространственные частоты от 26,5 до 0,6 циклов/градус.

Источники информации:

1. Волков В.В., Шелепин Ю.Е., Колесникова Л.И. и др. Пособие по визоконтрастропериметрии, - М.: ГВМУ, 1998.

2. Шамшинова А.М., Белозеров А.Е., Шапиро В.М., и др. Новый метод исследования контрастной чувствительности в клинике глазных болезней/УВестн.офтальмол. - 1997-Т. 113, №1.- С.22-25.

3. Александров А.С. Влияние профессиональной деятельности на функциональное состояние зрительного анализатора членов экипажей подводных судов: Дисс.…канд. мед. наук. - М., 1999. - 25с. (прототип).