Установка для исследования реакции глаза на внешние интенсивные засветки Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИИ ГЛАЗА НА ВНЕШНИЕ ИНТЕНСИВНЫЕ ЗАСВЕТКИ

Г.В. Макаричев Научный руководитель - д.т.н., профессор Э.С.Путилин

Рассматриваются технические требования, предъявляемые к установке для исследования реакции глаза человека на меняющиеся условия освещения, включая внешние интенсивные засветки. Предложена и реализована оригинальная схема установки для исследования скорости изменения диаметра зрачка глаза человека при изменении условий внешнего освещения с различной скоростью.

Введение

Оценка диаметра зрачка и поведения глаза в условиях различных уровней освещенности является важной офтальмо-диагностической процедурой. Кроме определения профессиональной пригодности пациента, оценка диаметра зрачка при различных внешних засветках является важной частью предоперационного обследования при рефракционной хирургии. Некорректное определение диаметра зрачка при рефракционой хирургии может привести к потере трудоспособности пациента.

В настоящее время ведущие зарубежные компании-производители офтальмо-диагностического оборудования выпускают приборы близкого назначения (Procyon, NeurOptics, Oasis Medical, Topcon и др.), однако все эти приборы обладают недостатками, ухудшающими достоверность получаемых результатов, и не позволяют проводить комплексное обследование пациентов для определения их профессиональной пригодности. Кроме определения профессиональной пригодности пациента, оценка диаметра зрачка является важной частью предоперационного обследования при рефракционной хирургии. Некорректное определение диаметра зрачка при рефракционной хирургии может привести к потере трудоспособности пациента. В литературе описан случай возмещения страховыми компаниями иска на 5 млн. долларов, поданного пациентом (коммерческим пилотом), утратившим трудоспособность в результате рефракционной операции по некорректным данным измерения диаметра зрачка.

Отечественная промышленность не выпускает устройства для определения реакции глаза на внешние интенсивные засветки, предназначенные для функциональной диагностики состояния органа зрения лиц, управляющих транспортными средствами различного назначения, и работающие в условиях сильно меняющегося освещения.

Таким образом, возникает задача создания установки, позволяющей исследовать реакцию глаза на внешние интенсивные засветки.

Теоретические предпосылки разработки установки для исследования реакции глаза на внешние интенсивные засветки.

Как известно, реакцией глаза на посторонние засветки, в том числе импульсные, является измерение диаметра зрачка и биохимических процессов, проходящих в сетчатке. Скорость реакции глаза на меняющиеся условия освещенности, особенно при перепаде освещенности на несколько порядков, практически не исследованы.

Исследование динамики изменения диаметров зрачков глаз в реальном времени с высоким пространственным и временным разрешением позволит определить профессиональную пригодность лиц, допущенных к управлению транспортными средствами. В зависимости от уровней яркости, при которых работает глаз, функционируют или колбочки, или палочки сетчатки. В соответствии с этим различают дневное, ночное и сумеречное зрение. Дневным зрением называют зрение нормального глаза при адаптации его к уровням яркости большим, чем 2-3 кд/м2. Считается, что в этих условиях начинают действовать в основном колбочки сетчатки, и предметы представляются окра-

шенными. Ночное зрение - это зрение нормального глаза при адаптации его к уровням яркости, меньшим, чем 0,02-0,03 кд/м2. Считается, что в этих условиях начинают действовать, главным образом, палочки сетчатки, и предметы представляются неокрашенными. Максимальная относительная спектральная световая эффективность в этом случае соответствует более короткой длине волны, чем при дневном зрении.

Зрение, которое является промежуточным между дневным и ночным зрением, называется сумеречным. В приведенных определениях введен термин адаптация. Адаптация - это процесс изменения свойств глаза под воздействием яркостных и цветовых стимулов. Кроме того, под адаптацией понимают конечное состояние этого процесса. В частности, говорят о световой или темновой адаптации в зависимости от того, превышает ли яркость несколько кандел на квадратный метр или не достигает нескольких сотых канделы на квадратный метр.

И 1ft

Dfi 0,6 Ofi 0,2

400 500 600 Л,т

Рис. 1. График функции относительной спектральной световой эффективности глаза человека для дневного ( - ) и ночного (—) зрения

Для адаптации к низкому уровню яркости требуется больше времени, чем для адаптации к высокому уровню яркости. По мере пребывания в темноте чувствительность все время возрастает. Для достижения полной чувствительности глаза необходим примерно часовой-полуторачасовой отдых от света. При переходе от дневного зрения к ночному зрению меняется спектральная чувствительность глаза, которая определяется нормализованной функцией относительной спектральной световой эффективности излучения, показанной на рис. 1.

Глаз чувствителен к излучению в диапазоне длин волн с ^=380-780 нм. Максимум функции относительной спектральной световой эффективности У(^) при дневном зрении находится вблизи ^ах=555 нм, а при ночном - смещается к ^тах = 507 нм. Это явление носит название эффекта Пуркинье; оно состоит в уменьшении светлоты красного света по сравнению со светлотой синего света, когда яркости уменьшены в одинаковой пропорции без изменения спектрального состава.

Пороговая чувствительность глаза соответствует работе палочкового аппарата зрения. В состоянии полной темновой адаптации глаз крайне чувствителен и способен реагировать на потоки энергии.

Одной из важнейших характеристик при исследованиях является спектральный состав зондирующего источника освещения. Существующие приборы с близким назначением осуществляют исследования только в широком спектральном диапазоне (белый свет), что не позволяет полностью адекватно определить профессиональную пригодность лиц в реальных условиях и ситуациях. В ряде случаев от точности исследования, позволяющего определить профессиональную пригодность лиц, допущенных к управлением транспорта, зависит здоровье и жизнь большого количества людей. Дальнейший технический прогресс в области комфортности и безопасности управления транспортными средствами невозможен без подобных устройств.

Основными потребителями и предполагаемыми применениями разрабатываемых установок могут быть:

• офтальмологические клиники - для исследований при подготовке к операциям по рефракционной хирургии;

• врачебные комиссии (авто-, аэро-, судо-водительские, специальные) - для определение профессиональной пригодности кандидатов;

• судебно-медицинская и врачебная экспертиза - для анализа причин и обследования участников чрезвычайных ситуаций, аварий и катастроф;

• поликлиники и семейные врачи - комплексные экспресс-исследования органа зрения пациентов с целью назначения поддерживающей терапии;

• фирмы-изготовители транспортных средств различного назначения - оценка корректности функционирования осветительных систем разрабатываемых/производимых транспортных средств.

Рассмотрим требования к установке, позволяющей исследовать реакцию глаза на внешние интенсивные засветки:

• отвечать требования эргономики и безопасности для здоровья испытуемого;

• обеспечивать имитацию широкого диапазона условий освещения, встречающихся в повседневной жизни человека, включая воздействие импульсных источников в условиях дневного, ночного и сумеречного зрения, в том числе в нештатных (экстремальных) ситуациях;

• обеспечивать регистрацию и измерение диаметра зрачка глаза исследуемого пациента в реальном времени, а также сохранение и интерпретацию данных измерений.

Конструкция установки для исследования реакции глаза на внешние интенсивные засветки

Исходя из сформированных требований, была предложена и реализована оригинальная схема установки для исследования реакции глаза на внешние интенсивные засветки. Подход к разработке установки направлен на увеличение достоверности получаемой информации о состоянии органа зрения, его реакции на сильно меняющиеся условия освещения, особенно при переходе от ночного к сумеречному и дневному зрению и обратно. В сочетании с комплексным подходом к импульсным и стабильным во времени источникам излучения с меняющейся во времени по заданному либо случайному закону интенсивностью излучения, имитирующего засветки от встречного транспорта или случайных источников света, и видеосистемами контроля диаметра зрачков глаз, а также программным обеспечением для управления параметрами засветки и анализа результатов измерения положения и диаметров зрачков глаз, этот подход позволяет рассчитывать на высокую адекватность получаемых результатов.

Установка состоит из следующих систем:

• система освещения, представляющая собой импульсные и стабильные во времени источники излучения с меняющейся во времени по заданному, либо случайному закону интенсивностью излучения, которое имитирует засветки от встречного транспорта или случайных источников света;

• система регистрации, включающая ИК-светодиоды подсветки для измерения диаметра зрачка, объектив, формирующий изображение зрачка пациента на черно-белой ПЗС-матрице. Также в системе регистрации присутствует автоматизированный модуль смены светофильтров;

• система управления и обработки данных, состоящая из персонального компьютера со специализированным программным обеспечением для управления источниками освещения и блоком светофильтра, а также для записи видеопоследовательности с ПЗС-матрицы и ее анализа в реальном времени.

Блок-схема взаимосвязи основных деталей и узлов установки приведена на рис. 2.

Управляемый модуль освещения (видимый диапазон)

Измерительный канал освещения (ИК- диапазон)

Цифровой

алгоритм

управления

Цифровой алгоритм Дисплей

Рис. 2. Блок-схема установки

В настоящее время авторами разрабатывается конструкторская документация для изготовления данной установки, проводятся работы по созданию соответствующего программного обеспечения. Ряд дополнительных идей в настоящее время проходит стадию проработки. Технические решения, положенные в основу предлагаемого проекта, подготовлены в виде заявок на полезные модели и изобретения, подаваемые в Российское патентное ведомство.

Заключение

Оценка диаметра зрачка и поведения глаза в условиях различных уровней освещенности является важной офтальмо-диагностической процедурой, критической для определения профессиональной пригодности пациента, а также для рефракционной хирургии. В результате работы выявлены технические требования и разработана оригинальная схема установки для определения реакции глаза на внешние интенсивные засветки. В случае практической реализации, возможно появление уникального прибора, позволяющего проводить комплексное обследование пациентов для определения их профессиональной пригодности.

Литература

1. Сомов Е.Е. Клиническая анатомия органа зрения человека. Учебное пособие. СПб: ПМИ, 1992.

2. Глазные болезни. Под ред. Т.И. Ерошевского, А.А. Бочкаревой. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 1983.

3. Грегори Р.Л. Глаз и мозг. Психология зрительного восприятия. М.: Прогресс, 1970.

4. Урмахер Л.С., Айзенштат Л.И. Офтальмологические приборы. М.: Медицина, 1988.

5. Москалев В.А., Нагибина И.М., Полушкина Н.А., Рудин В.Л. Прикладная физическая оптика. СПб: Политехника, 1995.

6. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М., Мир, 1978.

7. Физиология зрения в нормальных и экстремальных условиях. Проблемы физиологической оптики. Т. 15. Л.: Наука, 1969.