способ и устройство для измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора (визоконтрастометрии) в скотопических, мезопических и фотопических условиях освещенности

Формула изобретения

1. Способ измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора в скотопических, мезопических и фотопических условиях, включающий следующие действия: предварительно назначают по крайней мере следующие условия проведения измерений: один или более уровень освещенности на уровне глаз испытуемого в направлении стимулов; базовую яркость используемых наборов стимулов и уровня освещенности; предварительно назначают регламент проведения измерений, включающий по крайней мере задание параметров выполнения следующих этапов: подготовки к тестированию, включающая темновую адаптацию, во время которой проводят сбор анамнеза; собственно измерения; контроля расслабленного состояния пациента во время тестирования; обработки результатов как для относительных, так и для абсолютных измерений, выполняют измерения с соблюдением указанных предварительно назначенных условий и назначенного регламента, включающих: подготовку к тестированию, включающую адаптацию к темноте, во время которой проводят сбор анамнеза; собственно измерения путем последовательного предъявления стимулов при разных уровнях освещенности с периодическим контролем расслабления зрения пациента; обработки результатов измерений, причем измерения предпочтительно проводят однонаправлено в части последовательности предъявления стимулов - от менее ярких к более ярким, во избежание влияния возникающих фантомных паразитных возбуждений сетчатки предыдущими стимулами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае необходимости получения более точных результатов тестирования того же испытуемого помещают на разных дистанциях, таким образом изменяя частоты, для которых выполняют измерения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль расслабленного состояния пациента выполняют с заранее назначенной периодичностью.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно назначаемый регламент проведения измерений включает по крайней мере следующие дополнительные этапы: назначают уровень освещенности на уровне глаз в направлении стимулов раздельно для скотопических, мезопических и фотопических условий; каждому уровню устанавливают соответствие фиксированной величины базовой яркости используемых наборов стимулов, причем переход выполняют от низкого контраста к высокому, а за стартовое значение выбирают базовую яркость; при измерении в скотопических и мезопических условиях устанавливают время на адаптацию к темноте 5-10 мин и 2-5 мин соответственно, не реже чем раз в полминуты предлагают пациенту расслабить зрение.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что базовую яркость для скотопических условий принимают равной 0%, для мезопических не более 30%, для фотопических не более 60%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку результатов выполняют отдельно для относительных, нормы и для абсолютных измерений, причем к относительным результатам относят значения пороговой чувствительности на каждой частоте; к норме относят относительные результаты, полученные для пациентов со 100% зрением; к абсолютным результатам относят разницу, выраженную в процентах, между относительными и нормой.

7. Наборы стимулов для измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора в скотопических, мезопических и фотопических условиях для обеспечения возможности проводить измерения в условиях низкой освещенности, отличающиеся тем, что: содержат синусоидальные пространственно-частотные решетки, рассчитанные «реверсным» способом; каждый набор стимулов состоит из образцов по крайней мере 6 частот, для каждой из которых рассчитаны варианты представления, градуированные по яркости в цветовой схеме HSB от 1 до 100% с шагом, выбранным в интервале от 0,5 до 2%; пространственно-частотные стимулы с синусоидальным изменением амплитуды яркости выполнены в представлении, имитирующем объемные предметы; стимулы для каждого шага яркости выполнены в виде четырех вариантов, каждый из которых имеет одинаковый угол поворота от вертикальной или от горизонтальной оси, с целью устранения зависимости от искажений при точечном способе формирования изображения; стимулы для измерений контрастной чувствительности в скотопических/мезопических условиях выполнены с имитацией формы «тороид» выполнены таких размеров, что отображения элементов стимула на сетчатке соответствуют геометрическому распределению рецептивных клеток сетчатки, активных в условиях низкой освещенности; стимулы для измерений контрастной чувствительности в скотопических/мезопических условиях выполнены с имитацией формы «тороид-звезда» выполнены таким образом, чтобы обеспечить независимость от угловых предпочтений зрительного анализатора в альтернативном представлении; стимулы для измерений контрастной чувствительности в скотопических/мезопических условиях выполнены с имитацией формы «тороид-звезда-Ландольт» выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность равноценного выбора одного из восьми вариантов при полной независимости от угловых предпочтений зрительного анализатора, а также от способа формирования изображения, причем результатом выполнения «реверсного» способа расчета является корректное изображение решетки, любого размера.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области офтальмологии, в частности к оптометрии, и предназначено для измерения с высокой точностью контрастной чувствительности зрительного анализатора человека во всем диапазоне уровней освещенности.

Уровень техники

Использование для измерения контрастной чувствительности стимулов в виде элементов пространственно-частотных решеток с синусоидальным изменением яркости впервые отражено в патенте США "Spatial frequency and contrast sensitivity test chart" (US Patent № 4365873, December 28, 1982, Ginsburg).

Изобретение представляет собой таблицы из пространственно-частотных стимулов, сгруппированных в ряды по дискретным частотам, со ступенчатым (8 шагов) убыванием контрастности стимулов вдоль рядов. Пациенту предъявляют таблицу, где изображены ряды стимулов с выбором из 3 вариантов ориентации стимула - с наклоном -15°, 0° и 15° к вертикали. Пациент называет ориентацию стимула с наименьшей контрастностью, которую он в состоянии различить, на каждой из 6 частот. Результат представляет собой зависимость пороговой чувствительности зрительного анализатора от пространственной частоты предъявляемых стимулов.

Недостатками изобретения являются:

- низкая точность измерений пороговой контрастной чувствительности (всего лишь 8 шагов);

- не описанный и не регламентированный способ формирования изображения стимулов, что является источником ошибок, связанных с графическим качеством стимулов;

- зависимость результатов измерений от угловых предпочтений зрительного анализатора (например, астигматизма), что резко снижает точность измерений даже при незначительных патологиях такого рода;

- несогласованность яркости фона со средней яркостью стимулов в таблице.

Отечественные способы визоконтрастометрии используют для измерения контрастной чувствительности аналогичные методики тестирования и похожие наборы стимулов (Шелепин Ю.Е. Колесникова Л.Н. Левкович Ю.И. «Визоконтрастометрия. Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы». Л. Наука. 1985. с.85).

Теоретические положения этого источника легли в основу практического использования синусоидальных пространственно-частотных стимулов для стимуляции контрастной чувствительности, зафиксированного в патенте РФ № 2003313 «Способ повышения различительной способности глаза» (1995.10.20. Мурашкин А.А., Ненахов О.В.). Стимулы, используемые в указанных источниках, наследуют недостатки предыдущих аналогов, а именно:

- низкое качество формируемого изображения стимула в части базовой пространственно-частотной решетки;

- зависимость результатов от степени астигматизма;

- непринятие во внимание влияния зависимости субъективно воспринимаемой контрастности стимулов от уровня внешней освещенности.

Дальнейшее развитие этого изобретения зафиксировано в патенте США "Spatial frequency and contrast sensitivity test chart and protocol" (US Patent № 5500699, March 19, 1996, Ginsburg). Автор устранил часть существенных недостатков, таких как несогласованность яркостей фона и стимулов, и отметил некорректность сравнения вертикальных и наклонных стимулов между собой, однако в качестве решения избрал отказ от наклонных стимулов с соответствующим уменьшением выбора пациента до 1 из 2 вариантов. Теперь при проведении теста пациент сравнивает настоящий решетчатый стимул и похожий на него монотонный образ, что неминуемо влечет непреднамеренные ошибки в определении, не поддающиеся проверке. При изначально низкой точности измерений такие ошибки делают результаты заведомо недостоверными. Недостатками изобретения являются:

- низкая точность измерений пороговой контрастной чувствительности (всего лишь 8 шагов);

- недостаточный (1 из 2) выбор вариантов для пациента;

- зависимость результатов от степени астигматизма;

- не регламентированные условия внешней освещенности при измерениях, что является источником ошибок, связанных с непредсказуемостью зависимости субъективной (для пациента) воспринимаемой контрастности стимулов от внешнего освещения.

Патент РФ № 2127543 «Способ оценки светорассеяния в оптических средах глаза» (2000.08.22. Белозеров А.Е., Шамшинова A.M., Эскина Э.Н.). Предлагаемый авторами способ заключается в оценке светорассеяния путем измерения контрастной чувствительности по синусоидальным пространственно-частотным решеткам.

Способ заключается в следующем: на черном фоне экрана предъявляют стимулы, которыми служат ахроматические, а также красные, зеленые и синие решетки в диапазоне пространственных частот 0,5-22 цикл/град с контрастом от 0,2 до 100%. Расстояние до экрана - 1,8-2,4 м в зависимости от размеров монитора. В пределах решетки цветовой тон и насыщенность поддерживают постоянными, а яркость меняют по синусоидальному закону. При этом средняя яркость решеток одинакова для всех пространственных частот и не изменяют при изменении контраста. Для каждой пространственной частоты контрастную чувствительность определяют как величину, обратную пороговому контрасту различения решетки. По результатам исследования строят кривые пространственной контрастной чувствительности и кривые их отклонения от нормы.

Недостатками способа являются:

- отсутствие вариабельности стимулов (При тестировании приходится полагаться на добросовестность ответов пациента, проверить которые невозможно. Непреднамеренные ошибки пациента в определении порога контрастной чувствительности, связанные с определением фантомных образов, также не поддаются проверке. Это влечет грубые ошибки несистемного характера, которые не поддаются учету/корректировке.);

- бесступенчатый характер изменения контрастности (Плавное изменение контрастности затрудняет определение пациентом порога различения стимула. Результат - ошибки измерений случайного характера и величины.);

- изменение контрастности «сверху-вниз» (Во время тестирования пациент видит вначале высококонтрастное изображение стимула, которое плавно переходит в низкоконтрастное. При этом пациент напряженно следит за исчезновением образа, пытаясь точно определить порог. Это напряжение неизбежно приводит к утомляемости зрения и, как следствие, к возникновению фантомных образов, которые добросовестно принимают за реальные, что приводит к непредсказуемым ошибкам определения порога контрастной чувствительности как в одну, так и в другую сторону.);

- базовая «серая» яркость монитора (Под базовой яркостью понимают предел, к которому стремится как яркая, так и темная компонента пространственной решетки. Эта базовая яркость отражает усредненные условия освещенности, для которых измерение контрастной чувствительности можно считать корректным. Измерения от «серой» яркости не характеризуют достоверно ни фотопическую контрастную чувствительность (при хорошем освещении), ни мезопическую (сумеречную) и соответствуют лишь узкому диапазону реальной освещенности пасмурного зимнего дня. Эти условия не являются типичными для человека, это сильно снижает практическую ценность измерений и позволяет поставить под сомнение выводы о качестве зрения в условиях более типичных.);

- не учитывают влияние на результаты измерений угловых предпочтений зрительного анализатора (например, астигматизма).

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ того же назначения, содержащийся в патенте США "Astigmatic axis independent spatial frequency and contrast sensitivity target and method" (US Patent № 7354155/ April 8, 2008, Holladay).

В патенте заявлены способ измерения контрастной чувствительности и соответствующие наборы стимулов. Наборы включают параллельные синусоидальные пространственно-частотные стимулы с вариабельностью наклона «1 из 4», «1 из 6», ориентационно-независимые синусоидальные стимулы типа "bull-eye" (то есть в виде концентрических кругов с радиально изменяющейся яркостью в соответствии с синусоидальным законом) и буквенные оптотипы, составленные из полос, каждая из которых имеет ширину, равную половине синусоиды, соответствующей конкретной величине пространственной частоты. Делается упор на решение проблемы зависимости результатов измерений от уровня астигматизма пациента.

Способ измерений с применением параллельных стимулов состоит в использовании вариабельности стимулов для определения пороговой контрастной чувствительности путем предъявления пациенту для опознания стимулов разной частоты и амплитуды яркости, причем на каждом шаге предъявляют взаимно перпендикулярно ориентированную пару стимулов с целью исключить влияние астигматизма на результаты измерений.

Способ измерений с применением стимулов типа "bull-eye" состоит в предъявлении пациенту стимулов разной частоты и амплитуды яркости вперемежку с монотонными стимулами усредненной яркости в качестве контроля различения либо в смене частоты стимулов с вопросом к пациенту, уменьшилась или увеличилась частота стимула по сравнению с предыдущим. В обоих случаях получают вариабельность «1 из 2».

Способ измерений с применением стимулов типа буквенных оптотипов состоит в опознании пациентом букв при минимальной синусоидальной амплитуде яркости буквенных примитивов.

Изобретению присущи следующие недостатки:

- стимулы имеют плоский вид и четкие границы, что приводит к ошибкам измерений на высоких частотах вследствие влияния границы стимула на восприятие низкоконтрастного целевого изображения;

- не определена точность измерений пороговой контрастной чувствительности (Авторы оперируют понятием «множественный выбор», не уточняя многообразия и размера шага изменения амплитуды яркости);

- для увеличения достоверности измерений авторы патента идут по пути увеличения вариабельности стимулов, демонстрируя их под разными углами наклона, а именно: выбор 1 из 4 (-45°, 0°, 45° и 90° к вертикали) и выбор 1 из 6 (-60°, -30°, 0°, 30°, 60° и 90° к вертикали) (Однако результат формирования изображения пиксельным способом приводит к заметно разным результатам для одного и того же стимула, наклоненного под разными углами. Влияние этого фактора игнорируют, что делает неизбежными серьезные ошибки измерений.);

- в случае применения стимулов типа "bull-eye", отображение последних не зависит от пиксельного алгоритма, однако вариабельность теста низкая («выбор 1 из 2») (При тестировании приходится полагаться на добросовестность ответов пациента, а также закрывать глаза на его непреднамеренные ошибки, связанные с определением «фантомных» образов решеток, а не предъявляемых реально, что снижает достоверность и точность измерений.);

- не определены условия внешней освещенности при проведении измерений (Между тем освещенность фона, занимающего большую часть поля зрения, чем поле стимулов, имеет высокое влияние на субъективно воспринимаемую контрастность стимулов. Отсутствие регламента на уровень внешнего освещения влечет грубые ошибки измерений по неучтенному фактору сильного влияния и, кроме того, делает невозможным сравнение измерений, сделанных в разных условиях.);

- тест предназначен для определения контрастной чувствительности при некоем усредненном базовом уровне яркости, недостаточно хорошо соответствует фотопическим условиям, плохо соответствует мезопическим условиям и совершенно непригоден для применения в скотопических условиях.

Способ, раскрытый в патенте США № 7354155, взят в качестве прототипа.

Известные способы и устройства (стимулы и наборы стимулов) не позволяют достичь заявленного технического результата, а для некоторых режимов, таких как, например, произведение измерения при скотопических условиях, вообще непригодны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Изобретение состоит из:

- способа проведения измерений, включающего регламент подготовки пациента к тестированию, регламент процедуры тестирования и способы представления результатов;

- наборов оригинальных стимулов, применяемых для реализации указанного способа.

Сущность способа состоит в последовательном предъявлении пациенту стимулов при разных условиях освещенности.

Наборы стимулов реализованы на основе пространственно-частотных решеток с синусоидально изменяющимся градиентом яркости, с пошаговым увеличением амплитуды яркости стимулов - до порога отчетливого различения стимула пациентом.

Условия освещенности, при которых производят измерения, разделены на скотопические (0÷5 Lux), мезопические (10÷40 Lux) и фотопические (400÷700 Lux). Для каждого из названных вариантов разработан соответствующий оригинальный набор стимулов.

Техническими результатами изобретения являются:

- повышение точности измерений;

- более высокая повторяемость результатов измерений;

- возможность измерения как относительной, так и абсолютной контрастной чувствительности;

- сравнимость измерений, проведенных на разном оборудовании;

- достижение принципиальной возможности измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора в скотопических условиях;

- сопоставимость измерений в скотопических, мезопических и фотопических условиях между собой (благодаря единому алгоритму измерений и универсальным наборам стимулов);

- возможность комплексной оценки интегрального качества зрения.

ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

На фиг.1а изображено некорректное отображение расчетного образа.

На фиг.1в изображено различие между отображением одной и той же линии под разными углами (1- несравнимо; 2 - сравнимо).

На фиг.1с изображены сопоставимые изображения, имеющие одинаковые углы наклона к вертикальной либо к горизонтальной оси.

На фиг.2а изображены примеры плоских стимулов из ранее описанных аналогов.

На фиг.2в изображены примеры плоских стимулов из ранее описанных аналогов.

На фиг.3 изображен пример стимулов объемного типа

На фиг.4 изображен пример эффективного стимула в трехмерном отображении - в форме тороида.

На фиг.5 изображен пример стимулов объемного типа «тороид».

На фиг.6 изображен пример стимула типа «тороид-звезда».

На фиг.7 изображен пример стимулов типа «тороид-звезда-Ландольт».

На фиг.8 приведены типичные результаты измерений/ проведенных предлагаемым способом.

На фиг.9 приведен типичный пример сводных результатов измерения относительной и абсолютной контрастной чувствительности, а также кривая, характеризующая «норму» контрастной чувствительности для данного комплекта оборудования.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Задачами изобретения являются:

- принципиальная техническая реализация возможности измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора в скотопических условиях;

- разработка универсального способа (включая разработку технического обеспечения) измерения контрастной чувствительности зрительного анализатора в любых условиях освещения;

- разработка подхода (включая разработку технического обеспечения), обеспечивающего существенное повышение точности измерений контрастной чувствительности/ повторяемость результатов, а также сопоставимость результатов измерений, проведенных на разном оборудовании.

В настоящее время остроту зрения считают основной характеристикой для оценки состояния зрения пациента. Однако остроту зрения измеряют при фотопических условиях освещенности, редко - при мезопических. В скотопических условиях измерение остроты зрения невозможно, вследствие того, что в этих условиях соответствующие рецептивные клетки сетчатки (колбочки) неработоспособны. И оценка в этих условиях качества зрения вообще крайне затруднительна.

Контрастную чувствительность сегодня признают важнейшей характеристикой интегрального качества зрения. Более того, само понятие «острота зрения» в принципе является лишь частным случаем понятия «контрастная чувствительность».

Одним из преимуществ контрастной чувствительности как универсального показателя качества зрения является то, что существует возможность ее измерения во всем диапазоне освещенности.

Перспективность, универсальность и практическая ценность исследований контрастной чувствительности для диагностических целей определили направление усилий по данному изобретению, техническими результатами которого являются:

- существенно более высокая точность измерений контрастной чувствительности;

- существенно более высокая повторяемость измерений контрастной чувствительности;

- возможность производить измерения как относительной контрастной чувствительности, так и абсолютной (сравнение с «нормой»);

- сопоставимость измерений контрастной чувствительности, проведенных на разном оборудовании;

- сопоставимость измерений контрастной чувствительности в скотопических, мезопических и фотопических условиях;

- возможность комплексной оценки интегрального качества зрения.

Технический результат достигают за счет того, что:

1. Измерения проводят по принципу строгой однонаправленности последовательности предъявления стимулов - от менее ярких к более ярким, во избежание влияния возникающих фантомных паразитных возбуждений сетчатки предыдущими стимулами.

2. Измерения производят по фиксированному регламенту, включающему стадии подготовки к тестированию (темновая адаптация, во время которой собирают анамнез по оригинальному опроснику), собственно измерения, отличающиеся контролем расслабленного состояния пациента, и способ обработки результатов как для относительных, так и абсолютных измерений.

3. Предусмотрена возможность проведения тестирования одного и того же испытуемого на разных дистанциях, позволяющая увеличить количество точек замеряемых частот.

4. Расчет синусоидальных пространственно-частотных решеток, являющихся основой для создания стимулов, производят «реверсным» способом: от фиксированного попиксельного расчета примитива решетки - к последующему расчету соответствующей частоты.

5. Оригинальные пространственно-частотные стимулы с синусоидальным изменением амплитуды яркости имеют имитацию объемного (3D) представления.

6. Стимулы имеют жесткий выбор 1 из 4 вариантов, каждый из которых имеет одинаковый угол наклона к вертикальной или горизонтальной оси - с целью ликвидации зависимости графического образа от пиксельного способа формирования изображения.

7. Стимулы для измерений контрастной чувствительности в скотопических/мезопических условиях имитируют форму «тороид» с выбором синусоидальной пространственной частоты.

8. Стимулы для измерений контрастной чувствительности в скотопических/мезопических условиях имитируют форму «тороид-звезда» с выбором синусоидальной пространственной частоты.

9. Стимулы для измерений контрастной чувствительности в скотопических/мезопических условиях имитируют форму «тороид-звезда-Ландольт» с выбором синусоидальной пространственной частоты.

10. Заданная точность измерений обеспечена за счет фиксированного шага изменения амплитуды яркости, имеющего обоснованно низкую величину - с учетом ограничений, налагаемых факторами продолжительности тестирования и утомляемости зрения пациента.

11. Проведение измерений производят в жестко регламентируемых условиях, таких как фиксированный уровень освещенности на уровне глаз испытуемого в направлении стимулов, согласованность базовой яркости используемых наборов стимулов и освещенности и т.п., отличных от закрепленных в существующих в оптометрии методик и стандартов.

Реализация заявленного способа и стимулов, а также иллюстрации обработки результатов приведены на фиг.1-9.

Заявляемый способ состоит в следующем.

Процедура предлагаемого способа измерения контрастной чувствительности состоит в предъявлении пациенту последовательности стимулов раздельно для каждой частоты, с увеличением амплитуды яркости стимула по шкале HSB от 1% до 100% с шагом 1%, пока пациент не опознает однозначно стимул и его характерный признак вариабельности. Шаг амплитуды яркости, на котором происходит однозначное опознание стимула, фиксируют как пороговое значение контрастной чувствительности зрительного анализатора для данной частоты и заданных условий освещенности. Набор пороговых значений для различных частот определяет зависимость контрастной чувствительности от частоты предъявляемых стимулов и служит в дальнейшем характеристикой качества зрения исследуемого пациента для заданных условий. Набор таких данных, измеренных в различных условиях - скотопических, мезопических и фотопических - характеризует качество зрения испытуемого во всем диапазоне условий освещенности.

Важной особенностью предлагаемого способа измерений является сопоставимость измерений контрастной чувствительности в скотопических, мезопических и фотопических условиях благодаря универсальному алгоритму измерений, одинаковому для всех условий.

Измерению контрастной чувствительности в условиях пониженной освещенности предшествует фаза темновой адаптации, которая закреплена в регламенте тестирования. Это непременное условие для того, чтобы обеспечить стабильность (повторяемость) результатов измерений.

Способ предполагает, что во время темновой адаптации производят сбор анамнеза, с одновременным расслаблением пациента относительно предстоящего тестирования с целью снять переконцентрацию внимания и предотвратить излишнюю утомляемость во время тестирования.

Измерения проводят в три круга, каждый из которых включает испытания контрастной чувствительности на всех 6 частотах. Результаты трех замеров, различающиеся не более чем ±2%, считают достоверными, если различие выше -предпочтительно сделать контрольное измерение.

На Фиг.8 приведены типичные результаты измерений, проведенных по предлагаемому способу. Здесь представлена зависимость относительной контрастной чувствительности от частоты стимулов.

Понятие «относительная» отражает зависимость результатов измерений от таких параметров, как тип монитора, его базовые характеристики, состояние, текущие настройки яркости/контрастности и т.п. Даже точное следование регламенту тестирования в части настройки оборудования не снимает зависимости результатов от оборудования.

Для того чтобы избавиться от этой зависимости, способ предусматривает накопление для каждого комплекта оборудования, используемого для измерений, собственной базы данных измерений контрастной чувствительности пациентов со 100% зрением. Это результаты измерений пациентов, как правило, в возрасте от 19 до 22 лет, не имеющих никаких явных патологий зрения и демонстрирующих остроту зрения не ниже чем 1,0. На основании достаточного количества таких измерений (не менее 10 человек, рекомендовано 20 и более) строят кривую, характеризующую «норму» 100% контрастной чувствительности здорового зрительного анализатора.

Снабдив любой комплект оборудования таким инструментом, в последующих измерениях можно сравнивать относительные измерения с «нормой» и, таким образом, перейти к понятию «абсолютная» контрастная чувствительность, которая избавлена от зависимости от особенностей конкретного оборудования. Такие результаты, полученные на разном оборудовании, считают обоснованно сравнимыми между собой.

На Фиг.9 приведен типичный пример сводных результатов измерения относительной и абсолютной контрастной чувствительности, а также кривая, характеризующая «норму» контрастной чувствительности для данного комплекта оборудования.

Понятие «пространственная частота стимула» (или количество циклов в одном градусе угла зрения) имеет смысл только в жесткой привязке геометрии стимула к дистанции, с которой производят его предъявления. Так, например, основная расчетная дистанция предъявления для описанных выше стимулов составляет 4,6 метров.

В случае уменьшения указанной дистанции для тех же стимулов частота пропорционально уменьшится (т.е. в одном градусе угла зрения помещается меньше циклов изменения яркости - пропорционально изменению дистанции).

Предлагаемый способ дает возможность использования этого эффекта для еще большего (при необходимости) увеличения точности измерений или для контроля результатов измерений, если их достоверность вызывает сомнения.

Заявляемый способ в части расчета изображения стимулов состоит в следующем.

В настоящее время расчет изображения синусоидального пространственно-частотного стимула производят от заданной частоты. Для этой частоты математически рассчитывают параметры графического образа, который затем отображают на мониторе (или воспроизводят на «твердом» носителе). Результат расчета накладывают на фиксированную пиксельную структуру монитора, не сопряженную с частотами. Следствием этого является некорректное отображение расчетного образа/ особенно на высоких частотах (Фиг.1А).

Для заведомо корректного отображения расчетного образа разработан «реверсный» способ расчета. Способ включает следующие шаги:

- Ориентировочное определение количества точек (пикселов), приходящееся на половину цикла синусоиды целевой частоты. Например, для целевой частоты 20 цикл/град, монитора размером 21 с разрешением 1280×1024 и расстояния 4,5 метров, на каждый цикл приходится примерно 13,78 точек (пикселов).

Если разложить синусоидальное распределение яркости на такое дробное количество точек (пикселов) - циклы будут отображены некорректно. Для того чтобы этого избежать, принимают ближайшее целочисленное значение (14 точек (пикселов) на цикл, или 7 - на половину цикла).

- Рассчитывают элементарный кусок решетки (примитив), исходя из целочисленного количества пикселей на половину цикла.

- Строят единичный цикл на базе элементарного куска.

- Дублируют полученный цикл, заполняя экран.

- Вычисляют, какой в точности частоте соответствует полученная решетка (в рассматриваемом примере - 18,92 цикл/град).

- При обработке результатов измерений используют размер реальной частоты.

Расчет объемного представления стимулов производят, преимущественно, с применением программных продуктов Autodesk путем наложения расчетной синусоидальной текстуры на нужный трехмерный объект с последующей визуализацией сцены (рендеринг), с обязательной проверкой полученного изображения на предмет сохранения синусоидального характера изменения амплитуды яркости в центральной/осевой зоне изображения.

Примеры плоских стимулов из ранее описанных аналогов приведены на Фиг.2А и Фиг.2В. Примеры стимулов объемного типа приведены на Фиг.3, Фиг.5, Фиг.6 и Фиг.7.

Прямоугольно-пиксельный алгоритм формирования изображения накладывает специфические ограничения на возможность наклона/вращения графического образа стимула. На Фиг.1В показано (при относительно небольшом увеличении) явное различие между отображением одной и той же линии под разными углами. Чертеж иллюстрирует очевидно некорректное распределение яркости точек (пикселов) в случае произвольного наклона/вращения образа стимула, что ведет к нарушению корректности отображения пространственно-частотных параметров и к неизбежным ошибкам измерений.

Сопоставимыми могут быть признаны лишь изображения, имеющие одинаковые углы наклона к вертикальной либо к горизонтальной оси (Фиг.1C). Например, сопоставимы стимулы под наклонами -45° и +45°, или -17° и +17°, или 12° и 78°. Напротив, несопоставимы стимулы под наклонами 0° и 45°, или 30° и 45°, активно используемые в ближайшем аналоге.

Наше решение - отказ от некорректного сопоставления и принятие 4 фиксированных углов наклона стимулов -75°, -15°, +15° и +75°. Это обеспечивает достаточно высокую вариабельность стимулов (выбор «1 из 4») при одновременном исключении зависимости от влияния фактора угловых предпочтений зрительного анализатора пациента (например, астигматизма).

В условиях низкой освещенности использование стимулов общепринятого дизайна (круговых) неэффективно в силу неравномерного распределения на сетчатке рецептивных клеток. Так, насыщенность палочек изменяется от нулевой в центре макулярной зоны до максимальной - в кольцевой зоне с отклонением ориентировочно 10° от осевой линии. Эффективный стимул, соответствующий этим параметрам, тоже имеет форму кольца или в трехмерном отображении - форму тороида (Фиг.4), причем размер отображения стимула на сетчатке соответствует геометрическому распределению плотности рецептивных клеток сетчатки, активных в условиях низкой освещенности.

При этом сохраняется возможность нанесения на тороид синусоидальной пространственно-частотной текстуры высокого качества, в соответствии с принципами, изложенными в п.3 настоящего раздела.

Пример набора базовых стимулов типа «тороид» приведен на Фиг.5.

Следующий предлагаемый тип стимулов, представляющий собой дальнейшее развитие подхода, не имеет аналогов и обеспечивает уникальное сочетание абсолютной независимости от угла наклона и равномерное распределение пространственно-частотной характеристики по кольцу. Образец стимула «тороид-звезда» представлен на Фиг.6, может быть использован как прямая альтернатива стимулу типа "bull-eye", но имеет гораздо более важную перспективу в качестве прототипа для стимулов, описанных в следующем пункте.

Тип стимула «тороид-звезда» открыл возможность скрестить пространственно-частотные стимулы с одним из самых надежных офтальмологических оптотипов - кольцом Ландольта. В результате получен уникальный тип стимулов «тороид-звезда-Ландольт», обеспечивающих недосягаемую ранее возможность абсолютно равноценного выбора 1 из 8 вариантов - при полной независимости от угловых предпочтений зрительного анализатора (например, от астигматизма), а также от способа формирования изображения.

Набор базовых стимулов типа «тороид-звезда-Ландольт» приведен на Фиг.7.

Этот тип стимулов обеспечивает максимально достижимую на сегодня точность и надежность результатов измерений контрастной чувствительности.

Заявляемое техническое решение в части составления наборов стимулов состоит в следующем.

Каждый набор состоит из 600 стимулов: для 6 частот (например; 2, 3, 5, 8, 12 и 20 цикл/град) реализовано по 100 вариантов каждого из 6 базовых стимулов, с последовательным увеличением амплитуды синусоидальной яркости В=1%÷100% (по шкале HSB), с шагом 1%.

Такой выбор обеспечивает высокую точность измерений (в 8÷12 раз выше, чем в большинстве рассмотренных аналогов) при приемлемом суммарном времени тестирования (тест в три круга по 6 частотам занимает ориентировочно 15 минут, включая время темновой адаптации).

Заявляемый способ в части способа проведения измерений и использования результатов состоит в следующем.

Уровень освещенности помещения, в котором производят тестирование, оказывает чрезвычайно сильное влияние на результаты измерений контрастной чувствительности. Это влияние обусловлено целым рядом факторов, таких как, например, размер зрачка, определяющий, в какое мере задействована в формировании ретинального изображения периферическая зона хрусталика, имеющего оптические характеристики, отличные от центральной его части; или относительной яркости стимулов и бэкграунда (фона), попадающего в поле зрения испытуемого, поскольку именно по яркости фона самопроизвольно автонастраивается контрастная чувствительность зрительного анализатора. Отсутствие регламента условий измерения контрастной чувствительности или несоблюдение такого регламента, или подмена специализированного регламента стандартными условиями, предназначенными для проверки, например, остроты зрения, делает недостоверными результаты измерения и некорректным сравнение результатов измерения в различных (заведомо неопределенных) условиях.

Условия освещенности, при которых производят измерения по настоящему изобретению, разделены на скотопические (0÷5 Lux), мезопические (10÷40 Lux) и фотопические (400÷700 Lux). Для каждого из названных вариантов разработан соответствующий оригинальный набор стимулов.

Замеры освещенности производят с помощью люксметра, имеющего достаточно высокую точность измерений, особенно при низком уровне освещенности. Авторами использовался люксметр Meterman LM631. При измерении освещенности чувствительный элемент люксметра должен быть расположен на уровне глаз пациента и ориентирован в направлении демонстрируемых стимулов.

Необходимые дополнительные комментарии.

Предложенный способ позволяет производить измерения во всем диапазоне освещенностей - от скотопических до фотопических. При этом процедура подготовки к измерениям, собственно процедура измерений и процедура обработки результатов составляют неотъемлемую часть заявленного способа измерений. Отклонения от заявленной процедуры не означают, что измерения не могут быть осуществлены по заявленному способу, однако эти отклонения повлияют на такие ключевые отличия настоящего изобретения, как точность измерений контрастной чувствительности, их повторяемость и сопоставимость.

Согласно заявленному способу, измерения можно производить при любом уровне освещенности. Каждому уровню освещенности задают соответствующий уровень базовой яркости наборов стимулов: при скотопических условиях базовая яркость низкая, при фотопических - высокая. Соответственно, прежде чем начать собственно измерения, необходимо задать стартовые условия: уровень освещенности и (как следствие) базовую яркость оптотипов.

Измерения можно производить как при одном уровне освещенности, так и при нескольких. В первом случае объект измерений - абсолютная контрастная чувствительность при заданных условиях освещенности (например, при скотопических), а во втором случае объект измерений - зависимость контрастной чувствительности от условий освещенности или относительная контрастная чувствительность.

Объект измерений назначают заранее, это неотъемлемая часть процедуры.

Темновая адаптация - неотъемлемая часть. Однако ее продолжительность (параметр) зависит от того, что именно будет измеряться. Так, для измерения скотопической контрастной чувствительности время темновой адаптации - 10 минут, а для мезопической - достаточно 3 минуты.

Для контроля обычно используют мониторинг размера зрачка с помощью видеокамеры, способной снимать в инфракрасном освещении, и инфракрасных источников света. Изображение транслируют на отдельный монитор и контролируют.

Этот способ (контроль с помощью видеокамеры) известен в других отраслях, здесь применен как известный и отдельно не заявлен, но указан в качестве неотъемлемой части процедуры.

Обработка может быть произведена разными математическими способами. Однако как будет производиться обработка - необходимо установить заранее, поскольку это может повлиять на сценарий процедуры.

Так, например, если измерения производят в рамках скрининга (screening, предварительное обследование, «отсев» - онлайн энциклопедия «Кругосвет» http://www.krugosvet.ru/), повторные замеры могут быть необязательны; время темновой адаптации может быть сокращено и т.д. Если же речь идет об измерении динамики состояния пациента как результата проводимого лечения, наоборот, необходимы большее количество кругов измерений, более длинное время темновой адаптации и т.д.

Стимулы можно предъявлять последовательно от более ярких к менее ярким или наоборот. А можно предъявлять стимулы «вразброс», со случайно изменяющейся яркостью. Однако это несколько (иногда - существенно) влияет на результаты. Это тем не менее не отменяет возможности других последовательностей. Влияние на технический результат при всех режимах будет положительным, будет отличаться эффективность.

В настоящем документе рекомендована последовательность, которая (по опыту) обеспечивает максимальную строгость и корректность результатов измерений.

Анамнез включен в процедуру в особенности во время темновой адаптации вследствие того, что процесс сбора анамнеза помогает пациенту расслабить зрение, отвлекая его от бессознательных попыток сфокусироваться на каком-либо объекте. Вторая причина - целевой анамнез (сфокусированный на проблемах ночного или сумеречного зрения) позволяет предположить диапазоны предстоящих измерений, скорость смены стимулов, другие факторы, влияющие на качество предстоящих измерений. И, соответственно, скорректировать процедуру самих измерений - при необходимости.

Причинно-следственная связь присутствует как составная часть качества измерений.

Фантомный - воображаемый, мнимый, причудливое видение, призрак - Советский энциклопедический словарь, Изд. Второе, М., «СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ», 1983).

Здесь употребляется в значении «реакция на несуществующий стимул». При смене стимулов от более ярких к менее ярким пациент уверен, что видит предъявляемый стимул, но на самом деле он «видит» не его, а предыдущий, который существует только как «отпечаток» на сетчатке от предыдущего увиденного. Уверенность пациента - ложная. Следствие - непреднамеренное введение в заблуждение (ошибка).

Паразитный - нецелесообразный, лишний, вредный, являющийся извне (Толковый словарь русского языка: В 4 т./ Под ред. Д.Н.Ушакова. T.1. Репринтное издание: М., 2000).

Паразитный - здесь употребляется в смысле «вредный» - способный оказывать негативное влияние на результаты измерений.

Существенная часть эффективности зависит от эффективной методики применения, в том числе от обеспечения начальных условий, исходных данных.

Присутствие исходных данных и др. оговорок, являющихся неотъемлемой частью эффективного исполнения способа, не является нарушением.

В настоящее время существует два типа измерений КЧ:

«аппаратный» и «натуральный».

Аппаратный: подразумевает использование приборов или устройств, которые непосредственно присоединяются или сопрягаются с пациентом, и измерения производятся в искусственно созданных в пространстве (ограниченном размерами прибора) условиях освещенности, при искусственно ограниченном поле зрения, при необходимости аккомодировать на короткую дистанцию, при искусственном положении пациента и т.п.

Натуральный: подразумевает проведение измерений в естественных для пациента условиях: при естественных условиях освещенности, с открытым полем зрения, с возможностью изменения реальной дистанции, при естественном положении пациента и т.п.

В последние 10 лет исследователи отдают предпочтение натуральному типу измерений (типичные представители: LogMAR, FACT, FrACT, CSV-1000S Contrast Sensivity Chart, Mars Letter Contrast Sensitivity Test, Rabin Contrast Sensitivity Set, Multi-Contrast Sloan Letter Flip Book, Pelli-Robson SLOAN Letter Contrast Chart и др.). В выбранная качестве прототипа система натуральных измерений является вершиной развития этого типа измерений.

В то же время использование аппаратного способа снижается в силу объективно присущих этому типу измерений недостатков и ограничений. Современными типичными представителями являются: Optec® 6500P Vision Tester, Functional Vision Analyzer, Kontrastometer BA-4 и др.

Настоящая заявка относится к натуральному типу измерения КЧ, причем по своим характеристикам существенно превосходит (до сих пор) существующие в мире аналоги.

Описывая процедуру измерений с помощью заявленного способа, автор не претендует на новизну в части последовательного предъявления стимулов и в части темновой адаптации по причине их общеизвестности, предлагая, однако, новую процедуру, содержащую некоторые известные как часть.