Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние проблемы и постановка задачи
1.1 Глаз как оптический инструмент 9
1.2 Нарушения рефракции и аккомодации 28
1.3 Основные методы коррекции рефракции 41
1.4 Принципы измерения рефракции и аккомодации 57
Глава 2 Теоретические исследования
2.1 Теоретические основы работы тестера зрения 68
2.2 Влияние аккомодации на точность измерения рефракции 77
2.3 Уменьшения аккомодационной ошибки методом «ступеньки» 83
2.4 Разработка метода расчета хода лучей в градиентных средах 95
2.5 Оптимизация и компьютерное моделирование оптометров 102
Глава 3 Экспериментальное исследование индивидуального оптометра
3.1 Исследование метода компенсационного измерения астигматизма 128
3.2 Разработка численных методов контроля цветовосприятия и требования к оптотипамдля индивидуальных оптометров 137
3.3 Разработка метода калибровки оптометров и результаты поверки 147
Глава 4 Практическое внедрение
4.1 Разработка оптометра «Гном», модификации схем приборов 159
4.2 Применение приборов индивидуальной оптометрии для диагностики 180
4.3 Сравнительные характеристики оптометров «Tango» и «Focometer» .186
Заключение 198
Выводы 203
Библиография 208
Приложение 214
- Принципы измерения рефракции и аккомодации
- Уменьшения аккомодационной ошибки методом «ступеньки»
- Разработка численных методов контроля цветовосприятия и требования к оптотипамдля индивидуальных оптометров
- Применение приборов индивидуальной оптометрии для диагностики
Введение к работе
Актуальность тематики. В современном мире проблема ухудшения зрения связана как с возросшим объемом информации (основная часть которой воспринимается глазами), так и с повсеместным применением компьютеров, поэтому глобальный мониторинг и достоверное определение параметров зрения больших групп населения приобретает все большее значение. Состояние зрения влияет на производительность труда и работоспособность сотрудников, на успеваемость школьника или студента, на профпригодность. При этом выявленный на начальной стадии процесс ухудшения зрения можно существенно замедлить и даже вернуть зрение к норме. Для надежного инструментального контроля и достоверного определения характеристик зрения требуется большое количество оптометрических приборов, так как простых тестов (например, книжных таблиц) недостаточно. Требуется не только выявить, но и проследить изменения основных параметров зрения, чтобы определить причины его ухудшения.
Эти задачи призвана решать «индивидуальная оптометрия» - новое, важное научно-техническое направление оптометрии. В силу новизны, в индивидуальной оптометрии остро ощущается потребность в разработке теории, в обосновании основ и принципов конструирования приборов класса индивидуальной оптометрии.
Индивидуальная оптометрия - это совершенно новый класс приборов, поэтому необходимо решать самые разнообразные проблемы, начиная от создания соответствующих таким приборам методик и тестов для измерения рефракции, объема аккомодации, остроты зрения и т.д., до определения критериев оптимизации параметров самих приборов и разработки методов их калибровки.
Кроме того, индивидуальные оптиметры (оптометры) должны удовлетворять противоречивым, взаимоисключающим требованиям: высокие эксплуатационные характеристики - надежность, приемлемая точность измерений и достоверность результата; наряду с компактностью, простотой в эксплуатации, небольшим весом, доступной ценой. Отметим, что разработка любых оптометрических приборов – это сложная научно-техническая задача, хотя бы потому, что основными единицами измерения в оптометрии являются «ощущения», которые связаны исключительно с работой мозга. Например, такого понятия как красный цвет объективно не существует в природе, но оптометрия должна измерять малейшие отклонения цветовосприятия и т.п.
На момент начала работ в мире существовал единственный прибор Фокометр, производимый в США, который полностью удовлетворял критериям прибора индивидуальной оптометрии. Это направление оптометрии находясь на стыке медицины и техники, отсутствовало не только в России, но и в Европе, что и предопределило постановку задачи и актуальность выбранной тематики. На фоне ухудшающегося зрения населения, пробел в простых индивидуальных оптометрических приборах для широкого инструментального контроля параметров зрения населения нежелателен. Коррекция плохого зрения всегда связана со значительными материальными затратами, будь то очки, контактные линзы или лазерная коррекция зрения, а широкий мониторинг зрения разных групп населения и ранняя диагностика в большинстве случаев дают возможность сохранить хорошее зрение. Следовательно, поставленная задача имеет «важное социально-культурное и хозяйственное значение», а внедрение таких приборов вносит «значительный вклад в развитие экономики страны» и способствует «повышению ее обороноспособности» (приведенная в кавычках цитата взята из нормативных документов ВАК).
Цель работы: для ранней диагностики и мониторинга состояния зрения населения - разработка базовых принципов индивидуальной оптометрии, а также определение научно-практических основ и принципов конструирования приборов класса индивидуальной оптометрии, включая разработку соответствующих методик измерения основных параметров зрения: рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.
Поставленная цель достигалась последовательным решением следующих основных задач:
-
Анализ ранее предложенных методов и уже существующих в оптометрии технических решений с целью выявления наиболее предпочтительных и приемлемых для специфических условий индивидуальной оптометрии.
-
Анализ погрешности измерений стандартного оптометрического оборудования и поиск способов повышения инструментальной точности.
-
Анализ работы глаза и определение причин основных ошибок при измерении рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.
-
Разработка методов объективного, раздельного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и др.). Поиск методов снижения вклада ошибки, обусловленной субъективной природой зрительного восприятия и корреляционным, взаимным влиянием измеряемых параметров зрения друг на друга.
-
Определение для индивидуальных оптометрических приборов предпочтительных методик калибровки и методов достоверного определения инструментальной точности измерений, в том числе разработка новых методик.
-
Разработка оптимальной конструкции индивидуальных оптометрических приборов (тестеров зрения) для достоверного измерения основных, базовых параметров зрения и их последующее внедрение.
Методы исследования: В работе использованы методы системного анализа, математического моделирования, методы математической статистики и автоматизированной обработки информации, компьютерного проектирования и 3-Д моделирования.
Научная новизна:
- Теоретически и практически доказана возможность объективного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и т.д.) на основании субъективных зрительных ощущений.
- Разработана компьютерная модель глаза.
Предложена модель работы глаза, дополняющая механизм аккомодации Гельмгольца и позволившая оценить предельную точность измерений клинической рефракции, которая согласно расчетам оказалась равной 0,15-0,3 диоптрии.
Предложен новый, математический метод расчета хода лучей для радиально неоднородных оптических сред.
Разработан и успешно применен принципиально новый тип тест-объекта основанный на изменении вида изображения теста, который существенно снижает вклад аккомодационной ошибки и позволяет значительно повысить точность оптометрических измерений.
Предложен метод инструментального улучшения параметров зрения, основанный на создании дозированных нагрузок для тренировки глазных мышц.
Разработаны новые тесты по цветовосприятию и новые оптотипы, адаптированные к специфическим условиям применения в индивидуальных оптиметрах, а также предложены и реализованы новые методики измерения основных параметров зрения.
Разработан и реализован на практике новый класс индивидуального оптометрического оборудования (тестеры зрения) с гарантированной инструментальной точностью лучше 0,25 диоптрии, что соответствует точности измерений профессионального, оптометрического оборудования.
Предложены научные принципы, обоснован и опробован комплекс мер направленных на оптимизацию основных параметров индивидуальных оптиметров.
Разработана и реализована на практике новая методика калибровки и поверки приборов класса индивидуальных оптиметров, основанная на сопоставлении показаниям прибора расчетного расстояния.
Доказана возможность раздельного, объективного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и т.д.) без взаимного, корреляционного влияния измеряемых параметров друг на друга.
В результате проведенных исследований обоснованы следующие основные ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
-
Предложенные научно-технические принципы и решения обоснованы и обеспечивают точное и объективное измерение параметров зрения на основе анализа субъективных ощущений пациента.
-
Модель работы глаза и флуктуаций его фокусного расстояния дополняет известный механизм аккомодации Гельмгольца и позволяет оценить величину предельной точности измерения клинической рефракции 0,15-0,3 диоптрии.
-
Метод инструментального улучшения параметров зрения, основанный на дозированных нагрузках и тренировке глазных мышц, позволяет изменять параметры зрения.
-
Предложенный математический метод расчета хода лучей в радиально неоднородных оптических средах сводит задачу расчета траектории луча к решению простого дифференциального уравнения.
-
Предложенный принцип построения тест-объекта на основе сравнения изображения частей теста существенно снижает вклад аккомодационной ошибки при измерениях рефракции и объема аккомодации и данный принцип возможно использовать в других оптометрических приборах.
-
Предложенные новые принципы и методики по измерению рефракции, цветовосприятия и т.д. носят универсальный характер и большинство из реализованных решений возможно использовать в других оптометрических приборах.
-
Приборы индивидуальной оптометрии позволяют раздельно измерять основные оптометрические параметры зрения: рефракцию, объем аккомодации, степень астигматизма и остроту зрения, при этом в процессе измерений можно полностью исключить взаимное, корреляционное влияние измеряемых параметров друг на друга.
Практическая значимость работы
-
В результате проделанной работы предложены новые принципы, на основе которых на практике реализована конструкция простого и точного бытового прибора класса индивидуальной оптометрии для мониторинга параметров зрения населения.
-
Применение данного прибора (тестера зрения) позволяет своевременно выявлять и начинать лечение основных нарушений зрения на самых ранних стадиях.
-
По своим техническим характеристикам прибор не уступает, а по большинству параметров превосходит известные зарубежные аналоги.
-
В результате комплекса мер по оптимизации основных параметров прибора удалось обеспечить высокую инструментальную точность измерений рефракции лучше +0,25 дптр., что соответствует точности профессионального оптометрического оборудования.
-
В результате исследований, разработан ряд модификаций прибора, в частности прибор, целиком изготовленный из стекла.
-
Закреплен международный приоритет на данные приборы, как посредством оформления заявок на изобретение, так и в результате участия в международных выставках (тестер зрения удостоен золотой медали на выставке изобретений в Париже в 2000 году).
-
Получены основные сертификаты и документы, необходимые для серийного производства тестеров зрения (ТУ, Акт испытаний и т.д.)
Личный вклад автора. Все изложенные в диссертации новые научно-технические результаты получены лично автором или с соавторами при его непосредственном участии.
Апробация результатов
Основные положения диссертационной работы докладывались специалистам, обсуждались и демонстрировались на выставках и конференциях, среди которых следует отметить: Выставка изобретений Concours Lepine в Париже в 2000 г., Выставка «Оптика 99» в Москве, конференция по Биомеханике глаза в 2007г. и 5 международный конгресс по биотехнологиям в 2009г., доклады в Институте Общей Физики им. А.М. Прохорова, в Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН и др.
Тестер Зрения используется в специализированных клиниках в частности: в «Международном Центре Охраны Зрения», врачами клиники академика Ю.А. Утехина, в Научном Центре Охраны Здоровья Детей при РМАН, в Военно-Медицинской Академии Ст. Петербурга и в других организациях. Научные результаты диссертации внедрены: в Физическом Институте им. П.Н. Лебедева РАН, Всероссийском Научно Исследовательском Институте Физической Культуры и Спорта и др.
Публикации: Всего по тематике получены и поддерживаются 2 патента России. По данной тематике докладывалось и опубликовано свыше 20 работ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа изложена на 217 страницах, содержит 32 рисунка и 4 таблицы, состоит из введения, 3 глав с разделами, заключения, выводов и библиографии из 48 наименований, а также включает 3 Приложения к диссертации на 12 стр.
Принципы измерения рефракции и аккомодации
Рассмотрим основные принципы измерения рефракции и других основных параметров зрения и проанализируем проблемы, которые возникают при оптометрических измерениях. Обычно в оптометрии по таблицам определяют некую суммарную характеристику глаза, которую условно называют «остротой зрения».
Зададимся простым вопросом: что собственно измеряет врач-оптометрист, когда усаживает нас на стул и просит назвать букву или символ из таблицы, например, Гловина-Сивцева? Ответ многих удивит. Врач определяет некую суммарную характеристику глаза, которую условно называют «остротой зрения». Проблема состоит в том, что в результат таких «измерений» неявно входят: собственно острота зрения, рефракция и астигматизм. [27]. При этом астигматизм «средней» величины сводит на нет результат данного теста. Здесь имеет место качественно-количественный тест, но никак не измерение остроты зрения. Табличный тест нашел столь широкое распространение исключительно из-за своей дешевизны и простоты [27].
Раздельно значение рефракции и остроты зрения измеряют тогда, когда Вас просят вместе с таблицей примерить разные линзы из имеющегося у врача-оптометриста стандартного набора. И даже, когда Вы рассматриваете таблицы через компенсационные линзы, то имеет место принципиально субъективный метод подбора очков (иногда используют термин визометрия), поскольку врач интересуется Вашим субъективным мнением относительно изображения букв или символов и целиком полагается на Ваше субъективное решение.
Сегодня существует большое число приборов автоматически «измеряющих» рефракцию, но многие рптометристы предпочитают выписывать очки «по старинке». На то есть глубокие причины, основная из которых - субъективное восприятие зрительных образов и существенный вклад пациента в конечную точность. Глаза без разума слепы\ И ничего не удастся увидеть пока мозг не отдаст соответствующую «команду» глазам. На субъективности восприятия основаны многие оптические иллюзии и субъективность восприятия привносит значительные ошибки в процесс многих оптометрических измерений.
Таким образом, объективное измерение параметров зрения на основании субъективного восприятия изображения выглядит нетривиальной задачей, принимая во внимание дополнительную «неопределенность» параметров рефракции связанную с изменением рефракции хрусталика (согласно представленной далее в диссертации оценке «неустранимый» разброс рефракции глаза составляет примерно 0,15-0,3 диоптрии [24, 30]).
При конструировании оптометрического оборудования целесообразно изначально различать точность использованного при измерении физического прибора (инструментальную точность) и конечную, результирующую точность самих измерений, например, клинической рефракции. В оптометрии вклад пациента в конечную точность существенен, а без его желания Вы ничего не измерите. В силу данного обстоятельства даже дорогие, претендующие на объективность приборы, без активного участия пациента не могут достоверно измерить рефракцию и другие «субъективные» параметры зрения. Независимо от пациента достаточно точно измеряют геометрические параметры глаза (его размер, форму, толщину роговицы и т.д.) и даже «некую» рефракцию, но никак не субъективные параметры зрения (например, цветовосприятие или контрастную чувствительность).
На участие мозга в процесс зрительного восприятия обращают мало внимания, но это источник дополнительных погрешностей которые следует учитывать при разработке оптических приборов. Благодаря способности зрения и мозга быстро адаптироваться к изменившимся условиям (даже к перевернутому вверх ногами изображению или чтению справа налево через зеркало), люди не испытывают проблем с очками и т.п., но это негативно влияет на результаты измерений. Любая адаптация - это работа мозга с разными изображениями от двух глаз и внесение необходимых «поправок», но не всегда поправки повышают точность измерений.
Вернемся к определению «остроты зрения» при помощи таблиц и ответим на вопрос: «Почему при таких измерениях не корректно говорить об остроте зрения?» Ответ состоит в том, что существует много разных оптотипов (символов) для определения остроты зрения. Поэтому разные специалисты пользуются разными таблицами и разными оптотипами, а значит [27] объективное сопоставление результатов затруднено. Просто таблица проверяет насколько «хорошо» или «плохо» видит человек букву или символ и не более.
Расстояние до таблицы 4-6 м выбрано не случайно, поскольку обратная величина от этого расстояния равна 0,25-0,15D меньше собственной «неопределенности» глаза равной примерно 0,15-0,3D, о чем будет сказано далее.
Лишь в 1994 году в Женеве были утверждены единые международные стандарты: International Standard ISO 8597, Optics and Optical Instruments -Visual acuity testing и ISO 8596 Ophthalmic optics. - Visual acuity testing. -Standard optotype and its presentation и методы определения остроты зрения были четко регламентированы. Согласно принятым международным стандартам при измерении остроты зрения регламентируется: конкретный уровень освещенности, в качестве основного оптотипа рекомендовано использовать кольцо Ландольта с разрывом примерно в одну угловую минуту, определено расстояние до таблицы, уточнены требования к корригирующей линзе и т.д.
С точки зрения оптика или оптометриста, точное определение термина «острота зрения» следующее: Острота Зрения - это способность различать удаленные, неподвижные предметы или расстояние между предметами размером в одну угловую минуту. Принято считать, что лучи идущие от таких предметов попадают на 2 колбочки на сетчатке, но при этом между ними остается еще одна неосвещенная колбочка. Это пояснение того механизма с которым связывают предел разрешения в одну угловую минуту, поскольку минимальное расстояние между соседними рецепторами сетчатки в среднем соответствует примерно 30 угловым секундам (пол угловой минуты). Нарушение остроты зрения служит надежным индикатором большинства патологий зрения, поэтому врачу очень важно контролировать реальную остроту зрения.
Уменьшения аккомодационной ошибки методом «ступеньки»
Прежде чем приступить к практической реализации прибора (тестера зрения), были проанализированы разнообразные причины, влияющие на точность измерений разных оптометрических приборов и в частности самого тестера зрения. Анализ показал, что во всех оптометрических приборах, принцип измерений которых базируется на анализе остроты зрения «в дали», основной вклад в снижение результирующей точности вносят как ошибки связанные с аккомодацией глаза, так и с аберрациями оптических элементов самих приборов.
Кроме того, обычный глаз имеет некоторое постоянное аккомодационное напряжение (так называемый «привычный тонус») [12, с. 93], что существенно сказывается на точности измерения не только рефракции, но и других параметров зрения. Поэтому при подборе очков особенно для детей и подростков, иногда прибегают к предварительному закапыванию в глаза лекарств парализующих аккомодацию [12, с. 93]. В этом случае точность измерений повышается, но данный способ уменьшения влияния привычного тонуса неприемлем для тестера зрения и для основной идеи индивидуальной оптометрии - создания простого в обращении прибора рассчитанного на широкие массы населения.
С целью устранения аккомодационной ошибки предложен и успешно реализован иной метод (метод или принцип «ступеньки»). Для этого тест-объект искусственно разделен на две примерно равные части отстоящие друг от друга вдоль оптической оси приблизительно на 0,25 дптр. в соответствии с ранее выполненной оценкой для предельной точности измерения рефракции. Вблизи фокуса линзы нормальный глаз увидит часть теста четко, а другую смазано (см. Рис. 7). Данная схема по-новому решает проблему повышения точности измерений и существенно уменьшает влияние механизма аккомодации зрения на результирующую точность измерений.
Переход к предложенному типу тест-объектов принципиально новое техническое решение, которое следует пояснить подробнее. Дело в том, что глаз и зрение очень хорошо замечают небольшую разницу, но лишь при возможности сравнении. Глаз «подмечает» малейшие различия и значительно хуже «измеряет» абсолютные величины. Предложенный тест-объект позволяет глазу сфокусироваться только на одну часть изображения, а вторая часть теста используется для сравнения.
Модифицированная схема тестера зрения с тест-объектом разделенным на 2 части представлена на Рис. 7. Здесь использованы те же обозначения, что и на Рис. 6. Конструктивно возможно выдерживать фиксированную разность 0,25 дптр. во всем диапазоне измерений (как заявлено в патенте [4]), но с практической точки зрения оказалось достаточным задать разность 0,25 дптр. вблизи нуля шкалы прибора. Хотя при фиксированном расстоянии между частями тест-объекта эквивалентная величина «ступеньки» в диоптриях уменьшается для положительных значений шкалы тестера зрения и возрастает для отрицательных, но как показали последующие испытания, данное изменение эквивалентной величины «ступеньки» не оказало значительного влияния на результирующую точность измерений.
В тест-объектах работающих на принципе «ступеньки» правильнее разнести вдоль оптической оси на расстояние эквивалентное 0,25 дптр. два совершенно идентичных или зеркальных относительно оси раздела изображения (например, кольца Ландольта), но данное техническое решение менее привлекательно с точки зрения эстетики.
Чтобы обеспечить сдвиг между двумя частями изображениями тест-объекта A D вблизи нуля шкалы, необходимо обеспечить сдвиг вдоль оптической оси между этими частями на расстояние Y в соответствии с формулой (5) где f - фокусное расстояние фокусирующего оптического элемента, значение сдвига на величину диоптрий между частями изображения, a Y -соответствующее данному Л D расстояние вдоль оптической оси между частями картинки. Формула (5) предполагает тонкую линзу (или зеркало) и все расстояния измеряются в метрах, а оптическая сила в диоптриях.
По предложенному принципу тест-объект может быть разделен на три и более части отстоящих на различных расстояниях друг от друга (вдоль оптической оси) и обеспечивающих заданную точность, например, 0,25 дптр., 0,4 дптр. и 0,6 дптр.
Можно даже всю шкалу измерений разбить на большое число тест-объектов. У таких «многослойных» тест-объектов необходимо задать условия, чтобы любой глаз (точнее, средний глаз) не смог видеть одновременно несколько частей изображения и т.п. Отметим, что калибровка шкалы обязательно должна выполняться по части тест-объекта ближайшей к объективу, поскольку только эта часть изображения теста служит для измерений, а другая часть добавлена лишь для сравнения. Калибровать по дальней части рисунка не имеет никакого смысла, поскольку ближайшее изображение в этом случае находится заведомо в области аккомодации и его невозможно никак использовать (даже для сравнения).
Не имеет смысла сближать части изображений тест-объекта, чтобы повысить точность прибора свыше 0,25 дптр., поскольку в ходе экспериментов было экспериментально установлено, что уменьшение разности между частями тест-объекта до 0,15-0,2 дптр. значительно затрудняет процесс сравнения частей тест-объекта, но практически не влияет на точность измерений. И наоборот, увеличение разности между частями изображения, например, в два раза до 0,5 дптр. приводит к понижению точности измерений, но подчеркивает различие в восприятии изображений тест-объекта. Увеличение указанной разности (величины «ступеньки») иногда может быть целесообразно, но только в особых случая. Например, в приборах для слабовидящих людей при наличии существенной патологии зрения и т.п. Таким образом, расчетная, инструментальная точность тестера зрения была окончательно выбрана и составила 0,25 дптр.
Конструктивно зазор («ступенька») между частями тест-объекта можно выполнить различными способами. Например, используя дисперсию и разность показателей преломления для красных и фиолетовых лучей (хроматическая аберрация для специальных стекол). Реализация «ступеньки» на основе хроматической аберрации не вызывает затруднений и легко осуществима, если выполнить изображение тест-объекта в одной плоскости, но разными цветами (красным и синим). Идея «хроматического» смещения не была реализована, поскольку в этом случае возникают дополнительные ограничения на фокусное расстояние объектива (линзы) тестера зрения, возрастают аберрации, снижается качество изображения и т.д.
Разработка численных методов контроля цветовосприятия и требования к оптотипамдля индивидуальных оптометров
Анализ результатов экспериментов показал, что существующие стандартные методики и тесты не в полной мере соответствуют требованиям индивидуальной оптометрии, поскольку небольшая площадь тест-объекта накладывает ограничения на изображение оптотипа и на способ изготовления теста. Поэтому дальнейшие усилия были направлены на разработку новых оптотипов и методик лучше соответствующих задачам и потребностям индивидуальной оптометрии. На Рис. 18 представлен увеличенный пример варианта одного из более современных тест-объектов с размером пикселя 15 мкм, который без ограничений позволяет диагностировать остроту зрения. Размер рисунка остался прежним 7x8 мм, чтобы новые элементы были совместимы с предыдущими моделями приборов. Унификация и взаимозаменяемость позволяет использовать аналогичные узлы разных моделей тестеров зрения. На рисунке 18 помимо кошки и собаки в левом нижнем углу расположен тест по проверке остроты зрения в диапазоне значений от 0,3 до 1,0. В правом верхнем углу представлен тест по цветовосприятию. Если на Рис. 8 для теста по проверке остроты зрения используется нарисованная линейка со шкалой от 1 до 0,25 с элементами разного линейного размера, то на Рис. 18 проверка остроты зрения предполагает соблюдение рекомендованных международных стандартов.
Рассмотрим подробнее, какие требования предъявляются к оптотипам для индивидуальной оптометрии.
Поскольку основной идеей индивидуальной оптометрии являются компактность и простота, то традиционные таблицы и стандартные методики мало соответствуют новым требованиям. Поэтому наряду с разработкой новых приборов и новых методик остро стоит задача разработки новых оптотипов для приборов класса индивидуальной оптометрии и для ряда других областей оптометрии (например, компьютерные тесты зрения), где использование стандартных таблиц и тестов на основе кольца Ландольта затруднено либо невозможно.
Международным стандарты ISO 8597 и 8596 при определении остроты зрения рекомендуют использовать кольцо Ландольта с разрывом, но на практике для определения остроты зрения чаще используют знаки в виде букв, цифр или специальных фигур как одиночных, так и объединенных в таблицу, где необходимо обнаружить определенную деталь. У детей остроту зрения чаще проверяют с помощью игровых картинок и подобные примеры не единичны. Прежде в качестве оптотипов помимо кольца Ландольта использовались и другие фигуры («кресты» и «скобки» [1, с. 143]), которые сохранились в некоторых старых приборах и учебниках.
Размеры используемых для контроля остроты зрения фигур (оптотипов), например, в таблицах Головина-Сивцева строго регламентированы. Так кольцо Ландольта всегда имеет толщину равную 1/5 от диаметра и такой же ширины разрыв расположенный сверху, снизу, справа или слева. Тому же соотношению 1 /5 должны соответствовать и минимальная ширина деталей буквы или зазора по отношению к стороне квадрата, в который вписан знак или буква [1, с. 35]. Именно минимальные детали знака должны соответствовать измеряемой остроте зрения и быть кратными одной угловой минуте.
При разработке содержания теста и оптотипов для тестера зрения возникли некоторые дополнительные ограничения. Например, при печати на принтере маленькие окружности и кольца имеют более низкое качество по сравнению с линиями и прямоугольниками или фигурами из них составленных и кольца Ландольта при микро печати имеют низкое качество. От колец как эталонного знака на практике пришлось отказаться, взяв за основу крючки Снеллена и Пфлюгера (это русская буква Ш с небольшими различиями см. Рис. 19) тоже рекомендованные к использованию. требованиям микро печати, но все же потребовали определенной модификации с учетом сопутствующего зрению астигматизма. В результате был выбран оптотип (тест) на котором пациент должен различить излом линии и ориентацию «буквы» Е (или ш), а врач контролируя правильность ответов может оценить остроту зрения пациента [22, 29].
Так в качестве базовой фигуры для проверки остроты зрения в индивидуальных оптиметрах были выбраны «квадрат» и «крест», как фигуры лучше удовлетворяющие перечисленным выше критериям и занимающие очень мало места на тест-объекте. У «креста» было сохранено базовое соотношение 1/5, которое было изменено (примерно 1/10) для «квадрата» (см. Рис.20 и 21). т.д.). Хотя данное описание сложнее, чем для «крючков», зато принцип ломаной линии позволяет точнее измерить остроту зрения, поскольку оптотип имеет больше вариантов и не сводится к стандартной букве Е. На Рис. 20 приведены не все возможные сочетания (в частности пропущен симметричный крест).
Тот же принцип ломаной линии использован для «квадрата». Варианты некоторых «квадратов» представлены на Рис. 21. Образующие квадрат линии слегка выступают за его границы и концы некоторых из них дополнительно смещены, что значительно увеличивает число возможных вариантов. Толщина линии и величина излома (смещение) линии на стороне квадрата должны быть кратны одной угловой минуте (с учетом оптической системы). Максимальная длина стороны «квадрата» увеличена до 10-12 вместо 5 (см. Рис. 21). Как и для «креста», изломы на сторонах «квадрата» и их положение можно описать терминами: справа, слева, вверху, внизу и т.д. Кроме того, на Рис. 21с) справа показан качественный тест проверки остроты зрения с соответствующей шкалой. Здесь дополнительно внутрь квадрата помещен крючок Снеллена (Рис. 21 в), причем сам крючок Снеллена можно по-разному ориентировать внутри квадрата. Крючок Снеллена служит дополнительным- оптотипом по отношению к «квадрату» и увеличивает число возможных вариантов для оптотипа. Минимальные размеры деталей «квадрата» кратны одной угловой минуте, но в случае совместного использования с крючком Снеллена допустимы разные угловые размеры для крючка и для квадрата, что позволяет на одном оптотипе фиксировать разную остроту зрения.
Применение приборов индивидуальной оптометрии для диагностики
Рассмотрим те области экономики, науки и техники где применение приборов индивидуальной оптометрии (в частности тестера зрения) обещает наибольшие преимущества и имеет хорошие перспективы для внедрения.
Поскольку основное назначение приборов индивидуальной («домашней») оптометрии это контроль параметров зрения широких слоев населения, в том числе самоконтроль зрения и выявление нарушений на ранних стадиях, то в широком смысле - индивидуальная оптометрия нужна везде, так как полезно знать и контролировать изменение параметров зрения. Важно подчеркнуть, что тестер зрения никоим образом не заменяет врача или оптометриста, а наоборот, «направляет» к врачам большее число людей с потенциальными проблемами зрения.
Тестер зрения можно сравнить с «термометром для глаз». Как и термометр, тестер зрения не лечит, а лишь предупреждает об опасности и «советует» когда следует обратиться к врачу. Поэтому, как и любые приборы индивидуального контроля, тестер зрения полезен в быту и на работе, при занятиях спортом и при учебе, в конце концов он должен быть как и термометр в каждой семье.
В выдержке из ТУ уже было определено основное назначение тестера зрения: «Целевое назначение прибора — использование тестера в быту для периодического индивидуального контроля состояния зрения человека, а также для использования в условиях лечебно-профилактических учреждений», но в процессе практического применения тестеров зрения специалистами и пациентами неожиданно сформировались новые области применения прибора. Основная часть новых применений получена из анализа практики реального использования тестеров зрения и на основании отзывов специалистов (см. Приложение 3) применявших тестеры зрения. Некоторые из применений, например, сопоставление объему аккомодации биологического возраста заслуживают особого внимания и дальнейшего исследования. Связь с потребителями приборов помогла выявлять мнения и пожелания и была направлена на дальнейшее совершенствование приборов. Например, функция точной доводки возникла на основании пожеланий многочисленных пользователей.
Следует подчеркнуть, что из многих сотен проданных приборов ни один не был возвращен и ни на один не было получено отрицательного заключения. Ниже приведен список основных и возможных применений прибора, составленный по результатам выборочных опросов. 1. Прежде всего, тестер зрения нашел применение в среде школьников и студентов. Насколько известно автору, оптометристами были обследованы большие группы школьников (около ЗОСК человек) и собрана статистика по параметрам зрения у детей. Некоторые приборы хотели приобрести даже детские сады, но им объяснили, что до завершения процесса эмметропизации зрения в 6-7 лет нет практического смысла контролировать изменение рефракции и аккомодации у детей. В перспективе предполагается- оснастить средствами индивидуальной оптометрии школы и институты, компьютерные классы и библиотеки, чтобы любой учащийся или студент мог контролировать изменение своего зрения и при ухудшении зрения мог обратиться к специалистам. В этой группе населения индивидуальный мониторинг зрения наиболее востребован и необходим. Далее приведены результаты контроля зрения среди студентов МФТИ (см. Таблица 4). 2. Тестеры зрения были опробованы для контроля зрения у водителей легкового и грузового транспорта (во Франции), а также у машинистов железнодорожного транспорта (в России). Причем у машинистов поездов определялись не только параметры зрения, но и объем аккомодации, а также соответствие объема аккомодации возрасту. Контроль возраста важен для некоторых специальностей, где существуют профессиональные ограничения по возрасту персонала и иногда работники пытаются скрывать свой возраст. В любом случае контроль параметров зрения на транспорте служит повышению безопасности пассажиров и это перспективная область использования индивидуальных оптиметров. Вероятно, тестер зрения будет также востребован в авиации и в других областях, где существуют жесткие требования к хорошему зрению работника. 3. Конечно, самое большое число приборов было приобретено врачами, причем самых различных профилей и специализаций. Тестер зрения использовался для дополнительной экспресс диагностики при диспансеризации и в ряде других случаев. Уже сегодня многие Московские специалисты имеют в личном распоряжении тестер зрения. Особенно востребован тестер зрения оказался у врачей общей практики в сельской местности и на дальнем севере, где весьма остро ощущается недостаток соответствующего, оптометрического оборудования и квалифицированных кадров для его обслуживания. Важным преимуществом тестера зрения является его небольшой вес и компактность, в то время как профессиональные приборы весят несколько килограмм и их транспортировка не всегда возможна, а применение требует наличия электропитания. 4. Тестер зрения приобретали магазины по продаже очков, отдельные пользователи компьютеров, в том числе и для контроля зрения членов семьи. Покупали прибор люди, постоянно работающие с оптическими приборами (телеоператоры и т.д.), отделы охраны труда некоторых предприятий и т.д., те граждане, зрение которых по роду деятельности подвержено большим нагрузкам и кто сам замечал колебание параметров своего зрения.
