Способ опредления состояния зрительного аппарата

Способ опредления состояния зрительного аппарата

Реферат

Изобретение относится к технике измерения психофизиологических характеристик и касается способа определения состояния зрительного аппарата.

Известен способ определения степени зрительного утомления (состояния зрительного аппарата) путем измерения критической частоты слияния мельканий (см., например, Деревянко В.А. и др. Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде, М., 1976, с.76). Этот способ имеет недостатки: низкую точность, из-за включения в оценку всего поля зрения зрительного аппарата, большой разброс данных и большое количество измерений для оценки степени зрительного утомления. Кроме того, использование этого способа связано с затруднениями при сравнении данных, полученных различными исследователями и для различных испытуемых. Перечисленные недостатки связаны в значительной степени с тем, что в процессе испытаний используется зрительный аппарат человека без определенных ограничений в условиях их проведения, а также ввиду небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от изменения состояния оператора. Вместе с тем известно (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.89-90), что критическая частота слияния мельканий зависит от многих факторов, в частности, от: частоты мельканий, яркости светового потока, углового размера поля зрения, глубины модуляции яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Кроме того, световая чувствительность сетчатки глаза в зависимости от удаленности от центра глаза существенно различна (см. там же, с.37-53), а ее рабочая зона, как правило, ограничена, особенно у испытуемых, характер профессиональной деятельности которых связан с операторским трудом, например, у оператора военно-технических комплексов, авиаторов и др. Поэтому достоверность оценки по абсолютным значениям в одноразовом испытании не является высокой.

Известен способ определения степени зрительного утомления (состояния зрительного аппарата), предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света изменяемой частоты и одновременно потока ровного света, сравнение его с потоком мелькающего света и определение момента, когда световые потоки будут казаться испытуемому одинаково светящимися (см., например, авторское свидетельство СССР №339280, кл. А61В 5/16, 1971).

Этот способ в ряде случаев позволяет произвести измерения более точно, поскольку предоставляет возможность ориентироваться на эталонный (ровный) поток света. Однако помещение в поле зрения испытуемого одновременно двух источников с разными характеристиками, непрерывное их сравнение и слежение за ними - рассеивают внимание испытуемого и не дают в полной мере обеспечить достоверность оценки. Яркость второго источника (с ровным потоком света) суммируется с яркостью первого и вызывает дополнительную погрешность (см. там же, с.85-87, 117-121). Кроме того, как и в предыдущем способе, оценка производится для всего поля зрения зрительного аппарата оператора (испытуемого). Недостатки этого способа аналогичны предыдущим: низкая точность, большой разброс данных и большое количество измерений, необходимых для повышения достоверности оценки степени зрительного утомления. Кроме того, в нем также не предусмотрена предварительная адаптация зрительного аппарата испытуемого к подаваемому световому потоку, что не только усугубляет низкую достоверность получаемых результатов, но и увеличивает дискомфорт при снятии характеристик, а в ряде случаев может нанести определенный ущерб (травмировать зрительный аппарат).

Известен способ определения степени зрительного утомления (состояния зрительного аппарата), предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты (см., например, авторское свидетельство СССР №735241, кл. А61в 5/16, 1978).

В этом способе плавно изменяют амплитуду мельканий при постоянной частоте светового потока и определяют ее величину, при которой мелькающий свет станет казаться ровным и по которой судят о степени зрительного утомления. Постоянная частота принимается в диапазоне 10-20 Гц, а амплитуду мельканий плавно уменьшают. При этом первоначально выбирают амплитуду светового потока изменяющейся на 100%, затем ее величину плавно уменьшают до тех пор, пока испытуемому свет станет казаться ровным.

Степень зрительного утомления (состояние зрительного аппарата) определяется по разнице между амплитудами светового потока, воспринимаемым неутомленным и утомленным глазом, и будет тем больше, чем значительнее эта разница. Этот способ позволяет в некоторой степени повысить точность определения степени зрительного утомления (состояния зрительного аппарата), что способствует улучшению условий труда и более рациональному распределению режима труда и отдыха.*

Однако этот способ также имеет недостатки. Как и в предыдущих (например, по а.с. 339280) в нем не предусмотрена адаптация зрения к подаваемому световому потоку, что не позволяет получить достоверный результат и желаемую комфортность условий при проведении испытаний. Вместе с тем известно, что (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.48-53) на световую адаптацию требуется не менее нескольких минут. Это объясняется тем, что при изменении уровня яркости поля зрения автоматически включается целый ряд механизмов, которые и обеспечивают адаптационную перестройку зрения. Поэтому значения характеристик, полученных при неадаптированном зрении, могут в несколько раз отличаться от действительных и между собой (см., например, там же, с.52-53). В данном случае ситуация усугубляется еще и тем, что подача раздражающего фактора (потока мелькающего света) начинается сразу же со 100% изменения амплитуды, и только потом она плавно уменьшается. При этом в поле зрения неизбежно появление пятен с яркостью, значительно отличающейся от яркости адаптации, вызывающей неприятные ощущения, дискомфорт (см., например, там же, с.119-121).

Известен способ определения степени зрительного утомления (состояния зрительного аппарата), заключающийся в том, что проводят адаптацию зрения испытуемого путем подачи в его поле зрения постоянного светового потока в течение 3-5 минут, после чего световой поток модулируют потоком мелькающего света постоянной частоты, осуществляют плавное изменение амплитуды мельканий путем ее увеличения от нуля до величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, и оценивают степень зрительного утомления (состояние зрительного аппарата) (см., например, патент РФ №2209038, МПК 7 А61В 5/16, 2001). В этом способе недостатки предыдущих способов в значительной степени устранены, в частности, что особенно важно при проведении испытаний, в поле зрения испытуемого подают поток ровного света и дают возможность в течение некоторого времени его зрительному аппарату адаптироваться к поданному потоку. В зависимости от яркости света временной диапазон для адаптации изменяется в пределах 3-5 минут. По истечении времени адаптации световой поток модулируют потоком мелькающего света постоянной частоты, например, 10 Гц, плавно изменяют амплитуду модуляции мельканий от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому. Постоянство частоты в сочетании с изменением амплитуды от нуля, а не от ее максимального значения обеспечивают осторожность при воздействии на зрительный аппарат.

Известен также способ определения состояния зрительного аппарата (степени зрительного утомления), принятый в настоящем решении за прототип и заключающийся в том, что поле зрения испытуемого экранируют от посторонних световых источников и проводят адаптацию зрения испытуемого путем подачи и его поле зрения постоянного светового потока в течение 3-5 минут, после чего световой поток модулируют потоком мелькающего света постоянной частоты, осуществляют плавное изменение амплитуды мельканий путем ее увеличения от нуля до величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, световые потоки постоянного и мелькающего света формируют посредством точечного источника света, в качестве потока мелькающего света применяют поток, изменяемый по синусоидальному закону, увеличение амплитуды мельканий производят путем увеличения амплитуды переменного синусоидального светового потока.

Применение этого способа определения состояния зрительного аппарата позволяет повысить точность и достоверность оценки. Экранирование поля зрения испытуемого, а также формирование световых потоков постоянного и мелькающего света посредством точечного источника света, который совмещают со зрительной осью глаза, исключает действие посторонних источников света, обеспечивает воздействие световых потоков на самую нагруженную часть сетчатки глаза, на ее центральную часть, которая в наибольшей степени устает в процессе работы, определяет результат этой работы и степень зрительного утомления. При этом исключается действие и бокового зрения, что повышает достоверность результата. Использование для определения степени зрительного утомления (состояния зрительного аппарата) относительных единиц (процентов) позволяет устранить недостатки из-за небольших величин сдвига абсолютных значений и перейти к более удобным единицам измерения (%), позволяющим, к тому же, проводить сравнительную оценку испытуемых между собой.

Кроме того, процедура исследования в этом способе по сравнению с предшествующими способами, обеспечивает более щадящий режим для зрительной системы (путем постепенного нарастания амплитуды мельканий).

Недостатки этого способа заключаются в том, что состояние зрительного аппарата (степень зрительного утомления) определяется лишь в центральной (незначительной) части зрительного аппарата (что в ряде случаев, например, в прототипе, может быть его преимуществом, так как позволяет оценить состояние зрительного аппарата наводчиков вооружения и их способность вести эффективную стрельбу с использованием самой ответственной для стрельбы области зрительного аппарата). Следует отметить, что в коллективах операторов (экипажи танков, расчеты артиллерийских орудий, группы операторов на командных пунктах и др.) выполнение ряда функций не требует обязательного использования только центральной части зрительного аппарата и только в его в наиболее эффективном состоянии. Например, наблюдение за полем боя вообще, когда для первоначального обнаружения целей большее значение имеет широта поля зрения, достаточной (а не максимальной) эффективности. При этом функцию наблюдения выполняют, как правило, все группы операторов. В этом случае сказывается ограниченность способа-прототипа, не позволяющего оценить зрительный аппарат испытуемого в полном объеме, что, кроме того, снижает возможности по перераспределению функциональных обязанностей операторов и их варьированию в процессе длительного выполнения ими поставленных задач. Например, наводчик с уставшей центральной частью зрительного аппарата мог бы использоваться для наблюдения на других рабочих местах объекта, в частности, в оборонительном бою. Особенно это имеет значение для групп операторов, овладевших всеми (смежными) функциональными обязанностями в своей группе. Владение информацией о состоянии их зрительных аппаратов позволило бы оптимизировать расстановку (перераспределение) операторов по рабочим местам (определенного объекта).

Например, в экипажах боевых машин операторы выполняют различные функциональные обязанности даже при выполнении зрительных задач. Механик-водитель использует в своей деятельности практически всю зону эффективной видимости зрительного аппарата. Аналогичным образом действует и командир в процессе общего руководства деятельностью экипажа. А вот у наводчика задачи специфические: он работает, используя в основном центральную часть зрительного аппарата при прицеливании и стрельбе. В боевых машинах с дублированным управлением вооружением командир может выполнять и обязанности наводчика, а в боевых машинах с заряжающим функции заряжающего по наблюдению близки к функциям механика-водителя. Наличие информации о состоянии зрительных аппаратов всех членов экипажа позволяет оптимизировать перераспределение функциональных обязанностей в экипаже.

Целью изобретения является повышение достоверности определения состояния всего зрительного аппарата, расширение возможностей способа, а также повышение комфортности при проведении испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения состояния зрительного аппарата, заключающемся в том, что поле зрения испытуемого экранируют от посторонних световых источников и проводят адаптацию зрения испытуемого путем подачи в его поле зрения постоянного светового потока в течение 3-5 минут, после чего световой поток модулируют потоком мелькающего света постоянной частоты, осуществляют плавное изменение амплитуды мельканий путем ее увеличения от нуля до величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, световые потоки постоянного и мелькающего света формируют посредством точечного источника света, в качестве потока мелькающего света применяют поток, изменяемый по синусоидальному закону, увеличение амплитуды мельканий производят путем увеличения амплитуды переменного синусоидального светового потока и оценивают состояние зрительного аппарата, точечный источник света перемещают поочередно в n областей поля зрения испытуемого, начиная с центральной, центр которой маркируют и совмещают с оптической осью зрительного аппарата испытуемого, затем перемещают последовательно в центры n-1 областей поля зрения испытуемого при неизменном положении оптической оси его зрительного аппарата в направлении раскручивающейся спирали Архимеда, при этом угловые размеры каждой области в зависимости от требуемых характеристик испытуемых устанавливают в диапазоне 1-5 градусов, состояние зрительного аппарата оценивают для каждого диапазона в соответствии с выражениями

где Сза₍₁₎ - состояние зрительного аппарата первого диапазона (центрального),

Ат₍₁₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его утомленном (текущем) состоянии в первом диапазоне,

Ао₍₁₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии в первом диапазоне,

Сза₍₂₎ - состояние зрительного аппарата второго диапазона,

Ат₍₂₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его утомленном (текущем) состоянии во втором диапазоне,

Ао₍₂₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии во втором диапазоне,

Сза_(n) - состояние зрительного аппарата n-го диапазона,

Ат_(n) - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его утомленном (текущем) состоянии в n-м диапазоне,

Ао_(n) - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии в n-м диапазоне, а в случае отсутствия реакции испытуемого на световое раздражение в определенном диапазоне делают вывод о поражении зрительного аппарата в этом диапазоне.

Как известно из прототипа, заметность мельканий зависит от многих факторов (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.89-90), в частности от частоты мельканий и яркости наблюдаемой картины, углового размера поля зрения, глубины модуляции яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Анализ соответствующих зависимостей (см. там же) подтверждает возможность достижения слияния мельканий путем изменения их амплитуды. Однако при резком изменении яркости при мельканиях происходит разрыв между характеристиками светового потока и состоянием зрительной системы. Поэтому, чтобы снизить отрицательное воздействие этого явления, необходимо предоставить зрительной системе возможность адаптироваться и только затем формировать поток мелькающего света. Резкое изменение яркости может происходить и после адаптирования зрительной системы, особенно если форма мельканий выполнена дискретной, например прямоугольной. Для ее уменьшения форму мельканий (видимого светового импульса) наиболее целесообразно выполнять непрерывной, изменяемой с постоянной частотой по синусоидальному закону (такая форма, кроме того, более просто реализуется аппаратурно и позволяет использовать широко распространенные источники промышленной сети). Исходя из опыта (см., например, патент РФ №2209038) постоянную частоту целесообразно выбирать в диапазоне 10-20 Гц.

Для проведения испытания, определения состояния зрительного аппарата, поле зрения испытуемого экранируют от посторонних источников света, затем (по аналогии с прототипом) в поле зрения испытуемого подают поток ровного (постоянного) света, для чего используют точечный источник света, совмещенный со зрительной осью глаза (первый диапазон), и дают возможность в течение некоторого времени зрительному аппарату испытуемого адаптироваться к поданному световому потоку. После этого поданный поток модулируют потоком мелькающего света, изменяемого по синусоидальному закону с частотой, например, 10 Гц и, плавно увеличивая амплитуду модуляции мельканий путем увеличения амплитуды переменного синусоидального светового потока от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому, измеряют и фиксируют эту величину. Процедуру измерения и фиксации амплитуды, при которой мелькание света станет заметным, повторяют неоднократно и находят ее среднее значение в первом диапазоне как для неутомленной, так и для утомленной зрительной системы. Состояние зрительного аппарата в первом диапазоне оценивают в соответствии с выражением

Сза₍₁₎=(Аt₍₁₎-Ao₍₁₎)100%/Ат₍₁₎,

где Сза₍₁₎ - состояние зрительного аппарата первого диапазона (центрального),

Ат₍₁₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его утомленном (текущем) состоянии в первом диапазоне,

Ао₍₁₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии в первом диапазоне.

Таким же образом испытание проводят и во втором диапазоне, оценивая состояние зрительного аппарата в соответствии с выражением

Сза₍₂₎=(Ат₍₂₎-Ао₍₂₎)100%/Ат₍₂₎,

где Сза₍₂₎ - состояние зрительного аппарата во втором диапазоне,

Ат₍₂₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его утомленном (текущем) состоянии во втором диапазоне,

Ао₍₂₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии во втором диапазоне.

Определение состояния зрительного аппарата во всех последующих диапазонах происходит аналогично, в том числе и в n-м диапазоне, в соответствии с выражением

Сза_(n)=(Ат_(n)-Ао_(n))100%/Ат_(n),

где Сза_(n) - состояние зрительного аппарата n-го диапазона,

Ат_(n) - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его утомленном (текущем) состоянии в n-м диапазоне,

Ао_(n) - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии в n-м диапазоне.

Каждый последующий диапазон выбирают в направлении раскручивающейся спирали Архимеда, начиная от первого (центрального) диапазона, центр которого предварительно обозначают. Это обеспечивает постоянство положения оптической оси зрительного аппарата, а также соседство последующего контролируемого диапазона зрительного аппарата и его предварительную частичную адаптацию, что позволяет экономить время на проведение испытания, повышать степень их комфортности. Путем изменения угловых размеров контролируемых диапазонов зрительного аппарата, а также путем их поочередного контроля в направлении развертывающейся спирали Архимеда (см., например, Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. М.: Наука, 1984, с.74) регулируют степень полноты его контроля. Благодаря этому обеспечиваются широкие возможности в выборе методики проведения испытаний, определяемой контингентом испытуемых и их состоянием (состоянием их зрительных аппаратов).

Выбор спирали Архимеда в качестве основы алгоритма перемещения точечного источника света обусловлен особенностями ее математической модели, позволяющей относительно простую ее аппаратурную реализацию, а также (изменением ее параметров) регулировку в широких пределах полноты контроля зрительного аппарата. Например, при неподвижном положении головы оператора угол эффективной видимости зрительного аппарата в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет ориентировочно 30 градусов (см., например, В.М.Гасов, Л.А.Соломонов. Инженерно-психологическое проектирование взаимодействия человека с технологическими средствами. М.: Высшая школа, 1990, с.111-124). Использование в этом случае спирали Архимеда дает возможность выполнения контроля всех зон зрительного аппарата (верхней, нижней, правой и левой) с необходимой для конкретного случая полнотой: от единиц до тысяч областей зрительного аппарата, в зависимости от принятых их размеров (как в случаях перекрытия областей между собой, так и в случаях их отсутствия). То есть, чем меньше угловой размер области, тем их количество на спирали Архимеда будет больше. Исследования показывают, что для большинства задач, выполняемых операторами, целесообразно ограничение диапазона изменения угловых размеров контролируемых областей (диапазонов) в пределах 1-5 градусов.

В ряде случаев в процессе испытаний в каком-либо диапазоне (в какой-либо области) реакция испытуемого на световое раздражение может отсутствовать. В таком случае делают вывод о поражении зрительного аппарата в этом диапазоне.

Применение предлагаемого способа определения состояния зрительного аппарата позволяет существенно расширить контролируемую область зрительного аппарата (вплоть до полной), что обеспечивает повышение точности и достоверности оценки. Экранирование поля зрения испытуемого, а также формирование световых потоков постоянного и мелькающего света посредством точечного источника света, как и в прототипе, исключают действие посторонних источников света, обеспечивают воздействие световых потоков именно на контролируемую часть сетчатки глаза (на ее центральную часть или на центральную часть последующих диапазонов), в которых в определенной степени зрительный аппарат устает в процессе работы. При этом практически исключается действие и соседних областей зрения, что повышает достоверность результата. Использование (как и в прототипе) для определения состояния зрительного аппарата (степени зрительного утомления) относительных единиц и процентов (см. математические выражения) позволяет устранить недостатки из-за небольших величин сдвига абсолютных значений и перейти к более удобным единицам измерения, позволяющим к тому же проводить сравнительную оценку испытуемых между собой.

Таким образом, предложенный способ позволяет существенно расширить контролируемую область зрительного аппарата, повысить точность и достоверность оценки его состояния у испытуемых, в частности степень их зрительного утомления, и прогнозировать тем самым изменение их производственных показателей, позволяющих оптимизировать распределение выполняемых ими функций на рабочих местах. Кроме того, процедура исследования в этом способе обеспечивает еще более щадящий режим (по сравнению с прототипом) для зрительной системы, позволяет избегать травмирования зрительного аппарата, сохранять его характеристики и долголетие.

Способ определения состояния зрительного аппарата, заключающийся в том, что поле зрения испытуемого экранируют от посторонних световых источников и проводят адаптацию зрения испытуемого путем подачи в его поле зрения постоянного светового потока в течение 3-5 мин, после чего световой поток модулируют потоком мелькающего света постоянной частоты, осуществляют плавное изменение амплитуды мельканий путем ее увеличения от нуля до величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, световые потоки постоянного и мелькающего света формируют посредством точечного источника света, в качестве потока мелькающего света применяют поток, изменяемый по синусоидальному закону, увеличение амплитуды мельканий производят путем увеличения амплитуды переменного синусоидального светового потока и оценивают состояние зрительного аппарата, отличающийся тем, что точечный источник света перемещают поочередно в n областей поля зрения испытуемого, начиная с центральной, центр которой маркируют и совмещают с оптической осью зрительного аппарата испытуемого, затем перемещают последовательно в центры n-1 областей поля зрения испытуемого при неизменном положении оптической оси его зрительного аппарата в направлении раскручивающейся спирали Архимеда, при этом угловые размеры каждой области в зависимости от требуемых характеристик испытуемых устанавливают в диапазоне 1-5°, состояние зрительного аппарата оценивают для каждого диапазона в соответствии с выражениями

где Сза₍₁₎ - состояние зрительного аппарата первого диапазона (центрального);

Ат₍₁₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий) для глаза в его утомленном (текущем) состоянии в первом диапазоне;

Ао₍₁₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий) для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии в первом диапазоне;

Сза₍₂₎ - состояние зрительного аппарата второго диапазона;

Ат₍₂₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий) для глаза в его утомленном (текущем) состоянии во втором диапазоне;

Ао₍₂₎ - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий) для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии во втором диапазоне;

Сза_(n) - состояние зрительного аппарата n-ого диапазона;

Ат_(n) - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий) для глаза в его утомленном (текущем) состоянии в n-м диапазоне;

Ао_(n) - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий) для глаза в его отдохнувшем (исходном) состоянии в n-м диапазоне,

а в случае отсутствия реакции испытуемого на световое раздражение в определенном диапазоне делают вывод о поражении зрительного аппарата в этом диапазоне.