Способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы

Способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы

Реферат

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы.

Известно, что вначале зрительную систему рассматривали как один пространственный фильтр. Предполагали, что чувствительность зрительной системы к различным пространственным частотам определяется передаточной функцией этого фильтра [1]. Кемпбелл и Робсон впервые высказали предположение, что зрительная система состоит из множества параллельных каналов-фильтров, каждый из которых чувствителен к определенным пространственным частотам, то есть имеет свою полосу пропускания [2].

Известны эксперименты Блэкмора и Кемпбелла, установившие существование пространственно-частотных каналов в зрительной системе. Они показали, что адаптация к синусоидальной решетке определенной частоты вызывает снижение чувствительности только к этой частоте и ее ближайшим окрестностям. Вычитая из передаточной функции зрительной системы ту же функцию, полученную после адаптации к одной частоте, авторы получили пространственно-частотную характеристику канала, настроенного на эту частоту [3].

Пространственно-частотные каналы со своей полосой пропускания занимают некоторый участок в видимом диапазоне. Полосы пропускания пространственно-частотных каналов всей зрительной системы перекрывают весь видимый пространственно-частотный диапазон [4].

Известно определение полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы с помощью тонких светлых и темных полос, а также решеток разной пространственной частоты с синусоидальным распределением освещенности. При этом под пространственной частотой решетки понимается число периодов распределения яркости на один градус поля зрения [4, 5].

Известно определение полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы путем формирования синусоидальных решеток на экране электронно-лучевых трубок [2, 6], а также с использованием персональных компьютеров [7].

Недостатком способов является низкая точность определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы путем предъявления испытуемому световых мельканий, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, например, 10 Гц, затем световые мелькания с увеличенной по сравнению с начальной - инкрементной или уменьшенной по сравнению с начальной - декрементной частотами, при этом вначале предъявляют световые мелькания с непрерывно увеличивающейся инкрементной или непрерывно уменьшающейся декрементной частотами, после этого поочередно с заданным постоянным периодом, равным, например, 1 с, световые мелькания с начальной и инкрементной или начальной и декрементной частотами, причем на первом этапе измерений после предъявления световых мельканий с заданной начальной частотой вначале непрерывно увеличивают с заданной постоянной скоростью, например, 0,5 Гц/с инкрементную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит субъективно разницу между начальной и инкрементной частотами и не зафиксирует в этот момент первую инкрементную частоту световых мельканий, затем предъявляют поочередно с заданным постоянным периодом световые мелькания с начальной частотой и уменьшающейся во время предъявления с заданной постоянной скоростью, например, 0,25 Гц/с инкрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит, когда предъявляемые поочередно световые мелькания с начальной и инкрементной частотами не различаются, и не зафиксирует в этот момент вторую инкрементную частоту световых мельканий, после этого предъявляют поочередно с заданным постоянным периодом световые мелькания с начальной частотой и увеличивающейся в моменты начала предъявления дискретно с заданным шагом, например, 0,1 Гц инкрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит порог различения предъявляемых поочередно световых мельканий с начальной и инкрементной частотами и не зафиксирует в этот момент третью инкрементную частоту световых мельканий, значение порога вычисляют как разность между третьей инкрементной и начальной частотами световых мельканий, на втором этапе измерений после предъявления световых мельканий с той же заданной начальной частотой вначале непрерывно уменьшают с той же заданной постоянной скоростью 0,5 Гц/с декрементную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит субъективно разницу между начальной и декрементной частотами и не зафиксирует в этот момент первую декрементную частоту световых мельканий, затем предъявляют поочередно с заданным постоянным периодом световые мелькания с начальной частотой и увеличивающейся во время предъявления с той же заданной постоянной скоростью 0,25 Гц/с декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит, когда предъявляемые поочередно световые мелькания с начальной и декрементной частотами не различаются, и не зафиксирует в этот момент вторую декрементную частоту световых мельканий, после этого предъявляют поочередно с заданным постоянным периодом световые мелькания с начальной частотой и уменьшающейся в моменты начала предъявления дискретно с тем же заданным шагом 0,1 Гц декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит порог различения предъявляемых поочередно световых мельканий с начальной и декрементной частотами и не зафиксирует в этот момент третью декрементную частоту световых мельканий, значение порога вычисляют как абсолютную разность между третьей декрементной и начальной частотами световых мельканий, полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значений порогов различения частот световых мельканий, вычисленных на первом и втором этапах измерений [8].

Недостатком способа является длительность процедуры измерений для определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы, что ограничивает его использование при массовых обследованиях.

Технический результат предлагаемого способа определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы заключается в уменьшении времени измерений, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, причем новым является то, что световые мелькания предъявляют одновременно с использованием 10 пар светодиодов, каждой из которых соответствует одна из 10 кнопок, частоту световых мельканий первых светодиодов в парах не меняют; на первом этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода на 0,5 Гц, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,5 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку; на втором этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,5 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,1 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частоты световых мельканий второго светодиода этой пары; значение порога различения частот световых мельканий вычисляют как разность между зафиксированной на втором этапе частотой второго светодиода и начальной частотой; на третьем этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой первого светодиода на 0,5 Гц, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,5 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку; на четвертом этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,5 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,1 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частоты световых мельканий второго светодиода этой пары; значение порога различения частот световых мельканий вычисляют как абсолютную разность между зафиксированной на четвертом этапе частотой второго светодиода и начальной частотой; полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значений порогов различения частот световых мельканий, вычисленных на втором и четвертом этапах измерений.

На чертеже представлена схема, содержащая 10 пар светодиодов HL1-HL20 и соответствующих им 10 кнопок SA1-SA10.

Предлагаемый способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой одновременно с использованием 10 пар светодиодов HL1-HL20, каждой из которых соответствует одна из 10 кнопок SA1-SA10. Частоту световых мельканий первых светодиодов в парах не меняют.

На первом этапе измерений на второй светодиод первой пары HL2 подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода HL1 на 0,5 Гц. На каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,5 Гц. Испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку.

На втором этапе измерений на второй светодиод первой пары HL2 подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,5 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются. На каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,1 Гц. Испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частоты световых мельканий второго светодиода этой пары.

Значение порога различения частот световых мельканий вычисляют как разность между зафиксированной на втором этапе частотой второго светодиода и начальной частотой.

На третьем этапе измерений на второй светодиод первой пары HL2 подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой первого светодиода HL1 на 0,5 Гц. На каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,5 Гц. Испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку.

На четвертом этапе измерений на второй светодиод первой пары HL2 подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,5 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются. На каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,1 Гц. Испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частоты световых мельканий второго светодиода этой пары.

Значение порога различения частот световых мельканий вычисляют как абсолютную разность между зафиксированной на четвертом этапе частотой второго светодиода и начальной частотой.

Полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значений порогов различения частот световых мельканий, вычисленных на втором и четвертом этапах измерений.

Экспериментально установлено, что разрешающая способность зрения по частоте световых мельканий при начальной частоте, равной 10 Гц, для здорового человека находится в пределах от 1,0 до 2,3 Гц. Исходя из этих значений на первом этапе измерений шаг изменения частоты второго светодиода принят с запасом, равным 0,5 Гц. Шаг изменения частоты второго светодиода на втором этапе измерений равен 0,1 Гц, так как точность измерений разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий принята равной 0,1 Гц.

Заявляемый способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий позволяет уменьшить время обследования.

Таким образом, заявляемый способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала обладает свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому Б., 18 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT одновременно на светодиоды HL1-HL20 пульта испытуемого импульсы, предъявили световые мелькания с начальной частотой, равной 10 Гц. Частота световых мельканий первых светодиодов в парах не менялась. В процессе измерений через порт LPT с пульта испытуемого на персональный компьютер подавался на каждом этапе измерений код нажатой кнопки SA1-SA10, по которому компьютер фиксировал частоту световых мельканий второго светодиода пары, соответствующей нажатой кнопке, и переходил к следующему этапу измерений.

На первом этапе измерений компьютер выдал на вторые светодиоды пар импульсы с частотами, приведенными в таблице 1.

Таблица 1
№ пары	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота мельканий, Гц	10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15

Испытуемый определил пару №4, частоты световых мельканий которой различаются, и нажал соответствующую ей кнопку SA4, на что потратил 2,5 с.

На втором этапе измерений компьютер выдал на вторые светодиоды пар импульсы с частотами, приведенными в таблице 2.

Таблица 2
№ пары	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота мельканий, Гц	11,5	11,6	11,7	11,8	11,9	12	12,1	12,2	12,3	12,4

Испытуемый определил пару №3, частоты световых мельканий которой различаются, и нажал соответствующую ей кнопку SA3, на что потратил 3 с.

На третьем этапе измерений компьютер выдал на вторые светодиоды пар импульсы с частотами, приведенными в таблице 3.

Таблица 3
№ пары	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота мельканий, Гц	9,5	9	8,5	8	7,5	7	6,5	6	5,5	5

Испытуемый определил пару №4, частоты световых мельканий которой различаются, и нажал соответствующую ей кнопку SA4, на что потратил 2 с.

На четвертом этапе измерений компьютер выдал на вторые светодиоды пар импульсы с частотами, приведенными в таблице 4.

Таблица 4
№ пары	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота мельканий, Гц	8,5	8,4	8,3	8,2	8,1	8	7,9	7,8	7,7	7,6

Испытуемый определил пару №5, частоты световых мельканий которой различаются, и нажал соответствующую ей кнопку SA5, на что потратил 2,5 с.

В результате испытуемый определил значение полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы, равное 1,8 Гц, потратив на это 10 с.

При определении полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы по известному способу [8] испытуемый потратил 16 с, то есть на 6 с или на 60% времени больше.

Для оценки достоверности уменьшения времени измерений определена полоса пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы по предложенному способу и известному способу [8] в группе из 10 испытуемых, каждый из которых определил полосу пропускания каждым способом. Уменьшение времени измерений при определении полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы по предложенному способу по сравнению с определением по известному способу [8] составило от 5 до 11 с.

Таким образом, предлагаемый способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий позволяет уменьшить время измерений и может применяться при массовых обследованиях.

Источники информации

1. Kelly D.H. Spatial frequency, bandwidth, resolution // Appl. Optics. - 1965. - V.4. - №2. - Р.435-437.

2. Campbell F.W., Robson J. Application of Fourier analysis to the visibility of gratings // J. Physiol. - 1968. - V.197. - №3. - P.551-561.

3. Blakemore C.B., Campbell F.W. On the existence in the human visual system of neurons selectively sensitive to the orientation and size of retinal images // J. Physiol. - 1969. - V.203. - №1. - P.237-260.

4. Шелепин Ю.Е., Колесникова Л.Н., Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия: Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л.: Наука, 1985. - 103 с.

5. Глезер В.Д. Зрение и мышление. Изд. 2-е, испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.

6. Green D.G., Campbell F.W. Effect of focus on the visual response to a sinusoidally modulated spatial stimulus // J. Opt. Soc. Amer. - 1965. - V.55. - №9. - P.1154-1157.

7. Болсунов К.Н. Метод и средства визоконтрастометрии для задач ранней диагностики нарушений зрения: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - С-Пб., 1997. - 15 с.

8. Патент 2211657 РФ, А61В 3/00. Способ определения полосы пропускания пространственно-частотных каналов зрительной системы / В.В.Роженцов, Т.А.Лежнина (РФ). - Опубл. 10.09.2003, Бюл. №25. - 8 с.

Способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы путем предъявления испытуемому световых мельканий с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, отличающийся тем, что световые мелькания предъявляют одновременно с использованием 10 пар светодиодов, каждой из которых соответствует одна из 10 кнопок, частоту световых мельканий первых светодиодов в парах не меняют; на первом этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода на 0,5 Гц, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,5 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку; на втором этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,5 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,1 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частоты световых мельканий второго светодиода этой пары; значение порога различения частот световых мельканий вычисляют как разность между зафиксированной на втором этапе частотой второго светодиода и начальной частотой; на третьем этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой первого светодиода на 0,5 Гц, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,5 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку; на четвертом этапе измерений на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,5 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,1 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частоты световых мельканий второго светодиода этой пары; значение порога различения частот световых мельканий вычисляют как абсолютную разность между зафиксированной на четвертом этапе частотой второго светодиода и начальной частотой; полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значений порогов различения частот световых мельканий, вычисленных на втором и четвертом этапах измерений.