СФЕРОПЕРИМЕТР Российский патент 2018 года по МПК A61B3/24 

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и может использоваться для ранней диагностики первичной глаукомы и других заболеваний, уменьшающих поле зрения глаза человека.

Известно, что для выявления развития оптической нейропатии, в частности при глаукоме, огромное значение имеет раннее выявление начальных изменений периферического зрения. Начальные признаки оптической нейропатии определяют по снижению порога чувствительности сетчатки. Известны устройства для исследования поля зрения (авторские свидетельства №№430841, 596219, 654245, 810209, 950305, 1205890 и патент SU №1489572), которые имеют общий существенный недостаток, обусловленный физиологией лица (наличием носа, надбровья и скуловой кости). Данные устройства не позволяют исследовать полные границы поля зрения глаза, а только его определенные суженные участки. Как правило, это: кверху 55÷60°, книзу 65÷70°, к носу 55÷60°, к скуловой кости 90°. Таким образом, без исследования остаются латеральные отделы сетчатки, состояние которых является определяющим при ранней диагностике заболеваний сетчатки, что фиксируется как проявление «носовой ступеньки».

Согласно международному стандарту ISO 12866 для определения угла периферического зрения, чувствительности зон сетчатки и контраста бокового зрения используют световые стимулы (световые тест-объекты), которые должны четко наблюдаться (находиться на расстоянии удобного наблюдения не менее 250÷300 мм), иметь размер до 0,75 мм (угловой размер до 3 мрад), иметь возможность изменять яркость и время включения. Применение в качестве световых тест-объектов светодиодов, расположенных на сферической поверхности малого радиуса, максимально приближенной к глазу (патент РФ №2285440), удобно, но не позволяет выполнить основное условие международного стандарта ISO 12866 - четкое наблюдение оптического стимула. Как известно, невозможно четко наблюдать объект, расположенный на расстоянии 50÷70 мм от глаза. Кроме этого, нарушается второе требование международного стандарта ISO 12866 - размер оптического стимула на оптимальном расстоянии наблюдения не должен превышать 0,75 мм. Так как светодиоды находятся близко к глазу и их стандартные размеры обычно не менее 1 мм, то они имеют угловые размеры больше, чем это необходимо (по расчетам - более 14 мрад).

В изобретении, патент РФ №2463947, представлена попытка создать сферопериметр небольших размеров, выполняющий требования международного стандарта ISO 12866. В данном изобретении используется полусферический экран с установленными световыми тест-объектами (стимулами) определенного диаметра, а перед глазом устанавливается корректирующая линза, которая строит мнимое изображение оптических стимулов на оптимальном для наблюдения глазом расстоянии. Сферопериметр работает в паре с персональным компьютером. Кроме этого, габаритные размеры представленного сферопериметра и требования к работе не позволяют использовать его в домашних условиях.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на создание сферопериметра минимального размера - в виде очков, что позволит применять его в домашних условиях с максимальной автоматизацией процесса измерения.

В предлагаемом изобретении технический результат достигается использованием сферопериметра в виде очков, в которых используется один оптический канал, состоящий из изогнутой по цилиндрической поверхности асферической положительной линзы Френеля, изогнутого по цилиндрической поверхности экрана, который формирует световые тест-объекты, при этом радиусы кривизны поверхностей линзы и экрана равны, а центры кривизны смещены на расстояние равное фокусному расстоянию линзы по оптической оси системы.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1.

На фигуре 1 представлена оптическая схема сферопериметра.

Известно, что точечный объект, расположенный в фокальной плоскости идеальной (асферической) линзы наблюдается глазом на бесконечности (без напряжения), и на сетчатке глаза строится точечное изображение объекта. Для уменьшения размеров сферопериметра и уменьшения сферических аберраций можно использовать экран в виде индикатора созданного по технологии LCD или OLED, используемого в телефонах, смартфонах, проекторах и плоских телевизорах, а его пиксели расположить в фокусе асферической линзы Френеля. Такой способ построения изображения на бесконечности используется в большинстве современных виртуальных шлемов (очков). В отличие от виртуальных очков (шлемов), где используются два одинаковых оптических канала (для каждого глаза), для сферопериметра достаточно использовать один канал зрения. Максимальные углы формирования световых тест-объектов данным способом ±45° от оси симметрии схемы, что недостаточно для диагностики заболеваний сетчатки глаза, когда необходимо формировать максимальные углы наблюдения световых тест-объектов до ±90° от оси симметрии схемы.

Для увеличения угла наблюдения световых тест-объектов можно максимально близко поднести линзу Френеля к глазу, но тогда вырастут сферические аберрации (такие как дисторсия), при этом максимальный угол формирования световых тест-объектов увеличиться лишь на ±10°, что недостаточно.

Некоторые фирмы-производители виртуальных шлемов (очков) для увеличения угла зрения виртуального пространства используют в каждом канале наклоненные к оптической оси дополнительную линзу и дополнительный экран, установленные на фокусном расстоянии линзы и параллельно друг к другу. Такое построение позволяет создавать виртуальные шлемы с углами зрения виртуального пространства (угол формирования световых тест-объектов) к скуловой кости больше, чем 90° от оптической оси, поэтому способ можно использовать в сферопериметре. Существенными недостатками сферопериметра с такой оптической схемой является увеличение цены (в несколько раз), сложность программного обеспечения (сшивка изображений для нескольких экранов) и наличие мест стыковки наклоненных линз, где отсутствует полезная информация.

Авторами предлагается для увеличения угла формирования световых тест-объектов использовать следующее устройство сферопериметра: сферопериметр в виде очков, в которых используется один оптический канал, который состоит из изогнутой по цилиндрической поверхности положительной асферической линзы Френеля, из изогнутого по цилиндрической поверхности экрана, содержащего световые тест-объекты, при этом радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены на фокусное расстояние линзы по оптической оси системы, при этом угол зрения определяется с помощью системы управления световыми тест-объектами сферопериметра и электрически связанной с ней электронной кнопки.

Работа сферопериметра поясняется с помощью фиг. 1. Сферопериметр в виде очков надевается на лицо пациента, при этом для исследуемого глаза 1 используется один оптический канал, а второй глаз затемнен. Далее в оптическом канале системой управления световыми тест-объектами по определенной программе включается световой тест-объект 4. Световой поток от тест-объекта (пикселя) 4 экрана 3, изогнутого по цилиндрической поверхности, проходит через положительную линзу Френеля 2, также изогнутую по цилиндрической поверхности. Расчеты показали, что если радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены вдоль оптической оси на фокусное расстояние линзы, то изображение любого тест-объекта 4 будет наблюдаться глазом на бесконечности (без напряжения). При этом проявляется сферическая аберрация - дисторсия, которую можно компенсировать электронным путем, смещая пиксели экрана. При таком построении оптической схемы углы наблюдения световых тест-объектов достигают ±90° от центральной оси системы. В процессе определения полей зрения глаза на экране постоянно засвечивается центральный световой тест-обьект, а периферический световой тест-объект перемещается в сторону и периодически кратковременно включается. При этом пациент должен сосредоточить свой взгляд на центральном, постоянно светящемся тест-объекте, и при кратковременном включении периферического светового тест-объекта с помощью электронной кнопки подтверждать, что периферический тест-объект наблюдается. Если периферический световой тест-объект не наблюдается, то кнопка не нажимается. Согласно международному стандарту ISO 12866, для диагностики чувствительности сетчатки глаза необходимо управлять яркостью световых тест-объектов, а для измерения светового контраста необходимо изменять общий световой фон, на котором наблюдаются световые тест-объекты. Для этого можно использовать стандартные LCD, OLED, AMOLED экраны, размер пикселя (минимальный диаметр светового тест-объекта) которых достигает 63 мкм. Кроме этого, в настоящее время уже существуют экраны, изготовленные по LCD и flexible AMOLED технологии (www:oled-info.com), которые можно изгибать (радиус изгиба до 10 мм). Информацию о результатах измерения поля зрения глаза можно вывести на информационный экран, который используется для формирования световых тест-объектов, или на внешнее устройство (смартфон, персональный компьютер и т.п.). В качестве системы управления световыми тест-объектами сферопериметра можно использовать встроенный в сферопериметр микроконтроллер или внешнее устройство (смартфон, нетбук, планшетный или персональный компьютер).

Для проведения процедуры диагностики состояния сетчатки второго глаза целесообразно предусмотреть конструкцию сферопериметра с возможностью переворота очков сферопериметра и проведения процедуры на втором глазу.

Использование кнопки, связанной проводами с очками сферопериметра, может вызывать некоторые неудобства при использовании сферопериметра, поэтому предлагается использовать кнопку, связанную с системой управления световыми тест-объектами сферопериметра по радиоканалу (например, по каналу blue-tooth).

Для еще большей автоматизации процесса диагностики сетчатки глаза авторами предлагается использовать колебательный рефлекс глаза при возникновении кратковременного светового сигнала на периферии зрения. Данный рефлекс обусловлен тем, что если человек наблюдает перед собой объект и в это время произойдет регистрация боковым зрением светового импульса, то глаз непроизвольно дернется в сторону светового импульса. Данное свойство глаза можно использовать и при диагностике сетчатки глаза с помощью сферопериметра, при этом может отсутствовать электронная кнопка, а колебания глаза можно фиксировать с помощью датчика колебания глаза, в качестве которого можно использовать короткофокусную видеокамеру, щуп, установленный на веко глаза, оптический триангуляционный датчик и т.п.

На основании вышеизложенного авторами предлагается следующее устройство сферопериметра: сферопериметр в виде очков, в которых используется один оптический канал, который состоит из изогнутой по цилиндрической поверхности положительной асферической линзы Френеля, из изогнутого по цилиндрической поверхности экрана, содержащего световые тест-объекты, при этом радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены на фокусное расстояние линзы по оптической оси системы, при этом угол зрения определяется с помощью системы управления световыми тест-объектами сферопериметра, которая электрически связана с датчиком колебания глаза, в качестве которого можно использовать короткофокусную видеокамеру, щуп, оптический триангуляционный датчик и т.п.

Работа сферопериметра поясняется с помощью фиг. 1. Сферопериметр в виде очков надевается на лицо пациента, при этом для исследуемого глаза 1 используется один оптический канал, а второй глаз затемнен. Далее в оптическом канале системой управления световыми тест-объектами по определенной программе включается световой тест-объект 4. Световой поток от тест-объекта (пикселя) 4 экрана 3, изогнутого по цилиндрической поверхности, проходит через положительную линзу Френеля 2, также изогнутую по цилиндрической поверхности. Расчеты показали, что если радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены вдоль оптической оси на фокусное расстояние линзы, то изображение любого тест-объекта 4 будет наблюдаться глазом на бесконечности (без напряжения). При этом проявляется сферическая аберрация - дисторсия, которую можно компенсировать электронным путем, смещая пиксели экрана. При таком построении оптической схемы углы наблюдения световых тест-объектов достигают ±90° от центральной оси системы. В процессе определения полей зрения глаза на экране постоянно засвечивается центральный световой тест-объект, а периферический световой тест-объект перемещается в сторону и периодически кратковременно включается. При этом пациент должен сосредоточить свой взгляд на центральном, постоянно светящемся тест-объекте, и если при кратковременном включении периферического светового тест-объекта срабатывает датчик колебания глаза, то это подтверждает, что периферический световой тест-объект наблюдается. Если датчик колебания глаза не срабатывает, то делается вывод, что периферический световой тест-объект не наблюдается.

Так как у обычного человека рефлекс перемещения глаза в сторону светового сигнала действует на оба глаза одновременно, то конструктивно датчик колебания глаза можно связать со вторым глазом, который в процессе процедуры измерения углов зрении затемнен.

Группа изобретений относится к медицине, в частности к офтальмологии. Сферопериметр содержит экран со световыми тест-объектами и положительную линзу. Сферопериметр выполнен в виде очков, в которых используется один оптический канал, состоящий из положительной асферической линзы Френеля, которая изогнута по цилиндрической поверхности, а экран изогнут по цилиндрической поверхности. Радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены на фокусное расстояние линзы по оптической оси системы. Угол зрения глаза определяется с помощью системы управления световыми тест-объектами, встроенной в сферопериметр, и электрически связанной с ней электронной кнопки. В другом варианте сферопериметра система управления световыми тест-объектами электрически связана с датчиком колебания глаза. Применение данной группы изобретений позволит уменьшить размеры устройства для возможности использования в домашних условиях. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сферопериметр, содержащий экран со световыми тест-объектами и положительную линзу, отличающийся тем, что сферопериметр выполнен в виде очков, в которых используется один оптический канал, состоящий из положительной асферической линзы Френеля, которая изогнута по цилиндрической поверхности, а экран изогнут по цилиндрической поверхности, при этом радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены на фокусное расстояние линзы по оптической оси системы, при этом угол зрения глаза определяется с помощью системы управления световыми тест-объектами, встроенной в сферопериметр, и электрически связанной с ней электронной кнопки.

2. Сферопериметр по п. 1, отличающийся тем, что электронная кнопка связана с системой управления световыми тест-объектами сферопериметра по радиоканалу.

3. Сферопериметр, содержащий экран со световыми тест-объектами и положительную линзу, отличающийся тем, что сферопериметр выполнен в виде очков, в которых используется один оптический канал, состоящий из положительной асферической линзы Френеля, которая изогнута по цилиндрической поверхности, а экран изогнут по цилиндрической поверхности, при этом радиусы кривизны цилиндрических поверхностей линзы и экрана равны, а их оси симметрии параллельны и смещены на фокусное расстояние линзы по оптической оси системы, при этом угол зрения глаза определяется с помощью системы управления световыми тест-объектами, встроенной в сферопериметр, которая электрически связана с датчиком колебания глаза.

4. Сферопериметр по п. 3, отличающийся тем, что в качестве датчика колебания глаза используется короткофокусная видеокамера.

5. Сферопериметр по п. 3, отличающийся тем, что в качестве датчика колебания глаза используется щуп, установленный на веко глаза.

6. Сферопериметр по п. 3, отличающийся тем, что в качестве датчика колебания глаза используется оптический триангуляционный датчик.