Способ и устройство дистанционной экспресс-диагностики зрительного анализатора Российский патент 2020 года по МПК A61B3/00 

Заявленное изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии для диагностики (документально-инструментального подтверждения) рабочего состояния зрительного анализатора и мониторинга его реакционно-релаксационных и адаптационных перестроек.

Может быть использовано для дистанционной экспресс-диагностики людей, находящихся в движущихся системах в условиях измененного гравитационного поля, а также людей экстремальных и особо ответственных профессий для которых зрительный анализатор несет максимальную информационную нагрузку по сравнению с другой совокупностью периферических и центральных сенсорных и сенсомоторных структур центральной нервной системы.

В условиях космического полета организм человека подвергается измененным условиям гравитации, длительной изоляции, своеобразной световой обстановке и смене времени суток, эмоциональной напряженности и другим экстремальным воздействиям. Изменение вестибулярной функции в невесомости вызывает реакцию компенсаторного противовращения глаз, рефлексы навигации тела, подавляется афферентация, меняется взаимодействие вестибулярного аппарата с глазодвигательным и т.п. При этом одними из основных функций космонавта остаются операторская деятельность и визуально-инструментальные наблюдения как наземных объектов в решении задач дистанционного зондирования Земли, так и разнообразных космических явлений и объектов искусственного или планетарного происхождения.

Комплексной функцией зрительного анализатора человека, зависящей от контрастной чувствительности, остроты зрения, реакционно-релаксационных процессов и ряда других психофизиологических факторов, служит исследование пространственно-контрастной чувствительности [Определение остроты зрения (Визометрия) - https://beregizrenie.ru/diagnostika/vizometriya/, https://ru.wikipedia.org/; Визоконтрастометрия - https://zreni.ru/articles/oftalmologiya/4389-vizokontrastometriya-sovremennaya-oftalmologiya].

Изменения пространственно-контрастной чувствительности могут быть первым признаком как простого утомления, так и более серьезных процессов перестройки зрительного анализатора. Более того, поскольку очень сходные нарушения могут возникать как при самой разнообразной патологии зрительно-нервного и оптического аппарата, так и вестибуло-моторного и психофизического аппарата в целом, то данные визоконтрастометрии могут расцениваться как скрининговые (предварительные, доврачебные выявления рисков), с последующим уточнением причин снижения ПКЧ другими методами.

Установлено, что рецептивные поля зрительного анализатора подобны системе локальных фильтров разных пространственных частот и ориентации. Лучшими тестовыми стимулами для их возбуждения служат не точка и не линия [http://medbe.ru/materials/diagnostika-i-obsledovanie/issledovanie-kontrastnoy-chuvstvitelnosti], а разноконтрастные черно-белые или хроматические синусоидальные решетки (с размытыми контурами, разных направлений и ширины полос) [Ю.Е. Шелепин и др. Визоконтрастометрия. Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л. Изд-во «Наука», 1985 г.]. Тестовые контрастные решетки могут быть выполнены в виде изображений, яркости которых меняются по синусоидальному закону в горизонтальной плоскости с плавным изменением коэффициента модуляции по заданному закону в вертикальной плоскости. Контрастность горизонтальной строки решетки равна соответствующему контрасту модуляции [Атлас и пособие по визоконтрастопериметрии. Волков В.В. и др., 1987 г.].

Известны способы компьютерных (программно-аппаратных) реализаций визоконтрастометрии в виде устройств «Эрготест» разных модификаций [Ю.Е. Шелепин и др. Визоконтрастометрия. Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л. Изд-во «Наука», 1985 г. ] и их усовершенствованных аналогов типа «ZEBRA» [Шамшинова A.M., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. - М., 1999. - 416 с.]. Известны специализированные паттерны, генерируемые на экране монитора для тестирования зрительных функций «Optometric chart presenting apparatus» [US 6244713 B1], «Visual acuity examination apparatus» [US 6425665 B2], «Optotype presenting apparatus» [US 7549751] и другие.

Известны существенно усложненные компьютерные способы и устройства для расширения функциональных возможностей и комплексной оценки; для повышения точности измерений и диагностики, профилактики и коррекции состояния вестибулярной функции и межсенсорных взаимодействий с функциями зрительного анализатора [RU 2307575, RU 2301622, RU 2480155]; устройства для скрининговой диагностики зрения [RU 2210972] и с учетом условий синтеза оптотипов и факторов освещенности при визоконтрастометрии [RU 2401051] и другие «Способы проверки остроты зрения» [RU 2523142] и «Устройство для диагностики зрения» [RU 141056].

С развитием компьютерных и телекоммуникационных технологий интенсивно развиваются технологии «Телемедицины» - дистанционной медицины, технологии проведения удаленных обследований и принятия экспертных решений, когда расстояния или условия прямого общения являются критическими (космический полет, хождение по морям, удаленные научные или военные экспедиции), а специалисты соответствующего направления и квалификации отсутствуют [Телемедицина, https://ru.wikipedia.org/wiki/…].

Известна система обследования зрения с использованием телемедицины «System for vision examination utilizing telemedicine» [US 7520611]. В этом способе и устройстве предполагается совместная скоординированная работа диагностических медицинского центра и удаленного модуля, который оснащен оборудованием, достаточным для проведения ряда диагностических исследований и передачи полученной информации по каналам связи в диагностический центр для квалифицированной обработки полученных результатов и формирования на их основе базы данных и экспертных заключений. Техническое решение предполагает наличие интерфейса и позволяет создать условия для дистанционного проведения ряда диагностических приборных обследований в регионах и учреждениях, не обладающих специалистами нужной квалификации. Недостатком данной системы является невозможность проводить в дистанционном режиме тестирование зрительного анализатора человека.

Для пилотируемых космических полетов на орбитальных станциях или космических кораблях, в том числе планируемых для полетов на Луну и на Марс, стоит задача дистанционной экспресс-диагностики, в том числе зрительного анализатора космонавта, являющегося, прежде всего, оператором и орган зрения которого играет определяющую роль по сравнению с другими сенсорами и сенсомоторными совокупностями центральной нервной системы.

Если для наземной инфраструктуры развивающиеся мобильные телемедицинские комплексы (реанимобили и т.п.), объединяющие в себе мощные компьютеры, легко сопрягаемые с разнообразным медицинским оборудованием, средства ближней и дальней беспроводной связи, средства видеоконференции и средства IP-вещания, то на космических кораблях из-за массо-габаритного ограничения подобные диагностические, в том числе офтальмологические системы не представляются возможным ни в настоящем, ни в будущем. Кроме того, при проведении комплексного тестирования зрительных функций требуется как интерактивное участие удаленных экспертов, так и существенные затраты времени в сеансах связи при работе в режиме «on-line». В режиме «off-line» такие способы и устройства не позволяют осуществлять функции самоконтроля и самодиагностики.

Наиболее близким по совокупности и порядку действий является способ компьютерной визоконтрастометрии, реализованный в устройствах «Эрготест» [Ю.Е. Шелепин и др. Визоконтрастометрия. Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л. Изд-во «Наука», 1985 г.] (прототип по способу). Его основным недостатком является ограниченность вариаций предъявления тест-изображений синусоидальной решетки двумя областями, и, как следствие, вероятность ошибки каждого ответа равна 0,5, т.е. «угадал/не угадал». При этом общее психофизиологическое состояние тестируемого остается неопределенным, и, соответственно, насколько уверенным или сомнительным был ответ остается вне рамок диагностики.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату дистанционной визоконтрастометрии является «Устройство и способ дистанционной оценки характеристик зрительного анализатора человека и проведения тренинговых упражнений для развития бинокулярных и высших зрительных функций» [RU 2480142] (прототип по устройству). Устройство позволяет дистанционно тестировать зрительные функции человека, находящегося в удаленном диагностическом модуле, обеспечивая в реальном масштабе времени комплексное тестирование и последующее представление удаленному специалисту (эксперту диагностического медицинского центра) важнейших параметров зрительного анализатора, таких как, острота зрения, бинокулярное и цветовое зрение, другие высшие зрительные функции. При этом одним из основных его недостатков является массо-габаритный форм-фактор (громоздкость) оборудования удаленного диагностического модуля.

Все вышеприведенные способы и устройства диагностики зрительного анализатора предназначены для использования в условиях поликлинических и клинических учреждений с очным участием высококвалифицированных специалистов-медиков и инженерно-технического персонала, обслуживающих такие системы. В удаленных условиях диагностические модули или мобильные телемедицинские комплексы также требуют обслуживание специалистами в том числе с очным или заочным (в режиме видеоконференцсвязи) участием профильных экспертов.

Основным недостатком всех известных способов и устройств диагностики и тестирования зрительного анализатора является субъективный человеческий фактор как со стороны медика-эксперта, так и со стороны тестируемого пациента, его адекватности к сотрудничеству и склонности занижать или завышать свои возможности [Шамшинова A.M., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. - М., 1999. - 416 с.; «Способы проверки остроты зрения» [RU 2523142]. Для людей и профессий в чьи функции входит операторская деятельность или визуально-инструментальное наблюдение, где зрительный анализатор несет максимальную информационную нагрузку по сравнению с другой совокупностью периферических и центральных структур центральной нервной системы подобная «девиантность» недопустима.

В пилотируемом космическом полете наличие измененных условий гравитации, агрессивной среды, экстремальных воздействий, эмоциональной напряженности, длительной изоляции, и прочих критических условий негативно воздействует на психофизическое состояние человека. При этом субъективная мотивация, определяемая психофизическим или эмоциональным состоянием, симулирующая завышенную или заниженную функцию зрительного анализатора в условиях отсутствующего свидетельства или подтверждения или опровержения каких либо фактов, может привести к необратимым последствиям.

Наличие критических расстояний, массо-габаритное ограничение полезной нагрузки (груза, выводимого в космос - на околоземную орбиту и, в планах, далее), ограниченность времени сеансов прямой связи и ряд других ограничений препятствуют организации эффективной и достоверной дистанционной диагностике под контролем экспертов. Соответственно, отсутствие документального подтверждения о рабочем состоянии зрительного анализатора космонавта в период полета не дает объективной достоверности результатов дистанционной диагностики.

Заявленное изобретение предназначено для решения задачи оценки достоверности полученных результатов исследований пространственно-контрастной чувствительности при удаленной диагностике (документально-инструментального подтверждения) зрительного анализатора.

При его осуществлении могут быть получены следующие технические результаты:

- дистанционная экспресс-диагностика (тестирование) в режимах прямой видеоконференцсвязи во время сеанса связи (режим «on-line»), в отсутствие сеанса связи (режим «off-line») или в режиме самоконтроля;

- упрощение программно-аппаратного обеспечения путем использования портативного компьютера с типовыми датчиками функционального контроля (в том числе имеющимися на борту в штатном составе) психофизических параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также при необходимости и возможности дополнительных датчиков других физиологических параметров;

- повышение точности полученных результатов дистанционной экспресс-диагностики при одновременном определении психофизиологического состояния;

- исключения субъективного человеческого фактора - попытки занижать или завышать возможности зрительного анализатора как со стороны эксперта - медика (офтальмолога), так и со стороны тестируемого.

Технический результат по способу достигается тем, что известный способ визоконтрастометрии состоит в компьютерном синтезе тест-изображения синусоидальной решетки и его представления в случайном порядке и в пределах одной из двух частей дисплея компьютера, в ответе на реакцию визуализации тест-изображения указанием через интерфейс управления компьютера части дисплея в которой визуализируется тест-изображение, в изменении параметров тест-изображения в сторону пороговых значений до полного его исчезновения на фоне растрового полутонового шума и начала появления ошибочных ответов с заданным количеством реверсий, и в интерполяции пороговой чувствительности зрительного анализатора по полученному набору ответов [Ю.Е. Шелепин и др. Визоконтрастометрия. Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л. Изд-во «Наука», 1985 г.].

Существенными признаками, отличающими изобретение от прототипа по способу, являются:

- координатная плоскость дисплея ортонормируется на четыре равные прямоугольные части;

- тест-изображение синусоидальной решетки формируется с рандомизацией формы, размеров х×у, параметров синусоидальной решетки - Т (период), К (контраст), Δλ (спектральный диапазон), α (азимут), f (частота пульсаций) и порядка его представления в любой области координатной плоскости дисплея, не ограничиваясь пределами какой либо из его четырех частей;

- ответ формируется либо указанием на соответствующие части дисплея, в которых визуализируется тест-изображение синусоидальной решетки, либо перемещением начала координат из центра ортонормированного дисплея в центр визуализируемого тест-изображения синусоидальной решетки;

- синхронно с ответом контролируются психофизиологические параметры дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи, а также, при необходимости, другие функциональные параметры;

- синтез тест-изображения синусоидальной решетки, анализ ответа, контроль психофизиологических параметров, выдача результатов диагностики и анализ их достоверности осуществляются экспертной системой.

Технический результат по устройству достигается тем, что известное устройство содержит диагностический центр состоящий из компьютерной системы с интерфейсом управления, средств связи и специализированного программного обеспечения; удаленный модуль, состоящий из компьютера, средств связи и специализированного программного обеспечения, генерирующего офтальмологические тест-изображения (оптотипы), включая синусоидальную решетку, и, канал передачи данных, связывающий диагностический центр с удаленным модулем [RU 2480142].

Существенным признаком, отличающим изобретение от прототипа по устройству, является введение экспертной системы с подсистемой приобретения знаний, базой знаний и подсистемой интерпретации задач и ответов, и, системы функционального контроля с датчиками психофизиологических параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также, при необходимости, дополнительных датчиков других физиологических параметров. При этом все датчики связаны с соответствующими входами системы функционального контроля, выход которой связан со входом компьютера удаленного модуля, который связан с подсистемой интерпретации задач и ответов и образует единое целое, выполненное в виде планшетного компьютера с сенсорным графическим дисплеем или портативного компьютера с раздельными дисплеем и интерфейсом управления, а база знаний с подсистемой приобретения знаний связаны с компьютерной системой диагностического центра.

Для оценки достоверности сообщенной (тестируемым) информации известно другое техническое средство - полиграф, используемое при проведении инструментальных психофизиологических исследований с синхронной регистрации параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи и других параметров [А.Ю. Молчанов. Скриниг. Способы повышения достоверности результатов психофизиологических исследований/ООО «МАИЛ». - Москва: ООО «МАИЛ», 2016. 244 с]. Его техническим результатом является представление результатов синхронной регистрации этих психофизиологических параметров в аналоговом или цифровом виде, их анализа и интерпретации экспертами степени достоверности сообщенной информации.

Известны также экспертные (компьютерные «интеллектуальные») системы, позволявшие находить решения по заданным условиям и способные частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации [Джозеф Джарратано, Гари Райли «Экспертные системы: принципы разработки и программирование»: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. - 1152 стр. с ил.].

Предлагаемый способ и устройство дистанционной экспресс-диагностики не претендуют на новизну в части синхронной регистрации психофизиологических параметров и интерпретации результатов экспертами, а также на принцип работы экспертных систем по причине их общеизвестности, а предлагают новую процедуру, содержащую некоторые известные как часть.

Изобретение «Способ и устройство дистанционной экспресс-диагностики» характеризуется: ортонормированием координатной плоскости дисплея на четыре равные прямоугольные части; синтезом тест-изображения синусоидальной решетки с рандомизацией формы, размеров х×у, параметров синусоидальной решетки - Т (период), К (контраст), Δλ, (спектральный диапазон), α (азимут), f (частота пульсаций) и порядка его представления в любой области координатной плоскости дисплея, не ограничиваясь пределами какой либо из его четырех частей; формированием ответа либо указанием на соответствующие части дисплея, в которых визуализируется тест-изображение синусоидальной решетки, либо перемещением начала координат из центра ортонормированного дисплея в центр визуализируемого тест-изображения синусоидальной решетки; возможностью одновременного (синхронного) контроля психофизиологических параметров и выдачей результатов диагностики под управлением экспертной системой.

Полученные при осуществлении изобретения технические результаты, а именно:

- дистанционная экспресс-диагностика (тестирование) в режимах прямой видеоконференцсвязи во время сеанса связи (режим «on-line»), в отсутствие сеанса связи (режим «off-line») или в режиме самоконтроля;

- упрощение программно-аппаратного обеспечения путем использования портативного компьютера с типовыми датчиками для функциональной диагностики (в том числе имеющимися на борту в штатном составе) параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также при необходимости и возможности дополнительных датчиков других физиологических параметров;

- повышение точности полученных результатов при одновременном определении психофизиологического состояния; и,

- исключения субъективного человеческого фактора - занижения или завышения возможности зрительного анализатора как со стороны эксперта -медика (офтальмолога), так и со стороны тестируемого

достигаются за счет того, что:

- координатная плоскость дисплея ортонормируется на четыре равные прямоугольные части;

- тест-изображение синусоидальной решетки синтезируется с рандомизацией формы, размеров х×у, параметров синусоидальной решетки - Т (период), К (контраст), Δλ, (спектральный диапазон), α (азимут), f (частота пульсаций) и порядка его представления в любой области координатной плоскости дисплея, не ограничиваясь пределами какой либо из его четырех частей;

- ответ формируется либо указанием на соответствующие части дисплея в которых визуализируется тест-изображение либо перемещением начала координат из центра ортонормированного дисплея в центр визуализируемого тест-изображения синусоидальной решетки;

- синхронно с ответом контролируются психофизиологические параметры дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи, а также, при необходимости, другие функциональные параметры;

- синтез тест-изображения и его представление на дисплее, анализ ответа и контроль психофизиологических параметров, выдача результатов диагностики и их достоверность осуществляются экспертной системой и в пределах ограниченного времени, сигнализируемым звуковым и/или световым индикаторами.

На фигурах 1 и 2 условно изображены экраны дисплеев с примерами синтезированных тест-изображений синусоидальных решеток, поясняющие способ по п. 1 и по п. 2, соответственно, где: 1, 2, 3 и 4 - I, II, III и IV части - четверти ортонормированного дисплея, 5 - тест-изображения синусоидальных решеток размерами х×у в виде эллипса (фиг. 1) и в виде треугольника (фиг. 2) с вершинами А, В и С; ОХ и OY - ортогональные оси, образующие прямоугольную систему координат с центром в точке О, являющегося геометрическим центром дисплея; точка O_S - центр синтезированного тест-изображения синусоидальной решетки представленного на дисплее; точка O_V - центр визуализируемого зрительным анализатором тест-изображения синусоидальной решетки; параметр е=(е_х, е_у) - рассогласование между центрами O_S и O_V по осям ОХ и OY синтезированного и визуализированного (хорошо распознаваемого) тест-изображений синусоидальной решетки (e_x=|O_S(x) - O_V(x)|, e_y=|O_S(y) - O_V(y)|).

На фигуре 3 изображено устройство для реализации способа, где 6 - диагностический центр в составе: компьютерная 7 система, средства 8 связи (СС) и специализированное 9 программное обеспечение (ПО); 10 - канал передачи данных; 11 - удаленный модуль в составе: средство 12 связи (СС), портативный 13 компьютер (ПК), специализированное 14 ПО и интерактивный 15 интерфейс пользователя (оператора); 16 - экспертная система (ЭС) в составе: база 17 знаний, подсистема 18 приобретения знаний и подсистема 19 интерпретации задач и ответов; 20 - система функционального контроля (СФК) с датчиками 21 психофизиологических n-параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи, а также, с датчиками 22 других функциональных N-параметров жизнедеятельности человека (при необходимости).

Диагностический центр 6 представляет группу взаимосвязанных или смежных профильно-ориентированных информационно-измерительных (диагностических) устройств, построенных на основе компьютерных технологий, одно из которых - компьютерная система 7, действуя в соответствии со специализированным ПО 9, осуществляет автоматизированные сбор и обработку данных, их документирование и представление в заданных форматах специалистам - экспертам. При этом обработка данных может осуществляться как от стационарных (клинических) комплексов, так и от мобильных дистанционных устройств, с помощью канала передачи данных 10 и с использованием средств связи 8 и 12, построенных по беспроводным технологиям [Беспроводные технологии. Электронный ресурс, https://ru.wikipedia.org/wiki/…].

Основу удаленного модуля 11 составляет портативный (переносной, персональный) компьютер 13 (лэптоп, ноутбук, нетбук, смартбук) с типичными компонентами персонального компьютера, включая средство вывода информации - дисплей и средство ввода (интерфейс управления) -клавиатура, компьютерная мышь, джойстик и прочие устройства указания (обычно сенсорная панель или тачпад). Средства ввода-вывода информации ПК 13 в совокупности со зрительным и слуховым анализаторами пользователя (оператора) и межсенсорным взаимодействием мелкой моторики его кистей рук (сенсомоторики) образуют интерактивный 15 интерфейс. При этом ПК 13 может быть выполнен как в раскладном форм-факторе, так и в виде планшетного компьютера с сенсорным графическим дисплеем.

Экспертная система 16 - программно-аппаратная «интеллектуальная» диагностическая система (на фигуре 3 обозначена штриховым контуром), построенная по IT-технологиям, позволяет находить решения по заданным условиям с целью частичной замены специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации вне клинических условиях (на удаленном расстоянии). Ее основу составляет совокупность: базы знаний 17 как модели поведения экспертов в определенной области знаний, в данном случае в области медицины - офтальмологии, с использованием процедур логического вывода и принятия решений - подсистемы 18 (механизма) приобретения знаний, а базы знаний - как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности [Джозеф Джарратано, Гари Райли «Экспертные системы: принципы разработки и программирование»: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. - 1152 стр. с ил.]. Благодаря алгоритмам искусственного интеллекта и модели поведения экспертов, заложенным в ЭС инженерами по знаниям, становится возможным сделать выводы, в данном случае, как о рабочем состоянии зрительного анализатора, так и возможных заболеваниях даже в условиях неполных или неточных данных о состоянии зрительного анализатора оператора (тестируемого). Подсистема 19 интерпретации задач и ответов реализована как диалоговый компонент механизма объяснений ЭС, связана двунаправленной многоразрядной шиной с ПК 13 удаленного модуля 11 и может работать как автономно, без доступа к диагностическому центру 6, и соответственно базе знаний 17 (режим «off-line», вне сеанса связи), так и в режиме «on-line» - прямого обмена сообщениями и периодического обновления в сеансы связи с базой знаний 17 компьютерной системы 7 диагностического центра 6. Поскольку современные ПК обладают высокой производительностью и достаточным объемом памяти, то база знаний 17 экспертной системы 16 может быть интегрирована или дублирована в удаленном модуле 11 и обновляться по мере приобретения знаний подсистемой 18, находящейся в диагностическом центре 6.

Система функционального контроля 20 предназначена за наблюдением поведения человека с целью обеспечения его оптимального режима жизнедеятельности путем измерения его физиологических и психофизиологических параметров и соотнесение их с ожидаемыми результатами. На основе данных контроля осуществляется адаптация человека к определенным воздействиям и соответствующее принятие оптимизирующих решений. Основу СФК 20 составляет техническое средство и средства измерений - n-датчики 21 и N-датчики 22, предназначенные для выработки n÷N сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения. Используемая при проведении инструментальной медицинской диагностики определенная совокупность датчиков, например «-датчиков 21 при синхронной регистрации «-параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи позволяет диагностировать психофизическое состояние с оценкой достоверности сообщенной информации на какие либо стимулы - раздражители [А.Ю. Молчанов. Скриниг. Способы повышения достоверности результатов психофизиологических исследований/ООО «МАИЛ». - Москва: ООО «МАИЛ», 2016. 244 с.]. В данном случае стимулами - раздражителями являются тест-изображения синусоидальной решетки синтезируемой с рандомизацией формы геометрической фигуры от простейших эллипсов и кругов, до сложных многоугольников; ее размеров х×у, которые могут захватывать ее любые части; «заливки» фигуры синусоидальной решеткой с параметрами Т (период), К (контраст), Δλ, (спектральный диапазон), α (азимут) и f (частота пульсаций).

Способ осуществляется следующим образом. В начале, координатная плоскость дисплея ортонормируется на четыре (I, II, III и IV) равные прямоугольные части с отображением центра прямоугольной системы координат в геометрическом центре дисплея и координатных (ортогональных) осей ОХ и OY, образующих прямоугольную систему координат с центром в точке О (фиг. 1 и 2).

Синтезированное тест-изображение 5 синусоидальной решетки размером х×у и параметрами - Т (период), К (контраст), Δλ, (спектральный диапазон), α (азимут) и f (частота пульсаций) представляется в случайном порядке и в любой области координатной плоскости дисплея, не ограничиваясь пределами какой либо из его четырех I, II, III и IV частей. Например: на фиг. 1 синтезированное в форме эллипса тест-изображение 5 синусоидальной решетки представлено в I и IV частях дисплея, а на фиг. 2 синтезированное тест-изображение 5 синусоидальной решетки в форме треугольника захватывает все (I, II, III и IV) четыре части экрана дисплея (прерывистый контур большого треугольника ABC). Вершина В имеет максимальный контраст (К_В=max) синусоидальной решетки, уменьшающийся по направлению к основанию АС треугольника до нуля (K_АС=0) при неизменных параметрах Т, Δλ, α, f и с центром в точке O_S (фиг. 2). Аналогичное формирование тест-изображений синусоидальной решетки может быть создано любой вариацией параметров K, Т, Δλ, α, f и/или их комбинацией.

Зрительный анализатор, имея пороговую чувствительность, например по контрасту K как показано на фиг. 1 и 2, визуализирует тест-изображение синусоидальной решетки либо в форме эллипса (фиг. 1), либо в форме малого треугольника A_VBC_V (фиг. 2). Соответственно, ответ формируется либо указанием через интерактивный интерфейс 15 пользователя (интерфейс управления компьютера) соответствующих частей дисплея в которых визуализируется тест-изображение (способ по п. 1), либо путем «захвата» и перемещения (с помощью компьютерной мыши или тачпада) начала координат из центра (точка О) ортонормированного дисплея в центр визуализируемого тест-изображения синусоидальной решетки, например, в точку O_V (способ по п. 2, фиг. 2).

Если, как показано на примере фиг. 2, тест-изображение фигуры в виде малого A_VBC_V треугольника «залитого» синусоидальной решеткой идентифицируется во II части, то невозможно проигнорировать его и в III части фигуры. То есть, здесь исключена попытка преднамеренного игнорирования хорошо распознаваемого тест-изображения. Напротив, если зрительный анализатор не различает штрихов (полос) синусоидальной решетки у основания треугольника АС, например в IV части дисплея, то и предугадать наличие штрихов в I части дисплея, тем более невозможно.

Приведенный пример на фиг. 2 уже с простой формой в виде треугольника тест-изображения синусоидальной решетки дает высокую достоверность результатов исследования пространственно-контрастной чувствительности зрительного анализатора. В случае генерирования тест-изображений синусоидальной решетки в виде сложных симметричных или ассиметричных многоугольников исключаются попытки занижать или завышать возможности зрительного анализатора как по пространственно-контрастной чувствительности (визоконтрастометрия) и спектральной чувствительности (цветометрия), так и по абберациям оптической системы (глаза).

Более высокую точность ошибки - разрешающую способность способа и, соответственно, более высокую точность определения качества зрительного анализатора и достоверность ответа тестируемого дает способ по п. 2 формулы изобретения. В нем дополнительно к переменным Т, К. Δλ, α и f добавляется переменная - «позиционирования», которая формализуется параметрами центра O_S синтезируемого тест-изображения синусоидальной решетки. Соответственно, чем точнее ответ, т.е. совпадение O_V с O_S, тем меньше рассогласование (е_х → 0 и е_у → 0) и выше точность диагноза зрительного анализатора.

И в первом и во втором способах точность ответов будет характеризовать качество зрительного анализатора пользователя.

В зависимости от того насколько точно пользователь идентифицирует отображающиеся на дисплее тест-изображения (оптотипы) и их позиционирование, программно осуществляется как изменение размеров х×у и формы геометрической фигуры, «залитой» синусоидальной решеткой с соответствующими фиксированными параметрами Т, К, Δλ, α, f, так и изменение самих параметров (Т, К, Δλ, α, f) синусоидальной решетки.

Изменение размеров, формы фигуры и параметров «заливки» фигуры синусоидальной решеткой может осуществляться либо в сторону пороговых значений до полного исчезновения тест-изображения на фоне растрового полутонового шума и начала появления ошибочных ответов, либо в сторону хорошо визуализируемых параметров до точной идентификации оптотипов. При этом количество реверсий (границ между правильными и ошибочными ответами) минимизировано и может задаваться (определятся) автоматически программой или экспертной системой.

Поскольку зрительный анализатор пользователя встроен в интерфейс управления (ввода-вывода) ПК 13 и образует с ним интерактивный интеллектуальный интерфейс 15 с формированием рефлекторного кольца (обратной связи), то от точности ответов, характеризующих качество зрительного анализатора пользователя, будут синтезироваться соответствующие оптотипы.

Для оценки достоверности сообщаемой через интерфейс 15 информации (насколько уверенно или с сомнением дается ответ) синхронно с ответом могут контролироваться психофизиологические n-параметры дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи, а также, при необходимости и другие N-функциональные параметры. При этом стимулами являются тест-изображения синусоидальной решетки синтезируемой с рандомизацией формы, размеров х×у, и ее параметров Т, К, Δλ, α, и f.

Синтез тест-изображения 5 синусоидальной решетки, ее представление на дисплее (фиг. 1 и 2), анализ ответа, контроль психофизиологических параметров, выдача результатов диагностики и оценка их достоверности осуществляются экспертной системой 16 в автоматическом режиме или в автоматизированном режиме с участием экспертов и/или пользователя. В отсутствии сеанса связи (режим «off-line») функции диалоговой компоненты экспертной системы 16 выполняет подсистема 19 интерпретации задач и ответов, связанная двунаправленной многоразрядной шиной с ПК 13 удаленного модуля. В режиме «on-line» - прямого обмена сообщениями в сеансы связи к подсистеме 19 подключается база знаний 17 компьютерной системы 7 диагностического центра 6 и эксперты. По мере накопления знаний в базе 17 знаний посредствам подсистемы 18 приобретения знаний диагностического центра 6 подсистема 19 интерпретации задач и ответов обновляется.

Предлагаемое изобретение решает задачу оценки достоверности полученных результатов исследований пространственно-контрастной чувствительности при удаленной диагностике зрительного анализатора поскольку исключает субъективный человеческий фактор как со стороны медика - эксперта, так и со стороны тестируемого - пользователя (пациента), их адекватности к сотрудничеству и склонности занижать или завышать свои возможности; исключает попытки обмана экспертов, заключающиеся в угадывании неидентифицирующихся тест-изображений, либо в игнорировании хорошо распознаваемых оптотипов. При этом:

- позволяет проводить дистанционную экспресс-диагностику (тестирование) в режимах прямой видеоконференцсвязи во время сеанса связи (режим «on-line»), в отсутствие сеанса связи (режим «off-line») или в режиме самоконтроля;

- существенно упрощает программно-аппаратное обеспечение путем использования портативного компьютера с типовыми датчиками для функциональной диагностики; и,

- повышает точность полученных результатов при одновременном определении психофизиологического состояния.

Заявленное изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии для диагностики и/или для документально-инструментального подтверждения рабочего состояния зрительного анализатора и мониторинга его реакционно-релаксационных и адаптационных перестроек. Предложены способ и устройство, в которых координатная плоскость дисплея ортонормируется на четыре равные прямоугольные части; тест-изображение синусоидальной решетки формируется с рандомизацией формы, размеров х×у, параметров синусоидальной решетки - Т (период), К (контраст), Δλ, (спектральный диапазон), α (азимут), f (частота пульсаций) и порядка появления в любой области координатной плоскости дисплея; ответ формируется либо указанием соответствующей части дисплея, в которой визуализируется тест-изображение, либо перемещением начала координат из центра ортонормированного дисплея в центр визуализируемого тест-изображения синусоидальной решетки; синхронно с ответом контролируются психофизиологические параметры дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи; синтез тест-изображения синусоидальной решетки, анализ ответа, контроль психофизиологических параметров, выдача результатов диагностики и анализ их достоверности осуществляются экспертной системой. Изобретение обеспечивает дистанционную экспресс-диагностику людей, находящихся в движущихся системах в условиях измененного гравитационного поля, а также людей экстремальных и особо ответственных профессий, у которых зрительный анализатор несет максимальную информационную нагрузку по сравнению с другой совокупностью периферических и центральных сенсорных и сенсомоторных структур центральной нервной системы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ дистанционной экспресс-диагностики зрительного анализатора, состоящий в компьютерном синтезе тест-изображения синусоидальной решетки и его представлении в случайном порядке в одной из частей дисплея компьютера, в ответе на реакцию визуализации тест-изображения указанием через интерфейс управления компьютера части дисплея, в которой визуализируется тест-изображение, в изменении параметров тест-изображения в сторону пороговых значений до полного его исчезновения на фоне растрового полутонового шума и начала появления ошибочных ответов с заданным количеством реверсий и в интерполяции пороговой чувствительности зрительного анализатора по полученному набору ответов, отличающийся тем, что координатная плоскость дисплея ортонормируется на четыре равные прямоугольные части, тест-изображение синусоидальной решетки формируется с рандомизацией формы, размеров х×у, параметров синусоидальной решетки - Т (период), К (контраст), Δλ (спектральный диапазон), α (азимут), f (частота пульсаций) и порядка представления тест-изображения синусоидальной решетки в любой области координатной плоскости дисплея, не ограничиваясь пределами какой-либо из его четырех частей, ответ формируется указанием соответствующей части дисплея, в которой визуализируется тест-изображение синусоидальной решетки, при этом время, отводимое для ответа, сопровождается звуковой и/или световой индикацией, причем:

- ответ формируется путем перемещения начала координат из центра ортонормированного дисплея в центр визуализируемого тест-изображения синусоидальной решетки;

- синхронно с ответом контролируются психофизиологические параметры дыхания, сердечно-сосудистой активности и электрического сопротивления кожи, а также, при необходимости, другие функциональные параметры;

- синтез тест-изображения синусоидальной решетки, ее представление на дисплее, анализ ответа, контроль психофизиологических параметров, выдача результатов диагностики и оценка их достоверности осуществляются экспертной системой.

2. Устройство дистанционной экспресс-диагностики зрительного анализатора, содержащее диагностический центр, состоящий из компьютерной системы с интерфейсом управления, средств связи и специализированного программного обеспечения; удаленный модуль, состоящий из компьютера, средств связи и специализированного программного обеспечения, генерирующего офтальмологические тест-изображения, включая синусоидальную решетку, и, канал передачи данных, связывающий диагностический центр с удаленным модулем, отличающееся тем, что введены экспертная система с подсистемой приобретения знаний, базой знаний и подсистемой интерпретации задач и ответов и система функционального контроля с датчиками психофизиологических параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, при этом все датчики связаны с соответствующими входами системы функционального контроля, выход которой связан со входом компьютера удаленного модуля, который связан с подсистемой интерпретации задач и ответов и образует единое целое, выполненное в виде планшетного компьютера с сенсорным графическим дисплеем или портативного компьютера с раздельными дисплеем и интерфейсом управления, а база знаний с подсистемой приобретения знаний связаны с компьютерной системой диагностического центра.