СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКРИНИНГОВОЙ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРА ЗРЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR SCREENING ASSESSMENT OF VISION NATURE

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для скрининговой оценки характера зрения у различных групп населения, в том числе у школьников, призывников, водителей, детей и лиц с отставанием в развитии. Сущность способа и устройства для его реализации состоит в обеспечении специализированных режимов предъявления тестовых паттернов для оценки характера зрения, позволяющих существенно повысить качество и достоверность получаемых результатов за счет исключения возможности запоминания тестовых заданий и оценки получаемого результата на основе нескольких функционально связанных замеров.
Наиболее часто используемый в настоящее время способ исследования сотрудничества глаз (характера зрения) заключается в следующем: исследуемому предъявляется на фиксированном расстоянии (как правило, 5,0 и/или 0,33 метра) четырехточечный тест, или тест Ворса (Worth), реализуемый на базе устройства типа «Цветотест». На устройстве имеются четыре отверстия со светофильтрами (кружка), освещаемые изнутри стандартным источником света. Используются светофильтры трех типов: первый - обеспечивающий видимость источника света одному глазу, второй - другому, третий - двум глазам. Как правило, это голубой, красный и нейтральный светофильтры, которые обеспечивают эти условия при использовании исследуемым красно-голубых фильтров очков. В типичном устройстве этого типа одним глазом можно увидеть три кружка, другим - два, и двумя глазами - 2, 3, 4 или 5. Обследуемый с нормальным бинокулярным характером зрения видит четыре кружка. При монокулярном зрении будут видны либо два кружка, либо три. При одновременном зрении возникает иллюзия видимости пяти кружков. С помощью дополнительных вопросов можно определить наличие альтернирующей супрессии или неустойчивого бинокулярного зрения.
Известны способы исследования бинокулярного зрения, в частности характера зрения, и устройства для их реализации, основанные на гаплоскопии (разделении полей зрения левого и правого глаз), например, изложенные в российском патенте RU 2133103 С1 «Способ исследования и восстановления бинокулярного зрения».
Известны, например, российские патенты RU 2084197 С1 «Способ исследования бинокулярного зрения» и RU 2084198 С1 «Цветотест для исследования бинокулярного зрения», в которых описаны аналогичные способ и устройства, в которые введена дополнительная возможность изменения размеров «кружков» и расстояний между их центрами для возможности сохранения их угловых размеров при изменении расстояния тестирования.
Недостатком описанных способов и устройств является их статичность, предсказуемость и, как следствие, возможность легкого запоминания правильного ответа. Люди, желающие показать наличие правильного бинокулярного зрения, легко запоминают правильный ответ - четыре светящихся «кружка». В первую очередь это относится к детям, особенно часто такие эффекты наблюдаются в периоды массовой диспансеризации, когда происходит быстрый обмен информацией между проходящими обследование людьми. В связи с этим число неправильных оценок характера зрения повышается: с одной стороны - за счет запоминания правильного ответа (четыре) и его вербализации при проведении обследования у пациентов с нарушениями бинокулярного зрения (улучшенные оценки), а с другой стороны - за счет неправильных ответов (называние числа кружков, отличного от четырех) лиц, которые по той или иной причине желают показать отсутствие бинокулярного зрения, несмотря на его наличие.
Кроме того, для оценки той конфигурации кружков, которую видит пациент, врачу необходимо задавать целый комплекс уточняющих вопросов (которые на практике зависят от добросовестности врача и глубины понимания им особенностей бинокулярного зрения) и получать на них не всегда понятные ответы, по которым он должен классифицировать характер зрения. Пример стандартного тестового устройства для определения характера зрения типа «Цветотест» показан на Фиг. 1.
Целью настоящего изобретения является повышение точности и достоверности оценки характера зрения за счет оригинальных способа и устройства оценки характера зрения, которые исключают возможность заведомо неправдивых ответов исследуемых, а конечный результат формируется на основе нескольких связанных перепроверяемых оценок.
В качестве ближайшего аналога выбран патент RU 2084198 С1 «Цветотест для исследования бинокулярного зрения». Патент описывает техническое решение, предназначенное для создания устройства предъявления стандартного паттерна, описанного выше, формируемого при тестировании характера зрения. Устройство содержит следующие элементы:
- разделители полей зрения левого и правого глаз;
- дисплей для формирования паттерна в форме стандартного теста Ворса с четырьмя светящимися элементами, два из которых видны одному глазу, один - другому, один - двум глазам;
- блок масштабирования угловых размеров теста, формируемого на дисплее;
- блок управления, координирующий работу этих элементов.
Алгоритм проверки характера зрения является стандартным и выглядит в описываемом патенте следующим образом: на дисплее инициируется появление тестового паттерна в виде четырех ярких фигур, при этом паттерн обладает возможностью масштабирования. Пациент наблюдает дисплей через разделители полей зрения и устно сообщает о том, сколько ярких фигур он видит. Затем на основании ответа испытуемого врач выносит свое суждение о характере его зрения. Если пациент видит четыре фигуры - считают, что он обладает нормальным бинокулярным зрением, если три - монокулярным зрением одним глазом (как правило, устройство сконструировано так, что это левый глаз), два - монокулярным зрением другим глазом, пять - одновременным зрением. Если же пациент видит то 3, то 2 объекта - зрение у него альтернирующее, а если то 3, то 4 или то 2, то 4 - неустойчивое бинокулярное.
В описанном патенте предлагается техническое решение для оценки характера зрения, однако в нем, так же как в других изученных технических решениях, отсутствуют элементы, необходимые для качественной оценки этой функции зрения, которая подразумевает:
- обеспечение режима тестирования, исключающего возможность запоминания правильных ответов;
- обеспечение возможности перепроверки полученных результатов;
- обеспечение возможности ведения автоматизированной базы данных результатов, в том числе для отслеживания динамики изменений;
- обеспечение предъявления различных ситуационно необходимых специализированных паттернов, в том числе для взрослых, школьников и дошкольников, лиц с отставанием в развитии и др., исключающих возможность их запоминании;
- обеспечение возможности проверки понимания и выполнимости задания.
Настоящее изобретение направлено на решение следующей технической задачи:
- повышение точности и достоверности результатов определения характера зрения путем исключения возможности запоминания правильных ответов и оценки получаемого результата на основе нескольких функционально связанных замеров;
- обеспечение ситуационно необходимой полноты получаемого тестового материала за счет возможностей формирования тестовых заданий и условий их проведения;
- расширение круга лиц, способных к адекватному проведению исследования характера зрения, в том числе за счет детей, лиц с отставанием в развитии, иностранцев и др. благодаря введению режима проверки понимания и выполнимости задания;
- расширение возможностей организации индивидуализированных тестов за счет формирования с помощью одного устройства множества разнотипных тестовых заданий;
- создание автоматизированной базы данных полученных результатов.
Решение поставленной задачи осуществляется следующим образом: устройство для оценки характера зрения, включающее:
- блок питания,
- блок разделения полей зрения левого и правого глаз,
- блок дисплея для предъявления четырех ярких фигур в форме стандартного теста Ворса или его модификаций, два из которых видны одному глазу, один - другому, один - двум глазам,
- блока масштабирования угловых размеров теста, формируемого на мониторе,
- блок управления, соединенный двуразрядными многопроводными шинами со всеми другими блоками, отличающийся тем, что устройство для скрининговой оценки характера зрения содержит дополнительно:
- блок индикации результатов,
- блок настройки тестирования,
- блок алгоритмов тестирования,
- блок режимов работы (пробный, объяснение, тестовый),
- блок визуального контента,
- блок данных результатов тестирования,
- блок интерактивной фиксации ответов пациента,
- блок ввода данных,
- блок вербального сопровождения.
При этом:
- блок управления, соединенный с другими блоками, предназначен для обеспечения синхронной работы всех элементов системы;
- блок индикации результатов предназначен для возможности просмотра получаемых в процессе тестирования результатов;
- блок настройки тестирования позволяет выбрать необходимый режим работ, а также алгоритм проведения тестирования, используя данные, находящиеся соответственно в блоке режимов тестирования и блоке алгоритмов предъявления тестовых паттернов;
- блок режимов работы содержит информацию обо всех возможных режимах устройства (например, ситуационно необходимые скрининг, полная проверка, объяснение, пробное тестирование, проверка понимания, тестовый детский, тестовый универсальный и т.д.);
- блок алгоритмов тестирования содержит все необходимые алгоритмы, необходимые для реализации выбранных режимов работы,
- блок визуального контента предназначен для хранения формы элементов четырехточечного теста, а также его модификаций и других визуальных образов. В их число могут входить масштабируемые круги, сочетания геометрических рисунков, изображений для детей, в том числе динамических, мультимедийные объяснения задания и т.д.;
- блок данных и результатов тестирования предназначен для хранения различной информации о проведенном исследовании, в том числе основной функциональный показатель, а также дополнительная информация, например время реакции пациента, протоколы его ответов с указанием правильных и неправильных и т.д.;
- блок интерактивной фиксации ответов пациента предназначен соответственно для фиксации ответов, которые могут формироваться как самим пациентом, так и медицинским работником;
- блок ввода данных предназначен для введения данных о пациенте и другой уточняющей информации, например Ф.И.О. или комментарий в карточку пациента и т.д.;
- блок вербального сопровождения предназначен для автоматической формулировки целевых вопросов и формулировки вариантов действий пациента, которые служат, в итоге, для упрощения и стандартизации процедуры тестирования.
В настоящем изобретении, так же как и в выбранных прототипах, необходимо применение технологии разделения полей зрения левого и правого глаз, однако в отличие от прототипа может быть использован любой тип сепарации тестовых изображений: анаглифический, поляроидный, затворный (временной), растровый и т.д.
Технический результат настоящего изобретения заключается в создании специализированного устройства, обеспечивающего возможность оценки характера зрения, лишенной возможностей запоминания правильных ответов, и формирование оценки на основе нескольких перепроверяемых тестов, формирование ряда дополнительных сервисных режимов, а также автоматическое формирование базы данных результатов.
Сущность изобретения поясняется примером конкретной реализации устройства и следующими чертежами:
Фиг. 1 - стандартное устройство типа «Цветотест» для оценки характера зрения.
Фиг. 2 - функциональная схема устройства.
Фиг. 3 - вариант специализированного паттерна для упрощения оценки характера зрения (области с цифрой 1 видны одному глазу, области с цифрой 2 - другому, с цифрой 3 - двум глазам).
Варианты алгоритмов оценки характера зрения. Сокращения и обозначения: ПГ, ЛГ, ДГ соответственно - предъявляемые фигуры, видимые правым глазом, левым глазом и двумя глазами. 1.1-2.3 - варианты ответов пациента на 1 уровне; 2.1-2.3 - варианты ответов пациента на 2 уровне; A, B, C, D - варианты ответов пациента на 3 уровне (см. описание варианта алгоритма тестирования).
Фиг. 4а - алгоритм первого уровня тестирования и его связь со вторым и третьим уровнями (вариант),
Фиг. 4b - алгоритм второго уровня тестирования (вариант),
Фиг. 4с - алгоритм третьего уровня тестирования (вариант).
Устройство по изобретению (Фиг. 2) содержит несколько согласованно работающих функциональных блоков, соединенных между собой двунаправленными многоразрядными шинами:
- блок питания (1),
- блок разделения полей зрения левого и правого глаз (2),
- блок тестового дисплея для предъявления стандартного теста Ворса (тест определения характера зрения) или его модификаций (3),
- блок масштабирования угловых размеров теста, формируемого на тестовом дисплее (4),
- блок управления, соединенный со всеми другими блоками (5),
- блок индикации результатов (6),
- блок настроек тестирования (7),
- блок алгоритмов тестирования (8),
- блок режимов работы (9),
- блок визуального контента (10),
- блок данных результатов тестирования (11).
- блок интерактивной фиксации ответов пациента (12),
- блок ввода данных (13),
- блок вербального сопровождения (14).
Все блоки устройства подключены к соответствующим выводам блока питания (1).
Все блоки патентуемого устройства могут быть реализованы на базе современных электронных компонентов, основные из которых приведены ниже:
- блок разделения полей левого и правого глаз (2) может быть реализован на основе современных технологий 3D изображений - анаглифической, поляроидной, затворной и т.д.;
- блок тестового дисплея (3) может быть реализован на базе стандартного компьютерного монитора;
- блок масштабирования угловых размеров теста (4) может быть реализован на базе процессора и стандартных программных алгоритмов;
- блок управления (5), соединенный с другими блоками, может быть реализован на базе стандартного системного компьютерного блока;
- блок индикации результатов (6) может быть реализован на базе стандартного компьютерного монитора;
- блок настроек тестирования (7) может быть реализован на базе компьютерного монитора;
- блок алгоритмов тестирования (8) может быть реализован на базе стандартных процессора и средств хранения данных;
- блок режимов работы (9) может быть реализован на базе стандартных процессора и средств хранения данных;
- блок визуального контента (10) может быть реализован на базе стандартных процессора и средств хранения данных;
- блок данных результатов тестирования (11) может быть реализован на базе стандартных процессора и средств хранения данных;
- блок интерактивной фиксации ответов пациента (12) может быть реализован на базе стандартной или специализированной компьютерной клавиатуры;
- блок ввода данных (13) может быть реализован на базе стандартной или специализированной компьютерной клавиатуры;
- блок вербального сопровождения (14) может быть реализован на основе стандартных технологий записи и воспроизведения речи.
За счет расширенных возможностей устройство может работать в различных функциональных режимах, а также в комбинации этих режимов, основные из которых описаны ниже:
- режим объяснения задания,
- режим пробного тестирования,
- режим стандартного тестирования,
- режим автоматизированного тестирования с перепроверкой данных, включающий варианты:
- режим автоматизированного скрининга,
- режим автоматизированной полной оценки характера зрения,
- режим интерактивного самотестирования.
Ниже описаны основные режимы работы устройства.
- Режим объяснения задания. Может использоваться опционно.
Предназначен для объяснения задания в видео или вербальной форме. Например, для ребенка в занимательной мультимедийной форме на дисплее демонстрируются основные особенности предстоящей работы. Режим инициируется следующим образом: с помощью блока настройки тестирования (7) в блоке режимов работы (9) выбирается режим объяснения задания, а из блока визуального контента (10) выбирается мультимедийный объясняющий видеоконтент, который запускается на блоке тестового дисплея (3).
- Режим пробного тестирования инициируется следующим образом: с помощью блока настройки тестирования (7) в блоке режимов работы выбирается режим пробного тестирования, из блока визуального контента выбирается графический образ предъявляемого паттерна, а из блока алгоритмов тестирования (8) - соответствующий алгоритм, который запускается на экране тестового дисплея. Этот режим предполагает предоставление заведомо выполнимых заданий для проверки правильности понимания задания тестирования. Этот режим важен для детей, лиц с отставанием в развитии, иностранцев и т.д. Может проводиться без разделителей полей зрения левого и правого глаз. Ответы пациента фиксируются с помощью блока интерактивной фиксации ответов пациента (12) и могут при необходимости записываться в базу данных результатов тестирования (11). Эти результаты могут быть просмотрены на блоке индикации результатов (6) на предмет адекватности реакций пациента.
- Режим основного тестирования может быть реализован несколькими способами:
- режим стандартного тестирования, аналогичен прототипу, с той разницей, что результат тестирования оценивается врачом и вводится в базу данных вручную медицинским специалистом с помощью блока ввода данных;
- режим автоматизированного полного тестирования с перепроверкой данных состоит из трех этапов тестирования (см. вариант алгоритма тестирования) и инициируется следующим образом: с помощью блока настройки тестирования (7) в блоке режимов работы выбирается этот режим, из блока визуального контента (10) выбирается комплексный графический образ предъявляемого паттерна, который запускается на экране тестового дисплея (3), а из блока алгоритмов тестирования (8) выбирается требуемый алгоритм. Ответы пациента фиксируются с помощью блока интерактивной фиксации ответов пациента (12). Суть этого режима заключается в том, что пациенту предъявляется псевдослучайная последовательность тестов, в которых число значимых фигур на дисплее варьируется, таким образом запоминание правильных ответов исключается;
- режим интерактивного самотестирования, аналогичен предыдущему режиму с той разницей, что тестирование в автоматизированном режиме проводит сам пациент с помощью блока интерактивной фиксации ответов пациента (12);
- режим автоматизированного скрининга аналогичен режиму автоматизированного полного тестирования с той разницей, что проводится не полная оценка характера зрения, а упрощенная, состоящая из двух этапов проверок (см. вариант алгоритма тестирования) и позволяющая выделить пациентов группы риска.
Для режима автоматизированного тестирования (определения характера зрения) с перепроверкой данных могут быть использованы различные алгоритмы, один из примеров которых показан ниже. Алгоритм концептуально состоит из трех составных частей, приведенных на Фиг. 3.
Структурно алгоритм состоит из 3 частей: 1) проверка наличия монокулярного зрения, 2) оценка наличия бинокулярного зрения, 3) уточнения характера зрения - наличия альтернирующей супрессии или неустойчивого бинокулярного зрения.
На всех трех уровнях одновременно с тестированием ведется автоматическая проверка ответов пациента на адекватность.
Ограничения: при отсутствии фигуры, видимой двумя глазами (ДГ), фигуры, видимые только левым глазом (ЛГ), и фигуры, видимые только правым глазом (ПГ), не должны располагаться на одном уровне по горизонтали для исключения горизонтальной фузии (или располагаться дальше предела границ горизонтальной фузии), а по вертикали не должны располагаться ближе предела границ вертикальной фузии.
Во избежание случайных ошибок тестирования целесообразно предусмотреть возможность программной отмены последнего действия, которое очевидно может быть вызвано случайным контактом с сенсорами блока интерактивной фиксации ответов пациента, а неадекватные ответы могут перепроверяться.
Блок-схема одного из возможных алгоритмов представлена на Фиг. 4а-с.
1. Уровень 1
Проверка монокулярного зрения и адекватности ответов пациента. Количество предъявлений тестов может варьироваться, но практически целесообразны 2-4 предъявления.
Предъявляются несколько раз только ЛГ и ПГ фигуры (от 1 до 4), без ДГ. Например, последовательность: ЛГ+ПГ, 2ЛГ+ПГ, 3ЛГ+ПГ).
1.1. В случае если пациент дает все правильные ответы (фиксирует число, соответствующее числу фигур), фиксируется промежуточный результат: видят оба глаза. В этом случае для уточнения характера зрения переходят ко второму уровню.
1.2. В случае если зафиксированный результат совпадает с числом ПГ, фиксируется промежуточный результат: монокулярное зрение ПГ, либо альтернирующее зрение, либо неустойчивое бинокулярное. В этом случае для уточнения характера зрения переходят к третьему уровню.
1.3. В случае если зафиксированный результат совпадает с числом ЛГ, фиксируется промежуточный результат: монокулярное зрение ЛГ, либо альтернирующее зрение, либо неустойчивое бинокулярное. В этом случае для уточнения характера зрения также переходят к третьему уровню.
1.4. В случае если зафиксированный результат иногда совпадает с числом фигур ПГ, иногда с числом фигур ЛГ, фиксируется промежуточный результат: монокулярное зрение с альтернирующей супрессией либо неадекватный ответ. В этом случае для уточнения характера зрения также переходят к третьему уровню.
1.5. В случае если зафиксированный результат иногда совпадает с числом предъявленных фигур, иногда совпадает с числом ПГ и/или ЛГ, фиксируется промежуточный результат: неустойчивое бинокулярное зрение либо неадекватный ответ. В этом случае для уточнения характера зрения также переходят к третьему уровню.
1.6. В случае других вариантов ответа фиксируется результат: неадекватный ответ пациента (пациент дает заведомо неправильные ответы).
2. Уровень 2
Проводится после варианта ответа 1.1.
Проверка бинокулярности зрения и адекватности ответов
Количество предъявлений может варьироваться, но практически целесообразно использовать 2-4 предъявления.
Предъявляются несколько раз ПГ, ЛГ и ДГ фигуры (от 1 до 4). Например, последовательность: 0ПГ+2ЛГ+0ДГ, 0ПГ+1ЛГ+1ДГ, 1ПГ+2ЛГ+0ДГ, 1ПГ+1ЛГ+2ДГ.
2.1. В случае если пациент дает только правильные ответы (при каждом предъявлении фиксирует число, соответствующее числу фигур), фиксируется итоговый результат: бинокулярное зрение.
2.2. В случае если пациент фиксирует закономерную разницу, причем зафиксированное пациентом число не равно числу предъявляемых фигур, а увеличено точно на число ДГ, фиксируется итоговый результат: одновременное зрение.
2.3. В случае если пациент фиксирует другие варианты ответа, фиксируется итоговый результат: неадекватный ответ пациента.
В принципе для целей скрининга (отсева группы риска) достаточно первых двух уровней. В этом случае пациенты, показавшие результаты 1.1-1.5 и 2.2, могут быть отнесены к группе риска (одновременное зрение и другие проблемы).
Если же требуется уточнение характера зрения, необходим третий уровень.
3. Уровень 3
Оценка особенностей характера зрения и адекватности ответов пациента
Работа устройства в этом режиме более сложна, чем на предыдущих этапах. Она может быть организована различными способами. Например, все задания могут формироваться в автоматизированной вербальной форме, и при этом задание для пациента может быть предельно упрощено вплоть до нажатия или не нажатия на единственную кнопку, может быть использован традиционный тип проверки по стандартному паттерну, а может быть реализован автоматизированный алгоритм проверки, один из вариантов которого приведен ниже.
Для облегчения понимания теста может быть использован несколько модифицированный паттерн, показанный на Фиг. 3, где вертикальные элементы видны одним глазом (ЛГ, помечены цифрой 1), горизонтальные - другим (ПГ, помечены цифрой 2), а область их пересечения двумя (ДГ, помечена цифрой 3).
Паттерн предъявляется несколько раз, при этом фигуры ПГ и ЛГ меняются местами в случайном порядке. В данном примере, если пациент видит вертикальные или горизонтальные элементы, он нажимает на блоке интерактивной фиксации ответов пациента соответствующую кнопку «вверх» или «вправо», а в случае если он видит и горизонтальные и вертикальные элементы, он нажимает обе кнопки.
После тестирования в этой группе возможны следующие варианты.
- Вариант А. Пациент постоянно сигнализирует, что видит отсутствующие вертикальные и горизонтальные элементы, фиксируется результат: неадекватный ответ.
- Вариант В. Пациент видит только фигуры ПГ, фиксируется результат, зависящий от ответов на предыдущем уровне. Если был предварительно зафиксирован вариант
1.2 - результат: монокулярное зрение ПГ;
1.3-1.5 - результат: неадекватный ответ.
- Вариант С. Пациент видит то ПГ фигуры, то ЛГ. Если был до этого зафиксирован вариант
1.2, 1.3, 1.5 - результат: неадекватный ответ;
1.4 - результат: альтернирующая супрессия.
- Вариант D. Пациент видит то фигуры ПГ, то ЛГ и ПГ одновременно или то фигуры ЛГ, то ЛГ и ПГ одновременно. Если был до этого зафиксирован вариант
1.2-1.4 - результат: неадекватный ответ;
1.5 - результат: неустойчивое бинокулярное зрение.