Устройство оптической коррекции и тренировки зрения
DEVICE FOR OPTICAL CORRECTION AND VISION TRAINING

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к офтальмологии, и предназначено для профилактики и лечения функциональных нарушений зрения путем тренировки цилиарных мышц глаз, ответственных за их аккомодацию.
В анатомической структуре глаза основным элементом оптической системы является хрусталик глаза, окруженный цилиарной мышцей (аккомодационная мышца), располагающейся по периферии хрусталика глаза, полностью охватывая его. При ее непроизвольном сжатии изменяется кривизна хрусталика и, соответственно, фокусное расстояние оптической системы глаза. Эти изменения кривизны хрусталика позволяют четко различать предметы, расположенные на разной удаленности, и характеризуются остротой зрения. Длительная работа за компьютером и чрезмерное увлечение чтением книг приводят к тому, что цилиарные мышцы глаз не нагружаются и находятся в определенном статическом состоянии. Это в конечном итоге приводит к развитию так называемого патологического спазма аккомодации, в результате которого зрительная рабочая зона (в ней рассматриваемый объект виден отчетливо) смещается ближе к глазу. В этом случае развивается, так называемая, стойкая близорукость, когда глаз приспосабливается к работе с предметами, расположенными только на близком расстоянии, а острота зрения вдаль постепенно утрачивается.
Ощутимый эффект при лечении и профилактике указанного заболевания достигается постоянной тренировкой цилиарных мышц глаз.
Известно «Устройство шуркина-бершанского для оптической коррекции и тренировки зрения» (Патент RU 2110239, 04.12.1996), имеющее оптические элементы, позволяющие осуществить оптическую коррекцию и тренировку зрения за счет использования в очках бифокальных линз. Эффект достигается тем, что зрительные оси глаз периодически переходят с одной половины оптических элементов на другую и обратно. При этом происходит «подстройка» аккомодационно-конвергентного аппарата. Недостатком указанного устройства является необходимость постоянного отслеживания перемещения оптических осей глаз с условием скорости «подстройки» аккомодационно-конвергентного аппарата. Помимо этого бифокальные очки имеют возможность использования только двух линз с определенными фокусными расстояниями, что не позволяет менять нагрузку цилиарной мышцы глаза в процессе ее тренировки. Все это затрудняет достижение положительного результата по профилактике и лечению функциональных нарушений зрения.
Известно устройство (Патент RU 2193373, 26.06.1997), относящееся к видеотренажерной технике и предназначено для проведения упражнений для глаз. Так называемый трехмерный глазной тренажер содержит средство для формирования набора заданных трехмерных изображений, включающее носитель набора, например, в виде мультиплексной голограммы, установленной со смещением на диске. Диск имеет возможность вращения и связан с устройством воспроизведения заданного голографического изображения. Блок управления устанавливает мультиплексную голограмму в требуемое положение. В качестве блока управления используют шаговый двигатель. На диске может быть установлено несколько различных носителей. К недостаткам такого тренажера можно отнести его большие габариты, сложность эксплуатации и малую эффективность. Что обусловлено отсутствием чередующихся нагрузок цилиарных мышц глаз, т.к. все мультиплексные голограммы расположены на одном и том же расстоянии до зрачка глаза.
Известен медицинский аппарат ОКСИС Нейрон (thtp://medbuy.ru/pribor-dlya-vosstanovleniya-zreniya/nejron-oksis), предназначенный для тренировки и снятия спазма аккомодации глаз, профилактики близорукости и дальнозоркости. Метод использования указанного аппарата заключается в тренировке аккомодации чередованием расслабления и напряжения цилиарной мышцы глаза путем изменения фокального расстояния между изображением демонстрируемого объекта и глазами пациента с более близкого на более удаленное и обратно. Достигается это тем, что пациенту предлагается поочередно рассматривать предметы, вначале изображенные на экране монитора и затем их же через линзу Френеля. Специально разработанное программное обеспечение позволяет производить смену объектов на дисплее. Недостатком указанного аппарата является то, что реально его можно использовать только в амбулаторных условиях и лечебных офтальмологических учреждениях. При этом наличие только одной линзы Френеля не позволяет менять величину нагрузки цилиарных мышц. Все это ограничивает область применения указанного аппарата, затрудняет свободу использования указанной методики и ее доступность.
Известен «Офтальмологический тренажер» (Патент RU 2057509, 15.06.1993), в котором имеются оптические элементы в виде набора линз с различными фокусными расстояниями (оптической силой). Последовательная смена линз осуществляется блоком управления, который состоит из двух дисков с закрепленными в нем линзами и механического устройства для синхронного вращения дисков. Недостатком указанного устройства является сложность эксплуатации во время тренировки, а также сложность наладки при замене комплекта линз. Помимо этого устройство обладает большими габаритами, что затрудняет его эксплуатацию в обычных условиях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство (Патент US 20050140922, 30.06.2005), в котором оптические элементы, выполненные в виде линз с переменным фокусом на жидких кристаллах, размещены в оправе очков. При подаче регулируемым «источником питания» постоянного напряжения на оптические элементы происходит изменение коэффициента преломления оптической среды жидких кристаллов внутри оптических элементов. При этом меняется оптическая сила линз. «Блок управления», включающий в себя «датчик наклона» и «блок задержки», при изменении наклона головы подает на «источник питания» управляющий сигнал с определенной задержкой. В результате чего изменение оптической силы жидкокристаллических линз до их оптимальных значений, при которых становится возможным рассматривать предметы на измененном расстоянии, происходит с определенной задержкой. Это способствует возникновению нагрузки на цилиарных мышцах глаз с последующим их расслаблением. Недостатком рассматриваемого устройства является то, что для достижения положительного результата в тренировке цилиарных мышц глаз требуется частое изменение положения «датчика наклона», т.к. одноразовые нагрузки цилиарных мышц не приводят к достижению положительного эффекта. Помимо этого к недостаткам устройства можно отнести ограниченность его использования. Дело в том, что при чтении книг и работе с монитором компьютера, находящимися приблизительно на равных расстояниях от глаз, и соответственно требующих одинаковой оптической силы линз, датчик наклона будет выдавать разные значения управляющего сигнала для источника питания. И соответственно мы получим разные значения оптической силы линз, что обусловливает возможность работы устройства только в одном положении (скорее всего в режиме чтения книг) и не может быть полноценно использовано в других условиях. При этом следует отметить, что предлагаемый способ тренировки (одноразовые нагрузки цилиарных мышц) легко реализовать без применения указанных очков. Это достигается тем, что после длительного чтения достаточно переместить взор с книги на предметы, расположенные вдали. Такое быстрое перемещение взора при рассмотрении предметов, расположенных на разной удаленности, приводит к однократному изменению аккомодационной нагрузки цилиарных мышц глаз. Указанный способ снятия нагрузки глаз был предложен еще Бейтсом в 1920 г.
Предметом настоящего изобретения является устройство оптической коррекции и тренировки зрения с расширенными условиями эксплуатации и повышенной возможностью тренировки зрения.
Это достигается тем, что устройство оптической коррекции и тренировки зрения, содержащее оптические элементы, выполненные в виде линз с переменным фокусом на жидких кристаллах, регулируемый «источник питания» и «блок управления», где «блок управления» включает в себя «блок амплитудной модуляции», изменяющий фокус оптических элементов с определенной частой в регулируемом диапазоне максимальных значений величины фокусного расстояния, и «частотный блок», задающий указанную частоту изменений фокуса.
На чертеже (Фиг. 1) изображена блок-схема устройства оптической коррекции и тренировки зрения.
В указанном устройстве использованы оптические элементы, выполненные в виде «линз с переменным фокусом на жидких кристаллах» 1. Их применение обусловлено простотой управления и возможностью получения изменения фокуса оптических элементов на больших частотах, что требуется в некоторых случаях для интенсивной нагрузки цилиарных мышц.
«Источником питания» 2 является регулируемый источник постоянного напряжения. При подаче «источником питания» 2 напряжения на оптические элементы происходит изменение коэффициента преломления оптической среды жидких кристаллов. Что приводит к изменению оптической силы и, соответственно, фокусного расстояния оптических элементов.
«Блок управления» 3 с помощью управляющего сигнала, подаваемого на «источник питания» 2, изменяет фокус оптических элементов с определенной частой в регулируемом диапазоне максимальных значений величины фокусного расстояния. Формирование основного сигнала управления, который подается на «источник питания» 2, происходит непосредственно в «блоке амплитудной модуляции» 4, входящем в состав «блока управления» 3. «Блок амплитудной модуляции» 4 меняет напряжение «источника питания» 2 во времени с частотой, задаваемой «частотным блоком» 5. При этом частота колебаний может меняться в диапазоне от нулевых значений до нескольких десятков герц. Помимо этого «блок амплитудной модуляции» 4 при необходимости может менять амплитуду колебаний оптической силы линз, изменяя тем самым нагрузку цилиарных мышц глаз. Возможные варианты кривой изменения оптической силы линз во времени приведены на рисунке (Фиг. 2). Где по оси абсцисс отображено время, а по оси ординат - оптическая сила линз в диоптриях. Совместные изменения амплитуды и частоты колебаний оптической силы линз позволяют менять нагрузки цилиарных мышц глаз в довольно широком диапазоне.
У пациентов с определенным дефектом остроты зрения, для повышения эффективности тренировки, изменяющаяся оптическая сила линз в устройстве должна совершать равновесные колебания относительно значений оптической силы, необходимой для коррекции остроты зрения пациента. Это равнозначно поочередной смене очков с повышенными и пониженными диоптриями относительно скорректированного зрения пациента. В таких условиях работа цилиарных мышц способствует лучшей дезаккомодации мышц глаза, что создает благоприятные условия для тренировки зрения. Указанный режим работы устройства достигается тем, что «источник питания» 2 с помощью «блока амплитудной модуляции» 4 помимо циклически меняющегося напряжения выдает постоянное опорное напряжение, соответствующее оптической силе линз, восстанавливающих остроту зрения пациента. Возможные варианты переменного напряжения, поддаваемого на линзы от «источника питания» приведены на рисунке (Фиг. 3), где по оси абсцисс отображено время, а по оси ординат напряжение на выходе «источника питания» 2. На рисунке штрих-пунктиром показано опорное напряжение, соответствующее оптической силе линз, необходимой для коррекции зрения пациента.
На чертеже (Фиг. 4) изображено устройство оптической коррекции и тренировки зрения, реализованное в виде очков с жидкокристаллическими линзами. Оно содержит «линзы с переменным фокусом на жидких кристаллах» 1, «блок управления» и «источник питания», расположенные в дужке очков 2. При этом «блок амплитудной модуляции», входящий в состав «блока управления», имеет сенсорные датчики управления коррекцией зрения 3 и амплитудой колебаний фокусного расстояния 4, а «частотный блок» - сенсорный датчик управления частотой 5. С целью получения компактного устройства «источник питания» и «блок управления», а соответственно «блок амплитудной модуляции» и «частотный блок», объединены в единый электронный узел.
Последовательность работы с устройством оптической коррекции и тренировки зрения (очки с жидкокристаллическими линзами) сводится к следующему: с помощью сенсорного регулятора 3 следует провести необходимую коррекцию зрения, установив соответствующий уровень опорного напряжения. Далее сенсорными датчиками 4 и 5 следует установить необходимую частоту и амплитуду колебаний фокусного расстояния оптических элементов, которые определяются условиями тренировки зрения и зависят от индивидуальных факторов психического и физического состояния каждого пациента в отдельности. Проведенная настройка устройства позволяет установить в очках с жидкокристаллическими линзами оптимальные циклические изменения оптической силы линз и величину их максимальных значений на фоне осуществленной коррекции зрения у пациента.
Предлагаемое устройство оптической коррекции и тренировки зрения позволяет использовать его как в бытовых условиях, так и при работе с компьютером и чтении книг. В условиях длительной и монотонной работы устройство также помогает избавиться от возникающей усталости глаз. При этом частота изменения фокусного расстояния оптических элементов и его величина могут быть заметно уменьшены по сравнению с величинами, необходимыми для тренировки зрения, обеспечивая тем самым достаточную комфортность в работе.
Помимо указанных выше свойств устройство для оптической коррекции и тренировки зрения используется как обычные очки с оптической коррекцией зрения. Для перевода устройства из режима «тренировки» в режим «коррекции» достаточно с помощью сенсорного датчика 3 установить оптическую силу линз, необходимую для коррекции зрения, а сенсорным датчиком 5 установить нулевую частоту колебаний (выключить «частотный блок»).
Простота и удобство эксплуатации описанного устройства создают условия для достижения положительного результата в профилактике и лечении функциональных нарушений зрения, а в режиме «коррекция» обеспечивают возможность эксплуатации устройства в виде очков с оптической коррекцией зрения.