УСТРОЙСТВО ИНТЕРАКТИВНОЙ ОЦЕНКИ ЗРИТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ У ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА
DEVICE FOR INTERACTIVE ASSESSMENT OF VISUAL FUNCTIONS IN CHILDREN OF PRESCHOOL AGE

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для скрининговой офтальмологической диагностики зрения детей, взрослых, лиц с нарушениями интеллектуального развития, речи. Способ и устройство позволяют формировать адаптированные для детского восприятия режимы тестирования, которое, как правило, ведется в интерактивном режиме, обеспечиваемом адаптированным для детей пультом, имеющим проводную и/или беспроводную двустороннюю связь с удаленной частью устройства, обеспечивающей предъявление тестовых оптотипов требуемого качества. Устройство обеспечивает автоматическую регистрацию ответов пациента, хранение результатов тестирования в базе данных результатов.
Проблема проверки зрительных функций у детей перманентно остра. Это связано с исключительной важностью получения своевременных и достоверных результатов таких проверок. Как известно, обнаруженные в детском возрасте нарушения зрительных функций на ранних стадиях во многих случаях могут быть скорректированы, в том числе и нехирургическим путем. Во взрослом возрасте многие из технологий корректировки зрения становятся практически невозможными.
Существуют объективные препятствия для проведения качественного обследований детей дошкольного и младшего школьного возраста. Можно выделить несколько важнейших групп мешающих факторов:
Во-первых, зачастую оптотипы, традиционно используемые для проверки зрительных функций, бывают непонятны детям. Многим из них может быть сложно восприятие оптотипов в форме букв или абстрактных фигур в различных ориентациях. Кроме того, многие дети в возрасте 3-7 лет испытывают сложности при лево-правой ориентации, необходимой для проведения тестирования по наиболее распространенным оптотипам Ландольта и Снеллена. В связи с этим, при традиционном тестировании, создаются предпосылки для ошибок и, как следствие, получения недостаточно достоверных результатов тестирования.
Во-вторых, традиционное тестирование требует от ребенка, в большинстве случаев, вербальных ответов, в то время как ответы в такой форме зачастую бывают затруднительны для многих детей, в том числе испытывающих, например, смущение или чрезмерное волнение (не говоря уже о детях с элементами аутизма), что помимо прочего чревато дополнительными ошибками даже при формулировке вербального ответа.
В-третьих, ребенок может быть некооперативно настроен по различным причинам, в том числе в связи с тем, что задание может быть недостаточно интересно; ребенок не доверяет или боится взрослого человека, проводящего тестирование и др., в таких ситуациях тестирование часто бывает невозможно в принципе.
В-четвертых, ребенок часто не может сразу освоить процедуру проведения тестирования, делая ошибки, не соответствующие качеству функционирования его зрительных функций, в связи с чем возможны результирующие ошибки тестирования.
До настоящего времени не существует устройства, системно учитывающего перечисленные особенности детей, адаптация к которым процесса тестирования зрительных функций позволит решить следующие задачи:
- повышение точности и достоверности результатов офтальмологического тестирования детей путем формирования комплекса условий, позволяющих значительно упростить ребенку выполнение задания.
- расширения круга лиц, принципиально способных к выполнению тестовых заданий для оценки зрительных функций, в том числе за счет групп лиц с повышенной возбудимостью, замкнутостью, отставанием в развитии, нарушениями речи, иностранцев и др.
Изобретение позволит создать специализированное техническое средство нового поколения, результаты внедрения которого будут востребованы различными учреждениями медицинской направленности, а также учреждениями дошкольного образования.
Образцы устройств для тестирования зрительных функций, в том числе у детей, с помощью предъявления адаптированных для детей паттернов на экране монитора известны. Известны патенты «Optometric chart presenting apparatus», US 6244713 В1 от 12 июня 2001 г.; «Visual acuity examination apparatus», US 6425665 B2 от 30 июня 2002 г.; «Optotype presenting apparatus», US 7549751 от 31 января 2008 г. и др., содержащие современные технические решения для качественного предъявления оптотипов в процессе тестировании зрительных функций по стандартному алгоритму, дающему приемлемые результаты при тестировании взрослых, однако практически не учитывающие особенности проведения тестирования детей, что не позволяет рассматривать подобные устройства в качестве надежных тестовых систем в случаях проведения исследований с детьми 3-7 лет.
Известны также специализированные способы проверки зрения у детей (см. Method and apparatus for performing vision screening, US 7287857 B2 от 30 октября 2007 г. и др.) частично учитывающие эту специфику (предъявление понятных ребенку тестовых символов - оптотипов, отсутствие необходимости формирования ребенком вербального ответа, интерактивность проведения тестирования и др.), но не позволяющие обеспечить интерактивность проведения тестирования. Способ не обеспечивает условий для адекватной подготовки ребенка к процессу тестирования, возможности системного и автоматизированного формирования базы данных обследований для проведения последующего анализа и т.д.
Таким образом, для создания устройства, позволяющего проводить тестирование в адекватных поведенческим особенностям ребенка условиях зрительных функций и, в первую очередь, остроты зрения, необходимо совмещение возможностей современной техники с реализацией адаптированных алгоритмов проведения тестирования детей дошкольного и младшего школьного возраста (а также других заявленных групп), которое обеспечит повышение точности и достоверность получаемых результатов.
В качестве наиболее близкого технического аналога был выбран патент "Optotype presenting apparatus", US 2008/0018858 A1 от 24 января 2008 г. Патент описывает техническое решение, предназначенное для создания устройства предъявления оптотипов, формируемых при тестировании зрительных функций. Устройство состоит из следующих элементов:
- блок предъявления оптотипов,
- блок памяти стандартных оптотипов,
- блок удаленного переключения тестовых оптотипов,
- блок управления в составе блока контроля размеров оптотипов, блока контроля бессимвольного интервала между двумя предъявлениями тестов, блока сопряжения с вынесенным блоком удаленного выбора режима проверки.
Алгоритм проверки зрительных функций, в частности остроты зрения, выглядит в описываемом патенте следующим образом: на тестовом мониторе инициируется появление тестовых паттернов с помощью дистанционного пульта, после чего тестируемый устно сообщает о том, что он видит на экране монитора, затем на основании ответа испытуемого тестирующий выносит свое суждение о состоянии его зрительной функции.
Все предъявляемые в процессе тестирования тесты, как записано в расшифровке патента, представляют собой стандартные паттерны, рассчитанные на работу со взрослыми испытуемыми.
В патенте предложено современное техническое решение для оценки ряда показателей зрения, однако в нем, так же как в большинстве других изученных технических решений, отсутствуют элементы, необходимые для качественной оценки зрения у детей дошкольного возраста, в первую очередь предъявление понятных ребенку тестовых изображений - оптотипов, отсутствие необходимости вербального ответа, интерактивность проведения тестирования, «жесткий» режим тестирования и др., что не может позволить во многих случаях получить достоверные данные о состоянии зрительных функций у ребенка.
Настоящее изобретение направлено на решение следующей технической задачи:
- Повышение точности и достоверности результатов тестирования детей 3-7 лет.
- Повышение информативности и достоверности при получении данных тестирования лиц с отклонениями в интеллектуальном развитии, сочетанными нарушениями и лиц с ограниченными возможностями коммуникации (иностранцы и др.).
- Расширение круга лиц, способных к адекватному проведению тестирования зрительных функций.
- Формирование условий для невербального интерактивного получения результатов тестирования благодаря созданию адаптированного для детей пульта для фиксации ответов тестируемого, имеющего адаптированную для детей графическую интерпретацию тестовых оптотипов.
- Техническое обеспечение, в необходимых случаях, автоматизированного эталонного мультимедийного объяснения задания ребенку.
- Обеспечение, в необходимых случаях, перед процессом истинного тестирования автоматизированного режима предтестирования - режима оценки понимания задания, режима тренировки.
- Обеспечение возможности функционирования и обеспечения проводной и беспроводной связи адаптированного для детей пульта для проведения тестирования в безвербальной интерактивной форме с частью устройства, отвечающую за предъявление тестовых оптотипов на расстояниях, достаточных для стандартных и специфических дальностей, необходимых для исследования зрительных функций (как правило 0-10 м).
- Обеспечение автоматизированного создания базы данных полученных результатов.
Решение поставленной задачи осуществляется следующим образом: устройство (и способ) интерактивной оценки зрительных функций у детей дошкольного возраста предназначенное, в первую очередь, для адаптированной проверки зрительных функций у детей, включающее блок питания, а также
- блок предъявления оптотипов (объяснений и интерфейса), соединенный двунаправленными многоразрядными шинами с блоком управления,
- блок памяти стандартных оптотипов, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами с блоком управлениия,
- блок удаленного переключения тестовых оптотипов, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами с блоком управлениия,
- первый блок управления, включающий блок контроля размеров оптотипов, блок контроля бессимвольного интервала между двумя предъявлениями тестов, блок сопряжения с вынесенным блоком удаленного выбора режима проверки, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами с блоком предъявления оптотипов (и интерфейса),
согласно изобретению содержит дополнительно
- второй блок управления, включающий второй блок контроля размеров оптотипов, второй блок контроля бессимвольного интервала между двумя предъявлениями тестов, блок сопряжения с вынесенным блоком фиксации ответа испытуемого, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами с блоком предъявления оптотипов и интерфейса,
- блок памяти мультимедийных объяснений заданий, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления,
- блок памяти алгоритмов проведения тестирования, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления,
- блок памяти режимов подготовки и тестирования, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления,
- блок памяти адаптированных для детей оптотипов, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления,
- блок фиксации ответов испытуемого, выполненный в виде адаптированного для детей тестового пульта, соединенный двунаправленными многоразрядными проводными и/или беспроводными шинами со вторым блоком управления,
- блок базы данных, обеспечивающий автоматическое сохранение результатов тестирования, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления,
- блок настройки и запуска заданий, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления.
При этом устройство интерактивной оценки зрительных функций у детей дошкольного возраста может быть реализовано на существующей электронной элементной базе.
- Второй блок управления в составе второго блока контроля размеров оптотипов, второго блока контроля бессимвольного интервала между двумя предъявлениями тестов, блока сопряжения с вынесенным блоком фиксации ответа испытуемого, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами с блоком предъявления оптотипов, предназначен для формирования соответствующих тестовых паттернов на блоке предъявления оптотипов и интерфейса в соответствии с алгоритмом и режимами работы тестовой системы, приема и декодирования сигналов с вынесенного блока фиксации ответов испытуемого, а также для обеспечения интерфейса настройки и управления процессом тестирования, а также корректной записи данных тестирования в базу данных.
- блок памяти мультимедийных объяснений заданий, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления, предназначен для обеспечения запуска соответствующего мультимедийного информационного материала на блоке предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса.
- блок памяти алгоритмов проведения тестирования, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления, предназначен для обеспечения запуска, при проведении автоматизированного тестирования, одного из стандартных алгоритмов тестирования, включающих критерии оценки.
- блок памяти режимов подготовки и тестирования, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления, предназначен для обеспечения запуска одного из сервисных рабочих режимов проведения тестирования или их сочетания (мультимедийное объяснение задания, предварительное тестирование, истинное тестирование).
- блок памяти адаптированных для детей оптотипов, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления, предназначен для хранения адаптированных для проверки зрения детей тестовых оптотипов.
- блок фиксации ответов испытуемого, выполненный в виде адаптированного для детей тестового пульта, соединенный двунаправленными многоразрядными проводными и/или беспроводными шинами со вторым блоком управления, предназначен для обеспечения интерактивного невербального проведения тестовых испытаний.
- блок базы данных, соединенный двунаправленными многоразрядными шинами со вторым блоком управления, предназначен для обеспечения сохранения результатов тестирования и формирования необходимых для последующего анализа и презентации данных результатов.
- блок настройки и запуска заданий, соединенный двунаправленными многоразрядными проводными и/или беспроводными шинами со вторым блоком управления предназначен для обеспечения ручной настройки процедуры тестирования и ее запуска, а именно: выбора типа тестирования (острота зрения, цветовое зрение и т.д.); выбора параметров тестирования (тип оптотипа, условия его презентации и т.д.), выбора алгоритма тестирования (скрининг, стандартный, ускоренный и т.д.), стратегии тестирования (объяснение задания, пробное тестирование, истинное тестирование), запуска начала тестирования.
Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении адекватного детскому возрасту проведения тестирования зрительных функций на базе интерактивной модели взаимодействия, не требующей от ребенка действий, затрудняющих и/или препятствующих проведению тестирования, предъявлении соответствующих уровню понимания широкого круга детей тестовых паттернов, а также формировании базы данных результатов, позволяющей проводить анализ полученных данных тестирования.
Сущность изобретения поясняется примером конкретной реализации устройства следующими чертежами.
Фиг.1. Структурная схема устройства.
Фиг.2. Изображение конструктивного варианта тестового пульта.
Фиг.3. Варианты адаптированных для детей тестов для проверки остроты зрения.
Фиг.4. Один из вариантов выбора порядка проведения тестирования, показывающего процедуру выбора режимов подготовки и/или тестирования и алгоритма проведения тестирования заданной зрительной функции.
Фиг.5. Скриншот одного из мультимедийных объяснений задания.
Фиг.6. Пример рабочего окна предварительной оценки результатов тестирования.
Фиг.7. Возможная последовательность процедур при проведении тестирования.
Патентуемое устройство (Фиг.1) содержит несколько согласованно работающих функциональных блоков, соединенных между собой двунаправленными многоразрядными шинами:
- блок предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса (1),
- первый блок управления (2), включающий блок контроля размеров оптотипов (3), блок контроля бессимвольного интервала(4), блок сопряжения с вынесенным блоком удаленного выбора режима проверки (5),
- блок удаленного переключения тестовых оптотипов (6),
- блок памяти стандартных оптотипов (7),
- второй блок управления (8), включающий второй блок контроля размеров оптотипов (9), второй блок контроля бессимвольного интервала (10), блок сопряжения с вынесенным блоком фиксации ответа испытуемого (11);
- блок памяти мультимедийных объяснений заданий (12);
- блок памяти алгоритмов проведения тестирования (13),
- блока памяти режимов подготовки и тестирования (14);
- блок памяти адаптированных для детей оптотипов (15);
- блок фиксации ответов испытуемого (16),
- блок базы данных, обеспечивающий автоматическое сохранение результатов тестирования (17).
- блок настройки и запуска заданий (18).
Все блоки устройства подключены к соответствующим выводам блока питания.
Все блоки патентуемого устройства могут быть реализованы (и уже реализованы) на основе современных электронных компонентов.
Блок предъявления оптотипов может быть реализован на базе стандартного компьютерного монитора,
первый блок управления, включающий блок контроля размеров оптотипов, блок контроля бессимвольного интервал, блок сопряжения с вынесенным блоком удаленного выбора режима проверки может быть реализован на базе стандартного системного компьютерного блока,
блок удаленного переключения тестовых оптотипов может быть изготовлен по технологии, аналогичной используемой при создании инфракрасных телевизионных пультов дистанционного управления,
блок памяти стандартных оптотипов может быть реализован на базе стандартного компьютерного блока памяти,
второй блок управления, включающий второй блок контроля размеров оптотипов, второй блок контроля бессимвольного интервала, блок сопряжения с вынесенным блоком фиксации ответа испытуемого может быть реализован на базе стандартного персонального компьютера,
блок памяти мультимедийных объяснений заданий; блок памяти алгоритмов проведения тестирования, блок памяти режимов подготовки и тестирования; блок памяти адаптированных для детей оптотипов; блок базы данных, обеспечивающий автоматическое сохранение результатов тестирования, могут быть реализованы на базе стандартного компьютерного блока памяти,
блок фиксации ответов испытуемого может быть реализован на базе следующих комплектующих элементов: управляющий контроллер - один из современных контроллеров фирмы Microchip, (см.например, Microchip 2009 Product Selector Guide); обеспечение беспроводной связи по протоколу BLUETOOTH на базе стандартных модулей типа WT-12-A фирмы Bluegiga. Вариант конструктивного решения тестового пульта показан на Фиг.2,
блок настройки и запуска заданий может быть реализован на базе стандартной клавиатуры.
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 истинного тестирования,
- режим интерактивного тестирования на заданных расстояниях,
- режим стандартного тестирования (аналогичный прототипу),
- режим формирования и просмотра БД (Фиг.7).
Ниже описаны основные режимы работы устройства.
- режим объяснения задания. Предназначен для мягкого введения ребенка в процесс тестирования. В занимательной мультимедийной форме ему демонстрируются основные особенности предстоящей работы. Пример эпизода работы режима объяснения задания показан на Фиг.5. Режим инициируется следующим образом: блок настройки и запуска заданий (18) позволяет выбрать один из следующих режимов или их сочетаний - режим объяснения задания, режим пробного тестирования, режим истинного тестирования. После выбора режима объяснения задания, информация о котором хранится в блоке памяти режимов подготовки и тестирования (14), информация о сделанном выборе передается на второй блок управления (8), инициирующего формирование на блоке предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса (1) мультимедийного объяснения, данные о которых хранятся в блоке памяти мультимедийных объяснений заданий (12).
Настройка и запуск заданий осуществляется с помощью блока настройки и запуска заданий (18) по интерфейсу, формируемому на блоке предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса (1).
- режим пробного тестирования. Предназначен для проверки понимания задания ребенком и кооперативности его настоя. В этом режиме формируется заведомо выполнимое задание (задания) для ребенка, по результатам выполнения которого возможно автоматизированное суждение о понимании задания и кооперативного настроя. Так, например, в случае тестирования остроты зрения по адаптированным для детей оптотипам, часть которых показана на Фиг.3, предъявляются оптотипы таких угловых размеров, которые заведомо хорошо различимы ребенком. Если ребенок неправильно выполняет заведомо выполнимые задания, в соответствии с логикой работы выбранного алгоритма пробного тестирования, на блоке предъявления оптотипов и интерфейса формируется информационное окно с предупреждением о возможно неадекватном поведении ребенка. В случае, если реакция ребенка адекватна, возможен переход к режиму истинного тестирования. Ответы ребенка фиксируются с помощью адаптированного для детей пульта (блок фиксации ответов испытуемого (16). Процедура тестирования описана в подразделе режим интерактивного тестирования.
Режим инициируется следующим образом: блок настройки и выбора заданий (18) позволяет выбрать этот режим в блоке памяти алгоритмов подготовки и тестирования (14). После этого выбора, информация о котором получается вторым блоком управления (8), последний инициирует формирование на блоке предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса (1) оптотипов, предназначенных для пробного тестирования согласно выбранному алгоритму. Данные об оптотипах, задействованных в этом режиме, хранятся в блоке памяти адаптированных для детей оптотипов (15), а сам алгоритм пробного тестирования, включая вынесение автоматизированного суждения о понимании и кооперативности - в блоке памяти алгоритмов тестирования (13).
- режим истинного тестирования является настоящим офтальмологическим тестовым режимом, результаты которого автоматически заносятся в базу данных. Режим организован аналогично режиму пробного тестирования с тем отличием, что в блоке выбора режима выбирается режим истинного тестирования, этот выбор инициирует работу алгоритма (или алгоритмов) проведения истинного тестирования и результаты проведенного тестирования заносятся в блок базы данных (17).
- режим интерактивного тестирования на заданных расстояниях проводится с помощью адаптированного для детей беспроводного пульта (блок фиксации ответов испытуемого (16). На передней панели пульта расположена группа крупных кнопок с нанесенными на них изображениями оптотипов (Фиг.2). Ребенку предъявляются на блоке предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса (1) тестовые задания, в которых используются оптотипы, аналогичные нанесенным на кнопки. Заданием для ребенка является правильное распознавание оптотипа и нажатие на соответствующую кнопку пульта (блок фиксации ответов испытуемого 16). Информация о нажатой ребенком кнопке по беспроводной (или проводной) связи передается с блока фиксации ответов испытуемого (16) на второй блок управления (8), который использует эту информацию для продвижения работы алгоритма тестирования, реализуемого с помощью блока памяти алгоритмов проведения тестирования (13). Благодаря наличию беспроводной связи этот режим легко работает при различных расстояниях от блока фиксации до блока предъявления оптотипов, объяснений и интерфейса. Выбранное расстояние до пульта, обеспечиваемое при помощи блока настройки и запуска заданий (18), обеспечивает автоматическое изменение углового размера тестовых оптотипов.
- режим стандартного тестирования аналогичен работе прототипа,
- режим формирования и просмотра базы данных позволяют сохранить результаты проведенных проверок и осуществлять просмотр и анализ полученных результатов. Технология формирования базы данных и инструментов работы с ней - традиционные. Скриншот одного из окон просмотра данных базы данных показан на Фиг.6. Данные записываются в базу данных автоматически после окончания проведения тестирования.
Возможная последовательность процедур при проведении специализированного тестирования детского контингента показана на Фиг.7, а на Фиг.4 показан один из возможных вариантов последовательного выбора режима проведения тестирования и алгоритма тестирования.