УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЯ ЦВЕТООЩУЩЕНИЙ

Полезная модель предназначена для использования в медицине, более точно в офтальмологии, и используется для диагностики пациентов с врожденным и приобретенным нарушением цветоощущения.
С помощью заявляемой полезной модели, можно проводить диагностику нарушения цветоощущений, при массовой диспансеризации, на первичных отборочных комиссиях профессиональной пригодности (для работы на железнодорожном транспорте, в метро, в авиации, а также работников, деятельность которых связанна с работой, где требуется нормальное цветоощущение).
Известно, что при разложений белого цвета призмой на спектр составляющих его цветов, в качестве основных, выделяют фиолетовой 430 нм, синий 460 нм, зеленый 520 нм, желтый 575 нм, оранжевый 600 нм, красный 650 нм и пурпурный >650 нм.
Известно, что монохроматический цвет с промежуточной длинной волны вызывает ощущение смешенного цветового тона, например: желто-зеленого при длине волны >520 нм и длине воны <575 нм.
Особенность цветоощущения обусловлена наличием в сетчатке глаза человека разных типов колбочек, содержащих различные светочувствительные пигменты и различающихся по спектральной чувствительности, которые определяют цветовое зрение человека. Первичные главные цвета (по международной конвенций) имеют следующие параметры: красный с длинной волны 700 нм; зеленый с длинной волны 546 нм; синий с длинной волны 435 нм.
Нарушение цветоощущения, выражается в неспособности отличать друг от друга излучения, различимые человеком с нормальным цветовым зрением. Такое нарушение может носить врожденный или приобретенный характер и называется цветовой слепотой или дальтонизмом. Эти нарушения могут происходить на уровне зрительных пигментов и на уровне обработки нервных сигналов в проводящих путях от сетчатки до зрительных зон головного мозга или в самих зрительных зонах.
Методы исследования цветового зрения взрослых людей основаны на проверке следующих способностей испытуемого:
1) воспринимать световые излучения по всем диапазонам видимого спектра - от 400 до 700 нм;
2) уравнивать цвета разных излучений в соответствии с законами смещения, присущими нормальному трихромату.
Где под нормальным трихроматом понимается человек, у которого в сетчатке глаза функционируют три типа колбочек: красные; зеленые и синие.
Кроме того, в норме кроме колбочек в сетчатке человека имеются палочки, которые существенного влияния на цветное зрение не оказывают.
Люди имеющие только два типа колбочек называются дихроматы, а один тип колбочек - монохроматы.
Колбочки, соответственно их пигментам, называются коротковолновые (S), средневолновые (М) и длинноволновые (L).
Совместная работа трех видов колбочек позволяет человеку с нормальным цветоощущением, классифицировать семь цветов радуги и различать близкие цветовые оттенки.
Известно, что разные зоны сетчатки человека отличаются по спектральной чувствительности.
Например, спектральная чувствительность центральной макулярной области сформирована только из красных и зеленых колбочек. Отсюда, макулярная область сетчатки является «сине-слепой» - дихроматической (Wald G. Blue - blindness in the normal eye // J. Opt. Soc. Am. - 1967. - Vol.287. - P.1289-1292). Кроме того, наличие светофильтрующего пигмента желтого пятна ограничивает спектральный диапазон в макулярной области сетчатки, спектром короче 470 нм. В результате, цветоразличение в макулярной области укладывается в чрезвычайно узкий желто-оранжево-красный диапазон (Зак П.П. «Теоретические основы спектральной коррекции зрения. Клиническая физиология зрения» Москва, Изд. МБН 2002 г. с.664).
Известно, что врожденные нарушения цветоощущения связаны генетическим аппаратом и соответственным образом наследуются.
Различают три вида врожденных нарушений цветового зрения:
- дефект восприятия красного цвета (протан-дефект),
- дефект восприятия зеленого (дейтер-дефект),
- дефект восприятия синего (тритан-дефект).
По степени нарушений каждый из видов подразделяется на аномальную трихромазию, протанопию, дейтернопию и монохромазию.
Врожденные нарушения цветового зрения встречаются у 7% населения, у мужчин в 10-15 раз чаще, чем у женщин (A.M.Шамшинова, В.В.Волков. Функциональные методы исследования в офтальмологии. М. Медицина, 1998).
Приобретенные дефекты цветового зрения в начальной стадии заболевания часто проявляются в одном глазу, что связано с патологическими изменениями в макулярной области сетчатки или в нарушении проводимости в волокнах зрительного нерва. В результате травм или хирургического вмешательства на головном мозге, дефекты цветоощущения могут проявляться и на парном глазу. По мере прогрессирования заболевания происходит снижение остроты зрения, снижение контрастной чувствительности и снижаются показателей критической частоты слияния мельканий (КЧСМ). Под КЧСМ понимается максимальная частота прерывистого светового излучения, при котором глаз начинает воспринимать излучение как постоянное.
Известно, что КЧСМ является функцией световой и различительной способности системы, характеризующая функциональную подвижность (лабильность) зрительного пути от рецепторов сетчатки до головного мозга.
В офтальмологической практике КЧСМ служит критерием для диагностики ряда заболеваний, в том числе как глаукома, частичная атрофия зрительного нерва, макуладистрофия, врожденная высокая степень миопии, врожденная колбочковая дисфункция, опухоль гипофиза и другие заболевания.
В норме КЧСМ у здорового человека, как у взрослых, так и детей составляет в среднем 41-45 Гц (красный свет с доминирующей волной - 630 нм). Однако, эта величина характерна только для макулярной зоны при центральном предъявлении стимула. С увеличением площади стимула КЧСМ растет в сторону височных частей поля зрения и достигает 58-60 Гц на периферии поля зрения (Зависимость локальных нарушений КЧСМ от характера патологических изменений в зрительной системе. М.В.Зуева, И.В.Цапенко, Е.Ю.Захарова, К.В.Голубцов, О.Ю.Орлов. Матер. III-ей Мос. науч.-практ. офтальмо. конф. Москва, 1999. с.36-37).
При заболевании органа зрения показатели КЧСМ снижаются и в большей степени зависят от типа патологического процесса в сетчатке и зрительном нерве, а также в высших этажах зрительной системы (Fliker fision freguence in ophthalmic express-diagnosis. K.V.Golubtsov, O.Y.Orlov. Twentleth Euopean Conference on Visual Perceprtion Helsinki - Espoo, Finland, 1997, с.59.; Особенности использования импульсного хроматического света в диагностике и лечении атрофии зрительного нерва. Шигина Н.А., Куман И.Г., Крутов С.В., Голубцов К.В. / Клиническая офтальмология. Тема номера - Воспалительные заболевания глаз. 2002. Том 3, №1, с.37-40).
Приобретенные дефекты цветового зрения можно подразделить на три класса:
- старение и заболевания оптического аппарата глаз,
- заболевания сетчатки и зрительного нерва или их питания,
- нарушение или патологические изменения в зрительных центрах головного мозга, которые часто возникают в результате травм или хирургического вмешательства.
Известно, что традиционные методы адекватно отвечают при исследовании врожденных дефектов нарушений цветового зрения, а при некоторых приобретенных дефектах - данные методы не отвечают поставленной задачи. Поэтому, для приобретенных дефектов цветоощущения, необходимы локальные цветовые стимулы различных цветов и размеров (Шамшинова A.M. В.В.Волков. Функциональные методы исследования в офтальмологии. М. Медицина, 1998).
Ослабление цветоощущения в пожилом возрасте, обычно незначительны и выражаются в изменении чувствительности в синий области спектра и принимают вид тританопии. У таких пациентов, как показали исследования, снижаются показатели КЧСМ на синий цвет, при относительно нормальных показателях на красный и зеленый свет. Что обусловлено повышением плотности оптических сред и некоторым пожелтением хрусталика. Поскольку синих колбочек в сетчатке человека очень мало, по сравнению с красными и зелеными, снижение интенсивности света в синей области спектра может сдвигать цветоощущение в сторону тританомалии.
Пациенты с диабетом часто проявляют себя как тританомалы, в результате преждевременном пожелтением хрусталика.
Известно, что на рецепторном уровне врожденные нарушения обусловлены полным отсутствием одного из трех типов колбочек или отклонением их спектральной чувствительности от нормы. Соответственно, различают три формы дихромазии, т.е. наличия только двух вместо трех типов колбочек: (а) протанопия, когда отсутствуют длинноволновые колбочки (красные), (b) дейтеранопия, когда отсутствуют средневолновые колбочки (зеленые), (с) тританопия, когда отсутствуют коротковолновые синие колбочки. Поскольку гены длинноволнового и средневолнового пигментов локализованы в половой хромосоме, первые две формы связаны с полом и встречаются примерно у 1% мужчин. Тританопия с полом не связана и встречается крайне редко.
Известно, что отклонения кривых спектральной чувствительности одного из типов колбочек от нормы дают три формы аномальной трихромазии:
- протаномалию,
- дейтреаномалию,
- тританомалию.
Аномальные трихромазии встречаются чаще, чем дихромозия. Первые две формы аномалий также связаны с полом и в сумме встречаются у 6% мужчин.
Выявление врожденных нарушений цветового зрения проводят с помощью полихроматических таблиц или приборов для исследования цветового зрения - анамалоскопов. Часто они не сопоставимы с приведенной выше классификацией врожденных аномалий.
Принятое разделение протаномалий и дейтераномалий на типы А, В и С определяется количеством читаемых псевдоизохроматических таблиц (например, из атласа Рабкина, Юстовой, Ишихары и др.).
Комитет по Международным стандартам для обнаружения врожденных красно-зеленых нарушений наряду с таблицами Ишихары, рекомендует использовать спектральный аномалоскоп.
Для диагностики приобретенных цветоощущений, часто применяются таблицы Американской оптической компании (Hardy- Rand- Ritter) которые позволяют диагностировать нарушения в сине-желтой (RY) области спектра.
Другой способ диагностики нарушений цветоощущения, основан на измерениях фотопической кривой «видности». Ее измеряют либо трудоемким методом гетерохромных сравнений, когда испытуемому предлагают подравнять субъективно, яркости двух соседних поверхностей, имеющих разный цветовой тон, или методом мелькающей фотометрии, когда два сравниваемых излучения подают на глаз пациентов, попеременно с меньшей частотой излучения стимулов, чем критическая частота слияния мельканий. Критерием равенства яркостей, двух сравнимых излучений служит отсутствие мельканий. Известно, что для того, чтобы уравнять субъективно по яркости зеленые и красные излучения, протанопам (люди с пониженным восприятием красного излучения) требуется большая интенсивность красного излучения, по сравнению с зеленым, а дейтеранопам (люди с пониженным восприятием зеленного излучения) требуется большая интенсивность зеленого излучения по сравнению с красным
В норме кривая «видности» определяется работой длинноволновых и средневолновых колбочек и имеет вид усредненной кривой спектральной чувствительности этих колбочек. Отклонение кривой «видности от нормы может служить индикатором нарушений в свойствах длинноволновых и средневолновых колбочек. Отсутствие длинно-волновых колбочек (протанопия) сдвигает кривую в коротковолновую сторону, и она совпадает с кривой спектральной чувствительности средневолновых колбочек. Отсутствие средневолновых колбочек (дейтронапия) приводит к сдвигу кривой «видности» в длинноволновую часть спектра. Отклонение в спектральной чувствительности одного из типов колбочек (протанопия и/или дейтераномалия) также приводит к сдвигам кривой «видности», но в меньшей степени.
Мелькания становятся малозаметны при некотором промежуточном соотношении интенсивностей красного и зеленого излучении, что соответствует равенству субъективных яркостей этих излучений. То есть, при равно долевом участии красного и зеленого излучения происходит слияние мельканий, и испытуемый с нормальным цветоощущением воспринимает его как не мерцающий желтый свет. Возникает, так называемся точка «молчания», в которой мелькания неразличимы.
Смещение кривой «видности» вдоль спектральной оси относительно нормы указывает, к какому типу относится пациент.
Так как рассматриваемые кривые спектральной чувствительности довольно стандартны, в диагностических целях нет необходимости снимать всю кривую.
Следует отметить, что при любом способе исследования цветоощущения, большое значение имеет освещенность помещения, где происходит исследование, так как посторонней свет может значительно влиять на показания диагностики и сдвигать кривую «видности» вдоль спектральной оси в обе стороны.
Согласно, международному стандарту (1985 г.) при проверке цветоощущения в помещении у живущих людей в северном полушарии земного шара предлагается использовать освещенность в пределах 350-500 люкс из окон ориентированных на север.
Однако спектр естественного дневного цвета не постоянен, поэтому дается предпочтение искусственному освещению помещения, синевато-белым цветом «С» порядка 330 люкс. Использование любых светильников с желтым светом, например: лампы накаливания приводит к сдвигу кривой «видности».
Известно устройство, для диагностики цветоощущений (см. патент на полезную модель RU №82107, Айду Э.А.И., Голубцов К.В., Максимов В.В., Трунов В.Г.). Данное устройство позволяет выявлять степень нарушений цветоощущения в красно-зеленой зеленой области спектра. Недостатками устройства является его значительная стоимость и отсутствие возможности проводить исследования в сине-зеленой области спектра.
Наиболее близким устройством является устройство, для исследования нарушения цветоощущений (см. SU №1690665, Максимов В.В., Гнюбкин В.Ф., и др.), где для определения равенства яркости излучений использована идея «мелькающего фотометра» - красное и зеленое излучение предъявляется на тестовом поле попеременно со стандартной частотой 30 Гц. Недостатком данного устройства является то, что оно работает на стандартной частоте 30 Гц, что значительно ниже критической частоты слияния мельканий. Поэтому у пациентов с высокими показателями КЧСМ трудно определить степень нарушения цветоощущения, так как при высокой КЧСМ мелькания отмечаются по всей шкале кривой «видности», а у людей с низками показателями КЧСМ мелькания отсутствуют по всей шкале.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача, создание простого устройства предназначенного для диагностики пациентов с врожденным и приобретенным нарушением цветоощущением. Устройство позволяет диагностировать пациентов с нормальной и аномальной трихромазии, дисфункции в двух формах: протанопию и дейтронопию, выявление монохроматизма, когда функционирует только один вид приемника и цветоразличение полностью отсутствует. При помощи устройства можно исследовать патологические процессы в зрительной системе у пациентов с диабетом при затемнении оптических сред и выявлять пациентов с признаками тританомалии.
Устройство также проводить исследования КЧСМ в макулярной области сетчатки на различные цвета.
Заявляемое устройство для диагностики расстройств цветоощущения, содержит генератор опорной частоты, счетный триггер, излучатель красного и зеленого цветов, выполненный в виде двуцветного светодиода, регулятор яркости. Отличительной особенностью является то, что в устройство ведены регулируемый генератор переменной частоты, формирователь стандартных импульсов, индикатор частоты и степени нарушения цветоощущения в виде дисплея, переключатель рода работ, выносной раструб с трехцветным светодиодом, красным, зеленым и синим, светозащитная маска с трех цветными светодиодами красным, зеленым и синем, кнопки управления, причем генератор переменной частоты, триггер, формирователь стандартных импульсов и регуляторы тока, выполнены на программируем однокристальном микроконтроллере.
Также, в заявляемом устройстве, в качестве блока питания может быть использована аккумуляторная батарея с подзарядкой от сетевого адаптера, программируемый микроконтроллер может быть соединен своим входом и выходом с USB портом для перепрограммирования устройства и передачи данных на персональный компьютер.
Процедура исследования с врожденными нарушениями цветового зрения на данном устройстве, заключается в следующем: вначале определяется критическая частота слияния мельканий при помощи светозащитной маски в котором вставлены светодиоды красные, зеленые и синие. Средние показатели КЧСМ на красные и зеленые стимулы фиксируются и на основе полученных данных, выбирается частота на 3-4 Гц ниже слияния мельканий и на полученной частоте проводится диагностика цветоощущения.
На фиг.1 представлена схема заявляемой полезной модели, на которой:
1 - управляемый генератор переменной частоты, 2 - триггер, 3 и 4 - управляемые генераторы яркости 5 - светозащитная маска с трехцветным диодом, 6 - мини-дисплей для отражения степени цветоощущения, 7 - кнопки управления устройством.