СОДЕРЖАНИЕ
- ВВЕДЕНИЕ.
- 1 Аналитический обзор методов и средств для исследования поля зрения человека в офтальмологии.
- 1.1 Классификация офтальмологических приборов и систем.
- 1.2 ООЭП для изучения поля зрения.
- 1.3 Общие понятия статической периметрии.
- 1.4 Методы компьютерной периметрии, направленные на раннюю диагностику глаукомы.
- 1.5 Стратегии и схемы проведения статических периметрических исследований.
- 1.6 Обзор существующих разработок в области анализаторов поля зрения.
- 2 Выбор и обоснование структурной схемы офтальмологического периметра.
- 3 Габаритно-энергетический расчет разрабатываемого офтальмологического периметра.
- 3.1 Влияния оптических параметров системы на её качество.
- 3.2 Критерии качества оптической системы.
- 3.3 Оценка качества изображения.
- 4 Выбор и расчет основных параметров электрической схемы блока питания офтальмологического периметра.
- 5 Описание конструкции офтальмологического периметра.
- 6 Расчет погрешности офтальмологического периметра.
- 7 Разработка алгоритма функционирования офтальмологического периметра.
- 7.1 Контроль ошибок и потерь фиксации взора пациента.
- 7.2 Регистрация отклика пациента на тест-объект.
- 7.3 Исследование поля зрения на глазах с отсутствием центральной фиксации.
- 7.4 Использование среды MATLAB для окулографии.
- 8 Расчет надежности офтальмологического периметра.
- 9 Разработка технологического процесса настройки офтальмологического периметра.
- 10 Технико-экономическое обоснование и расчёт экономической эффективности проекта.
- 1 Расчет сметы затрат на производство.
- 10.2 Определение аналогов объекта разработки, определение товарного типа товара-разработки.
- 10.3 Определение экономической эффективности.
- 11 Вопросы безопасности жизнедеятельности.
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
- СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
- ПРИЛОЖЕНИЕ.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
FDT – Frequency-doubling technology
SAP – Standard Automated Perimetry
SITA – Swedish Interactive Threshold Algorithm
SWAP – Short-Wavelength Automated Perimetry
VR – Virtual reality
БОУ – блок обработки и управления
БП – блок питания
ВКУ – видеоконтрольное устройство
ИИ – источник излучения
ИК – измерительный канал
ООЭП – офтальмологические оптико-электронные приборы
ПЗ – поле зрения
ФПМ – функция передачи модуляции
ФРТ – функция рассеяния точки
Э – экран
ЭЭГ – Электроэнцефалография
ВВЕДЕНИЕ
Исследование поля зрения (ПЗ) глаза – это офтальмологическое обследование, целью которого является определение границ поля зрения человека, а также поиск областей выпадений центрального или периферического зрения, вызванных офтальмологической или неврологической патологией. На практике широко распространен способ тестирования пациентов с помощью офтальмологических периметров – оптико-электронных приборов, предъявляющих испытуемому ряд зрительных раздражителей с известной яркостью и локализацией. Прибор также содержит в себе блок контроля фиксации взора пациента, так как исследование поля зрения можно производить только при неподвижном взгляде [1].
Повышение точности офтальмологических оптико-электронных приборов (ООЭП) весьма актуально, поскольку такое оборудование позволит в кратчайшие сроки определять причину, характер и степень отклонения работоспособности зрительного аппарата от допустимых границ. В случае офтальмологических периметров повышение точности диагностики заключается в совершенствовании элемента с тест-объектами, системы управления, обработки полученных данных и системы слежения за движением глаз пациента. Не менее важной проблемой является большая погрешность субъективных методов исследования, основанных на ответах пациента [2].
Практическая значимость разработки оптико-электронной системы для исследования поля зрения глаза состоит в том, что её результаты могут быть использованы в области медицинского приборостроения. В работе были рассмотрены существующие системы, такие как сферические автоматические и полуавтоматические периметры, дуговые и проекционные. Были отмечены их достоинства и недостатки и была предложена альтернативная схема, основанная на технологии очков виртуальной реальности. Апробация результатов работы прошла в виде доклада и последующего обсуждения на «XLVI Научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО» в 2020 году.
Исходя из вышесказанного, можно выделить проблему отсутствия известной схемы и параметров для создания оптимального прибора по изучения поля зрения человека. Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке оптико-электронной системы для исследования поля зрения человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- Изучить и проанализировать информацию по данной теме в различных источниках.
- Выполнить аналитический обзор методов и средств для исследования поля зрения человека в офтальмологии.
- Выбрать и обосновать структурную схему офтальмологического периметра.
- Выполнить габаритно-энергетический расчет разрабатываемого офтальмологического периметра.
- Выбрать и рассчитать основные параметры электрической схемы блока питания офтальмологического периметра
- Описать конструкцию офтальмологического периметра.
- Рассчитать погрешность офтальмологического периметра.
- Разработать алгоритм функционирования офтальмологического периметра.
- Рассчитать надежность офтальмологического периметра.
- Разработать технологический процесс настройки офтальмологического периметра.
- Выполнить технико-экономическое обоснование и расчёт экономической эффективности проекта.
- Рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности.
1 Аналитический обзор методов и средств для исследования поля зрения человека в офтальмологии
Классификация офтальмологических приборов и систем
На основе проведенного анализа информации ООЭП можно разделить на 3 вида (рис. 1): ООЭП использующиеся для диагностики пациентов, лечения и контроля средств коррекции (офтальмологические операционные микроскопы). Приборы для диагностики в свою очередь делятся на ООЭП диагностики зрительного аппарата (исследование глазного дна, зрительного нерва, сосудов сетчатки и т. д.) и зрительных функций (острота зрения, внутриглазное давление, цветоощущение и др.). ООЭП, использующиеся в хирургии, делятся на ООЭП восстановления рефракционного равновесия и ООЭП хирургии патологий глаза [2].
Рисунок 1 – Классификация ООЭП
Так как тестирование ПЗ относится к проверке зрительных функций глаза, определим различные виды этих функций и их физиологические особенности. Колбочки, расположенные в центральной части сетчатки, обеспечивают центральное форменное зрение и цветоощущение. Центральное форменное зрение – способность различать форму и детали рассматриваемого предмета благодаря остроте зрения (способность глаза воспринимать две точки, расположенные на минимальном расстоянии друг от друга, как отдельные) [3].
Острота зрения основывается на способности воспринимать ощущение белого цвета. Поэтому употребляемые для определения остроты зрения таблицы представляют изображение черных знаков на белом фоне. Однако не менее важная функция – способность видеть окружающий мир в цвете.
Палочки и расположенные на периферии колбочки отвечают за периферическое зрение, которое характеризуется полем зрения и светочувствительностью. ПЗ – пространство, видимое глазом при фиксированном взоре. Размеры ПЗ определяются границей оптически деятельной части сетчатки и выступающими частями лица: спинкой носа, верхним краем глазницы, щеками. Известны следующие методы исследования ПЗ: ориентировочный способ, кампиметрия и периметрия [3]. В следующем подразделе будут рассмотрены методы изучения поля зрения глаза.
1.2 ООЭП для изучения поля зрения
Точность результатов, полученных ориентировочным способом и методом кампиметрии, не удовлетворяет задачам современной диагностики. Ввиду этого остановимся подробней на методах и средствах периметрии.
Периметрия (от греч. peri – вокруг и metreo – измеряю) – один из методов исследования периферического зрения, в основе которого лежит проекция сферической поверхности сетчатки на сферическую же и концентрическую с ней внешнюю поверхность [4]. Различают кинетическую периметрию и статическую периметрию.
Метод статической периметрии заключается в определении световой чувствительности в различных участках поля зрения с помощью неподвижных объектов переменной яркости. При проведении кинетической периметрии объект-стимул заданной яркости перемещают по меридианам, а точки, в которых он становится видимым или невидимым, отмечаются. В настоящее время у больных глаукомой кинетическая периметрия имеет ограниченное значение, обеспечивая преимущественно контроль состояния границ поля зрения. При подозрении на глаукому и при начальной стадии заболевания метод не имеет диагностической ценности и существенно уступает статической периметрии, которая является более информативной [5].
Более детальная информация о состоянии ПЗ может быть получена с помощью цветных тест-объектов, так как изменение в цветовом зрении возникает на ранних стадиях заболеваний сетчатки. Ближе всего к границам ПЗ белого цвета находится синий, далее следует красный, а ближе к установочной точке – зеленый (рис. 2) [4,6].
Рисунок 2 – Нормальные периферические границы поля зрения
Автоматические периметры, как правило, состоят из полусферы, на внутренней поверхности которой предъявляются неподвижные светящиеся тест-объекты (стимулы) дозируемой яркости (рис. 3).
Рисунок 3 – Автоматические периметры
Последними разработками стали периметры, проецирующие фоновый свет и световые стимулы непосредственно на сетчатку пациента, не требующие наличия громоздкого купола, и приборы с электронным дисплеем для предъявления стимулов [7].
В этом направлении преобладает использование технологии виртуальной реальности (Virtual reality – VR). Шлем VR полностью изолирует пациента от визуальных ощущений от внешнего мира, позволяя ему видеть только то, что проецируется на экране [8].
Изучив вышеупомянутые методы и средства диагностики ПЗ, остановимся на анализе и сравнение методов статической периметрии, так как на данный момент она наиболее информативно отражает способности зрительного аппарата.
1.3 Общие понятия статической периметрии
Статическая периметрия определяет вертикальную границу зрительного холма (рис. 4). Пациенту демонстрируется неподвижный объект с различной интенсивностью, благодаря чему устанавливается порог чувствительности.
Рисунок 4 – Зрительный холм
С помощью периметрии исследуется дифференциальная световая чувствительность (способность глаза различать свет и фиксировать более яркие или тусклые объекты при определенной фоновой освещенности в разных точках поля зрения). Стандартное исследование проводится с помощью представления белых стимулов изменяемой яркости на освещенном фоне. Единицей яркости фонового освещения или предъявляемых стимулов измеряется в канделах на метр квадратный (кд/м²). Для фиксации изменения яркости стимула глазом человека, она должна уменьшиться или увеличиться не менее чем на 10%. Например, при яркости фона 0,1 кд/м² глаз может различить световой стимул на 0,01 кд/м² ярче (рис. 5) [9, 10]. Поэтому принято переводить физические единицы в физиологические, которые определяют порог светочувствительности сетчатки в обратных единицах – децибелах (дБ), находящихся в обратной логарифмической зависимости.
Рисунок 5 – Принцип определения порога светочувствительности
Один бел равен одному делению логарифмической шкалы, что соответствует десятикратному увеличению интенсивности, один децибел равен одной десятой деления логарифмической шкалы. При этом нулю децибел соответствует стимул самой большой яркости для данного периметра [11]. Шкала децибелов не стандартизирована, поскольку максимальная яркость объектов у разных приборов отличается.
Одним из распространенных методов исследования ПЗ является стандартная автоматизированная периметрия (Standard Automated Perimetry – SAP). Это техника подразумевает исследование ахроматическим стимулом размером III по Гольдману (табл. 1) в центральной зоне, то есть до 30° от точки фиксации.
Таблица 1 – Размеры стимулов при периметрии по Гольдману
| Размер стимула | Угол (градусы) | Площадь стимула, мм2 (полусфера 30 см) |
| I | 0,10 | 1/4 |
| II | 0,22 | 1 |
| III | 0,43 | 4 |
| IV | 0,86 | 16 |
| V | 1,72 | 64 |
Несмотря на то, что SAP является общепринятым стандартом оценки зрительных функций в клинических исследованиях, она имеет ряд недостатков. Первый недостаток: отсутствие необходимой выборки тест-объектов. Для определения дифференциальной светочувствительности применяется небольшой белый объект, вспыхивающий на 200 мс на затемненном белом фоне и одномоментно возбуждающий все основные типы ганглиозных клеток сетчатки, поэтому SAP является недостаточно чувствительной к ранним глаукомным изменениям. Так, у ряда пациентов была зафиксирована значительная потеря ганглиозных клеток (25-50%), прежде чем стандартная периметрия смогла выявить их функциональный дефицит [9]. Таким образом в следующем подразделе будут рассмотрены периметрические методы, позволяющие производить раннюю диагностику глаукомы.
1.4 Методы компьютерной периметрии, направленные на раннюю диагностику глаукомы
Чтобы описать нетрадиционные виды периметрии, нужно понимать особенности нейрональных систем зрительного аппарата. M-клетки сетчатки имеют высокую контрастную чувствительность и направлены на решение ахроматических задач, которые связаны с изменениями яркости, ориентацией раздражителя, определением минимально различимой границы, чувствительны к быстрому движению, их количество не превышает 15% от общего числа ганглиозных клеток.
Р-клетки участвуют в хроматическом зрении, связаны с различением колебаний цветовой насыщенности и светлоты, чувствительны к стимулам, обладающим высокой пространственной частотой. Р-клетки слабо реагируют на движение объектов, а количество их достигает 80% всех ганглиозных клеток и расположены они преимущественно в желтом пятне. К-клетки, число которых составляет примерно 5% , отвечают за сине-желтое восприятие [12].
Исследования говорят о том, что нарушения контрастной (пространственной и временной) и цветовой чувствительности при глаукоме появляются раньше, чем изменения световой чувствительности.
Для примера рассмотрим принципы коротковолновой автоматической периметрии. При проведении коротковолновой автоматической периметрии (SWAP – Short-Wavelength Automated Perimetry) специфический стимул воспринимается коротковолновыми колбочками и обрабатывается К-клетками, которые, как говорилось ранее, ответственны за сине-желтое восприятие.
Данная технология реализована в серийных периметрах Humphrey и Octopus и применяется в ряде клинических исследований. Само тестирование проводят крупным (ширина 1,7°) голубым объектом (длина волны 440 нм), вспыхивающим на ярком желтом фоне (100 кд/м2) на 200 мс (табл. 2). Исследование SWAP-SITA (SITA – Swedish Interactive Threshold Algorithm) занимает в среднем около 4 минут [9].
В таблице 2 собраны основные виды периметрии, их схематичное изображение и основные характеристики: яркость фона, диапазон яркостей стимулов, время предъявления стимулов, характер предъявления стимулов и размер исследуемой области. Многие из перечисленных видов переметрии направленные на раннюю диагностику глаукомы и основаны на определенной особенности зрительного восприятия человека.
Таблица 2 – Сравнительные характеристики различных видов периметрии
| Вид периметрии | Схема | Характеристики |
| Кинетическая периметрия | Фотопический фон (10 кд/м2). Подвижные стимулы различных размеров (по Гольдману). Диапазон чувствительности 0-19дБ с шагом 1 дБ. Исследование в зоне до 90о от точки фиксации. | |
| Стандартная автоматизированная периметрия (SAP) | Фон мезопический или фотопический. Статичные стимулы различных размеров (по Гольдману). Продолжительность предъявления 100-200 мс. Диапазон чувствительности 40 дБ. Исследование в зоне до 60о. | |
| Коротковолновая периметрия (SWAP) | Фотопический фон (100 кд/м2, λ>530 нм). Статичные стимулы размером V по Гольдману (1,7 о в диаметре), λ=440 нм. Продолжительность предъявления 200мс. Диапазон чувствительности 40 дБ. Исследование в зоне до 30о | |
| Периметрия с иллюзией удвоения частоты (FDT) | Фотопический фон (50 кд/м2). Мерцающий (25 Гц) стимул размером 10х10о с синусоидальным изменением контраста с шагом 0,25 цикла на градус. Продолжительность предъявления 720 мс, включая переходы по 160 мс. Исследование в зоне около 25о | |
| Matrix периметрия | Фотопический фон (100 кд/м2). Мерцающий (18 Гц) стимул размером 5х5о с синусоидальным изменением контраста с шагом 0,5 цикла на градус (Для макулярного теста – 12Гц, 2х2о). Продолжительность предъявления 500 мс, включая переходы по 100 мс. Исследование в зоне около 30о | |
| Pulsar периметрия | Фотопический фон (32 кд/м2). Мерцающий (10 Гц) стимул диаметром 5о с изменяющимся контрастом и пространственным разрешением. Продолжительность предъявления 500 мс. Диапазон чувствительности около 30 дБ. Исследование в зоне 30о. | |
| Flicker Периметрия | Фотопический фон (10 кд/м2). Мерцающий (5-60 Гц) стимулы размером III по Гольдману, со 100% контрастом (0/4800 асб). Продолжительность предъявления 1000 мс. Исследование в зоне 30о. Критерий восприятия – наличие или отсутствие мерцания. |
Стоит отметить, что яркость фона у разных видов периметрии меняется от 10 кд/м2 до 100 кд/м2, спектральный состав в коротковолновой периметрии отличается от других методик, а также размеры и длительность тест-объектов у всех видов ранней диагностики разные. Это нужно учитывать при выборе элементов структурной схемы, в частности экрана, который бы позволил разрешить любую из выбранных программ.
1.5 Стратегии и схемы проведения статических периметрических исследований
Надпороговая статическая периметрия основывается на предъявлении объектов, которые человек с нормальной чувствительностью должен видеть. Это помогает определить области, в которых чувствительность снижена (скотома), надпороговое исследование обеспечивает выполнение быстрой скрининговой оценки. Для выявления порога светочувствительности используется ступенчатое тестирование, в котором яркость увеличивается с определенным шагом, пока стимул не виден, и затем уменьшается, пока не исчезнет снова. Каждый раз, когда происходит переход через порог чувствительности (изменение ответов испытуемого «вижу – не вижу»), размер шага изменения яркости уменьшается [9].
Выбор программы и стратегии исследования в каждом конкретном случае определяется диагностической задачей. Программа может быть скрининговой и пороговой, позволяющей получить максимально полную информацию о глубине и площади поражения [9].
Наиболее оптимальной является двухэтапная методика периметрических исследований. Она состоит из скрининговой стратегии для выявления проблемных зон и проведении порогового тестирования для уточнения глубины, и локализации дефектов, позволяющего выявить более тонкие нарушениях. Чувствительность периметрии определяется плотностью расположения исследуемых точек, но чем больше их исследуется, тем длительнее становится процедура проверки. Чтобы сократить время исследования используется набор программ, которыми оснащены компьютерные периметры, позволяющих осуществлять скрининговые и пороговые исследования локально в значимых для глаукомы отделах: центральная зона в 20-30° от точки фиксации и носовая область вдоль горизонтального шва.
При пропуске стимула пациентом необходимо принять решение о наличие или отсутствие скотомы в этой точке. По двухзонной стратегии, если пациент не видит тест-объект, тестирование в этой точке повторяют, чтобы избежать ошибки (шаг 1). В случае, если объект пропущен во второй раз (шаг 2), анализатор регистрирует пропуск и продолжает исследование дальше.
Скрининг всего ПЗ по 120 точкам (FF-120) в периметрах HFA и ST программы приборов Octopus, включающие 59 точек в зоне 0-30° и 26 точек на периферии (30-60°) (рис. 6) являются наиболее удобными для клинических исследований.
Рисунок 6 – Схемы предъявления стимулов
Исследование, как правило, длится менее 10 минут и дает общее представление о состоянии поля зрения [9].
1.6 Обзор существующих разработок в области анализаторов поля зрения
В России офтальмологами применятся также ручная периметрия с использованием механических периметров типа ПНР-03 (рис. 7) или более ранних-моделей ПНР-2-01 и прочие производства Харьковского завода «ТОЧМЕДПРИ-БОР» [11]. В РФ есть электрические аналоги дуговых периметров типа ПНР. Цена дуговых периметров составляет около 60 тыс. рублей. За рубежом периметры типа ПНР и аналоги исключены и не используются в клинической практике.
Рисунок 7 – Дуговой периметр офтальмологический
Эта модель проста в эксплуатации, а производство ее незатратно, но по своим диагностическим возможностям она в значительной мере проигрывает компьютерным автоматическим периметрам. Для каждой модели прибора есть комплект тестовых программ. Специальные скрининговые программы дают возможность проводить первичный анализ состояния зрения человека. Ранее говорилось о важности этих программ.
За рубежом также производятся компьютерные периметры для исследования поля зрения. Производство есть в Швейцарии, Японии, США, Германии, Италии, Польши, Индии, Китая и многих других стран [11]. Родиной высокотехнологичной периметрии можно по праву считать Швейцарию, так как в 20 веке именно в этой стране проводилось подавляющее число исследований о свойствах ПЗ глаза человека. Периметры фирмы HAAG-STREIT OCTOPUS (рис. 8) имеют ряд преимуществ:
- Офтальмологический периметр оснащен ПО для ведения архивирования и учета проведенных обследований
- Объективность метода
- Высокий уровень контроля за фиксацией взгляда
- Избирательный и индивидуальный подход к обследованию пациентов
- Высокая чувствительность и высокая точность результатов
- Динамическое наблюдение за ходом заболевания
- Статистическая обработка данных
- С использованием Tendency Oriented Perimetry стратегии средняя продолжительность исследования занимает не больше 3 минут.
Рисунок 8 – Компьютерный периметр OCTOPUS 900
Помимо достоинств есть несколько недостатков купольный периметр OCTOPUS обладает большой массой, порядка 25-30 кг, и цена за такой периметр превышает 2 млн. рублей. Сложная кинематика прибора требует, чтобы настройка и ремонт производились специалистом.
В России выпускается периметр «ПЕРИТЕСТ-300» от производителя «ВНИИМП-ОПТИМЕД-1», который является приближенным аналогом зарубежных периметров, но имеет меньший диапазон измерений и низкий уровень контроля за фиксацией взгляда [17].
С появлением технологии виртуальной реальности начался новый этап в медицинских исследованиях. Данная технология позволила уменьшить массу и габариты в 10 раз по сравнению с купольными системами, а также стоимость очков виртуальной реальности уменьшается на порядок. Данные системы ещё только проходят клинические исследования на группах добровольцев, но уже сейчас известны успешные результаты этих исследований на примере докладов из НИИ глазных болезней РАН (Москва) [14].
При помощи программных инструментов генерируется виртуальная сфера с учетом дисторсии и с пересчетом локализации, размера и яркости предъявляемых световых стимулов. Технология позволяет смоделировать мнимое зрительное пространство, которое человек воспринимает как реальное, с которым он может взаимодействовать (рис.9).
Рисунок 9 – Исследования ПЗ с помощью очков виртуальной реальности
Дополнительные возможности очков виртуальной реальности, как средства для измерения ПЗ человека:
- Обследование лежачих пациентов
- Обследование пациентов с проблемами опорно-двигательной и нервной систем
- Возможность дистанционного обследования пациентов с передачей диагностической информации для расшифровки в отдаленно расположенный клинический центр (телемедицина)
- Возможность обследовать пациентов не способных удерживать внимание на точке фиксации взора в течение необходимого для исследования времени
- Возможность проведения периметрии у людей, у которых отсутствует центральное зрение [14].
Перечислив достоинства и недостатки каждой из систем, была составлена таблица 3 для более наглядного сравнения систем.
Таблица 3 – Сравнение параметров основных типов периметров
| Дуговой периметр офтальмологический | Купольный компьютерный периметр | Периметр на основе VR-очков | |
| Годы разработки | 1950 гг. | 1970-1980 гг. | 2016-2019гг. |
| Производство | Производится только в России, в других странах снят с производства | Отечественные и зарубежные производители | Зарубежные производители |
| Габариты прибора | Обладает массой 2кг, аппарат удобен и прост в эксплуатации | Обладает большой массой, порядка 25-30кг, сложная кинематика прибора, требует установки специалистом | Обладает массой не более 500гр, компактность и мобильность прибора. |
| Ценовой сегмент | около 60 тысяч рублей | около 2х миллионов рублей | |
| Оснащенность ПО
| — | + | + |
Вывод. По итогам данного обзора можно сделать вывод о том, что производители стремятся к более мобильным устройствам, эксплуатация которых не требует специальных помещений, и создаёт для пациентов наиболее комфортные условия для восприятия световых стимулов. Исходя их перечисленных диагностических преимуществ очков виртуальной реальности, как средства для измерения ПЗ человека, эта схема была взята за основу для построения системы. Цель работы заключается в разработке оптико-электронной системы для исследования поля зрения человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- Изучить и проанализировать информацию по данной теме в различных источниках.
- Выполнить аналитический обзор методов и средств для исследования поля зрения человека в офтальмологии.
- Выбрать и обосновать структурную схему офтальмологического периметра.
- Выполнить габаритно-энергетический расчет разрабатываемого офтальмологического периметра.
- Выбрать и рассчитать основные параметры электрической схемы блока питания офтальмологического периметра
- Описать конструкцию офтальмологического периметра.
- Рассчитать погрешность офтальмологического периметра.
- Разработать алгоритм функционирования офтальмологического периметра.
- Рассчитать надежность офтальмологического периметра.
- Разработать технологический процесс настройки офтальмологического периметра.
- Выполнить технико-экономическое обоснование и расчёт экономической эффективности проекта.
- Рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности.
2 Выбор и обоснование структурной схемы офтальмологического периметра
Для российской офтальмологической практики актуальна простота и доступность исследования с использованием периметра, который не требует обслуживания специально подготовленным оптометристом, быстро осваивается средним медперсоналом, с достаточной полнотой реализует современные методики, обладает необходимыми функциональными и эксплуатационными характеристиками [13].
Учитывая вышеперечисленное и условие минимизации габаритных размеров, массы системы, а также необходимость легкой транспортировки, целесообразно отказаться от купольной схемы и остановиться на реализации шлема виртуальной реальности.
Для получения на плоском экране шлема изображения, подобного тест-объектам купольного периметра, необходимо с учетом дисторсии трансформировать параметры световых стимулов (их размер, яркость и зоны предъявления).
В ходе данного исследования будет описана базовая схема периметра, в особенности элементы, отвечающие за формирование изображения в окулографе. Но не исключено, что комплектация может быть расширена блоком регистрации биоэлектрической активности головного мозга для расширения диагностического потенциала. Например, основная цель проекта VRMED сделать универсальное решение, где дополнительные блоки включаются в зависимости от диагностической задачи [14].
Базовая схема включает в себя экран (Э) с тест-объектом, измерительный канал, включающий в себя два источника излучения (ИИ) и телевизионную камеру (ТК), интерактивную компьютерную программу для сбора, обработки и управления данными, объединенный в блок обработки и управления (БОУ) блок питания (БП) и видеоконтрольное устройство (ВКУ) для оптометриста (рис.10).
Рисунок 10 – Структурная схема офтальмологического периметра
Для контроля взора пациента используется телевизионная система, в центре поля которой будет находиться зрачок. Полученный видеосигнал обрабатывается, после чего его можно использовать для анализа и вычисления: на видеоконтрольном устройстве появится изображение глаза пациента, а также такие параметры как размер (диаметр) зрачка в миллиметрах и угол отклонения от центральной точки или координаты. Эта информация поможет оператору понять стоит ли продолжать тест, ведь отклонение размера зрачка от нормы приведет к увеличению или уменьшению светового потока, падающего на сетчатку, что может сказаться на результатах.
Дальнейший ход теста будет определяться блоком управления и обработки периметра, оператор должен ввести некоторые исходные данные о пациенте, например, возраст, пол, острота зрения. Исходя из этого программа подбирает соответствующий алгоритм и отправляет сигналы на тест-объекты. На данном этапе система поддерживает несколько функций: блок обработки видеосигнала следит за взором пациента, а результаты тестирования фиксируются на карте ПЗ.
В ходе теста оптометрист может наблюдать на видеоконтрольном устройстве промежуточные результат на карте ПЗ: определил ли периметр слепое пятно, макулу, скотомы. Результат исследования должен быть представлен в виде бланка, на котором будут данные пациента, карты ПЗ и вероятный диагноз.
Вывод. В данном разделе была описана базовая схема периметра, в особенности элементы, отвечающие за формирование изображения в окулографе. Структура системы и перечень её элементов представлены на разработанной схеме ИТМО.943114.003 С1.