Способ измерения пороговой чувствительности зрительного анализатора

 

Изобретение относится к офтальмологическим исследованиям и предназначено для измерения пороговой чувствительности зрительного анализатора. В глаз на определенную зону сетчатки напоэвляют заданное число световых импульсов с изменяемым числом фотонов. Испытуемый фиксирует вспышки зрительным анализатором. Пороговая чувствительность зрительного анализатора определяется при соотношении зафиксированных вспышек световых импульсов к их заданному числу, равному 0,5. Световые импульсы формируют из когерентных правоили левоциркулярных фотонов. 1 ил.

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s )s А 61 В 3!06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕ НИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сти (21) 4669360/14 (22) 04.01.89 (46) 23.11.91. Бюл, hk 43 (72) И,M.ÄìèòðèåBcêèé, А.А.Малыгин и

Т,А,Соловьева (53) 617.7 (088.8) (56) Вавилов С.И. Собрание сочинений, т. 11, Работы по физике, Издательство АН СССР, 1952, с. 396-398. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРОГОВОЙ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОГО

АНАЛИЗАТОРА (57) Изобретение относится к офтальмологическим исследованиям и предназначено для

Изобретение относится к офтальмологическим исследованиям и предназначено для измерения пороговой чувствительности зрительного анализатора;может использоваться в таких научных областях, как физиологическая оптика (физиология зрения) и биофизика.

Цель изобретения — повышение точноНа чертеже приведена схема устройства, реализующего способ, устройство состоит из двух ветвей: основной и опорной. Основная ветвь состоит из последовательно установленных на оптической оси импульсного источника 1 света, блока 2 диафрагм, блока 3 светофильтров, поляризационного светофильтра 4, четверть волнового фазового элемента 5 и зрительйого анализатора 6. Опорная ветвь состоит из реперного источника 7 света, оптически сопряженного.со зрительным анализатором

6. Выход импульсного источника света 1 со»!Ы 1692541 Аl измерения пороговой чувствительности зрительнсго анализатора. В глаз на определенную зону сетчатки направляют заданное число световых импульсов с изменяемым числом фотонов. Испытуемый фиксирует вспышки зрительным анализатором. Пороговая чувствительность зрительного анализатора определяется при соотношении зафиксированных вспышек световых импульсов к их заданному числу, равному 0,5, Световые импульсы формируют из когерентных право- или левоциркулярных фотонов, 1 L1Jl, единен с входом блока 8 регистрации световых импульсов, подключенного к первому входу блока 9 обработки результатов, к второму входу которого подключен выход блока 10 регистрации обнаруженных вспышек.

Импульсный источник 1 света выполнен в виде источника непрерывного излучения, обтюратора и электропривода, В качестве источника непрерывного излучения использована лампа накаливания типа CMH 6,3 — 20 — 2.

Обтюратор представляет собой диск с отверстием, периодически пропускающий свет.

В качестве электропривода применен гистерезисный синхронный двигатель ДСД

60 — П1, отвечающий необходимому количеству оборотов обтюратора.

Возмо>кно в качестве импульсного источника света использовать светодиод типа

АЛ307ВМ зеленого свечения, запитывая его

1692541 от импульсного блока питания. В этом случае отпадает необходимость в обтюраторе, электроприводе и блоке 8 регистрации световых импульсов. Изменяя частоту и длительность подаваемых на светодиод импульсов напряжения, можно получать различную частоту и длительность световых импульсов, Выход импульсного блока питания светодиода при этом соединяют с блоком 9 обработки результатов.

В блоке 2 использована сменная диафрагма из фольги с малым (" булавочным" ) отверстием, Блок 3 светофильтров содержит спектральный светофильтр в виде плоскопараллельной пластинки из цветного стекла марки ЗС8, 3С1, ЗС-10, ЖЗС-1 или ЖЗС-12, стопу плоскопараллельных пластин из бесцветного стекла KG и клин из нейтрального стекла марки НС8...НС13.

Поляризационный фильтр 4, например, типа ПФ-42, выполненный на основе поляроидной пленки, способен вращаться вокруг оптической оси и закреплен в поворачиваемой оправе с отсчетной шкалой угла поворота.

Четвертьволновый фазовый элемент 5 выполнен в виде оптической призмы, использующей эффект полного внутреннего отражения с углами, соответствующими введению разности фаз между двумя взаимноортогональными поляризованными КоМ . +П понентами:+ 90 /2

Реперный источник 7 света представляет собой светодиод красного свечения

АЛ307 АМ, установленный на поворотном столике. В качестве блока 8 регистрации световых импульсов использованы фотодиод типа ФД-.25К, вырабатывающий импульс тока при прохождении светового потока or источника 1 излучения через отверстие в обтюраторе, и импульсный усилитель, построенный на микросхеме типа К555ЛАЗ.

В качестве блока 10 регистрации обнаруженных вспышек использован источник питания постоянного тока, например, типа

Á5-47, последовательно соединенный с кнопкой типа ÊÌ1-1.

В качестве блока 9 обработки результатов использован быстродействующий самопишущий прибор типа Н338-6.

С целью уменьшения трудоемкости блок 9 обработки результатов может быть выполнен из двух блоков счетчиков, входы которых соединены с выходами блока 8 регистрации световых импульсов и блока 10 регистрации обнаруженных вспышек, а выходы с блоком вычисления вероятности наблюдения вспышек. Блоки счетчиков состоят из последовательно соединенных трехразрядных счетчиков типа К561Е14. дешифраторов на основе микросхем типа

К514ИД1, переводящих импульсы из двоич5 ного кода в код семисегментного элемента и цифровых индикаторов типа АЛС314А, В качестве блока вычисления вероятности наблюдения вспышек использована микро10

ЭВМ "Искра-226", подключенная через интерфейс к блокам счетчиков.

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают зону исследования, соответствующую определенному участку сетчатки зрительного анализатора, устанавливая угол визирования а.

Для этого реперный источник света 7, т.е. линию визирования опорной ветви, выставляют в требуемое угловое положение

М относительно линии визирования основной ветви.

Глаз 6 фиксирует на красную точку реперного источника 7 света.

К испытуемому месту сетчатки свет доходит от источника непрерывного излучения, пройдя обтюратор, вращающийся при помощи электропривода со скоростью около 60 об/мин и периодически пропускающий свет в течение примерно 0.1 с и задерживающий его в течение 0,9 с, Полученные световые импульсы ограничиваются по интенсивности диафрагмой 2 и ослабляются по интенсивности до определенного числа фотонов п1 (десятков и сотен фотонов), а также ограничиваются по спектральному составу с помощью блока светофильтров 3, Далее световые импульсы, проходя через поляризационный светофильтр 4, становятся линейно-поляризованными. Произвольное соотношение левоили правоциркулярных фотонов (т.е, фотонов с противоположными спинами) преобразуется здесь в равное количество когерентных левых и правых фотонов. Затем линейно-поляризованные световые импульсы, проходя через четвертьволновый фазовый элемент 5, например ромб

Френеля, приобретают определенное соотношение левоциркулярных и правоциркулярных фотонов в зависимости от углового азимутального положения плоскости поляризации светофильтра 4 относительно отражающих граней ромба Френеля.

Например, для получения световых импульсов с левоциркулярной (левой круго-, вой) поляризацией (вращение вектора напряженности электрического поля Е дли наблюдателя, смотрящего навстречу световым импульсам, происходит против хода ча1 б912 Г,4 ) совой стрелки) - плоскость, в которой лежит вектор Е линейно поляризованных импульсов, должен составлять с плоскостью падения азимутальный угол а =- 45 . Угол отсчитывается по шкале, связанной с опра- 5 вой поляризационного светофильтра 4, против хода часовой стрелки, если смотреть навстречу световым импульсам, В соответствии с принятой в квантовой оптике терминологией, такие световые импульсы 10 содержат только правоциркулярные фотоны, спин которых совпадает с направлением движения фотонов. Для получения световых импульсов с правоциркулярной поляризацией — поляризационный фильтр 15 выставляют под азимутальным углом а=

= — 45О. Такие импульсы содержат только левоциркулярные фотоны. Преобразование световых импульсов в фазовом элементе 5, например, ромбе Френеля — можно пояс- 20 нить следующим образом, Вектор напряженности Е расщепляется на две взаимно-ортогональные компоненты — перпендикулярную Е и параллельную Ец плоскости падения, т.е. плоскости, в которой 25 лежит нормаль к отражающей плоскости и направление распространения световых импульсов. Соотношение амплитуд компонент EI и Ел определяется азимутальным углом поляризационного светофильтра 30 относительно фазового элемента. После каждого полного внутреннего отражения от гребней ромба Френеля компоненты Е! и

Е!! приобретают относительную разность

I фаз д1 =- д! - 4I, причем компонента Е1опе- 35 режает компоненту Е!! на —, После двух ,тг

4 внутренних отражений разность фаз com ставляет д =2д! = —. Величина д1опре2 40 деляегся известным выражением:

cos р s!и р ——,Ъ 2 щ

8!и (p где p — угол падения;

rj — показатель преломления материала фазового элемента.

Суперпозиция Е1 компонент Е и

Ев дает определенный вид поляризации света: левоциркулярный, правоциркулярный или эллиптический с левым и правым

I вращением векто а Е .

Преимущество отражательного фазового элемента по сравнению с фазовым кварцевыми пластинками заключается в том, что позволяет обеспечить постоянство фазового слв,;1 а /!ля бо лег I) j и рок ого Г и "к1 p;!;j -11о

ГО Д11аПаЗОНа СВО 7ОВЫХ И 1ПУЛ ЬСОг1.

После фазового злеменга гвг.",опт . 11f1 пульсы с заданной поляризацией попадвк1г в зрительный анализатор. Так как цен1р сетчатки (fovea) глаза постоянно фикси!1ован на красную точку реперного ис1очника l света, То световые импульсы будут попада Th на выбранный для исследования и определяемый углом к> участок сетча1ки, Реперный (фиксационный) источник света и световые импульсы могут наблюдаться как одним и тем же глазом, так и разными глазам гг например, правым глазом — реперный источник, а левым — световые импульсы.

Таким образом, формируют с помощью источн1,ка 1 света заданное количество световых импульсов Ncj с определенным числом фотонов и! с определенной поляризацией и подают эти импульсы на выбранную зону исследования сетчатки зрительного анализатора б. Импульсы наблюдаются оператором в виде вспышек. Одновременно световой поток от лампы источника 1 света проходит через второе отверстие в обтюраторе, вырабатывает электрический импульс на фотодиоде, который усиливается р импульсном усилителе.

Усиленный сигнал поступает на один из каналов записи самопишущего прибора блока

9 обработки результатов и на цифровой счетчик, где происходит подсчет количества сформированных световых вспышек Ncj, за отрезок времени t1 Наблюдатель фиксирует информацию об увиденных им световых вспышках нажатием кнопки блока 10 регистрации обнаруженных вспышек при каждой увиденной им вспышке. Электрический сигнал поступает на второи канал самопишущего прибора и второй цифровой счетчик, подсчитывающий суммарное количество обнаруженных вспышек Й б! за тот же отрезок времени tj. Значение вспышек

NnIj1 И Ncj ПОСтУПавт На бЛОК ВЫЧИСЛЕНИЯ вероятности наблюдения вспышек, где на! !об1 ходится отношение P1= — — —. Затем измеNc1 няют интенсивность световых импульсов вблизи порога чувствительности зрительного анализатора, например. путем установки (съема) нескольких дополнительных плоскопараллельных пластин или -мещения нейтрального клина в блоке 3. И все операции цикла измерения повторяют при новом значении интенсивности сформированных импульсов, ссдержащих число фотонов в каждом импульсе пг, но с той же поляризацией. Получают вероятность наблюдения

169254 I

N бг вспышек Рг =- --- — — . Аналогично выполня 1сг ются и последующие циклы измерений, добиваясь получения нескольких значений

P < 0,5 и нескольких значений 1 > Р > 0,5, На основе результатов измерений строят график зависимости вероятности наблюдения вспышек от интенсивности формируемых световых импульсов, выраженный, 10 например, числом фотонов и, т,e. — - =

Nc

Моб

= f(п),,Для отношения — = 0,5 из графика

N„функции = f (fl), находят значение поро- 15 1об

Мс говой чувствительности зрительной системы по, Для определения числа фотонов и в одном световом импульсе необходимо знать абсолютное значение энергии. Для этой цели может служить черное тело, устанавливаемое за обтюратором при убранном источнике 1 света. Зная температуру черного тела, диаметр отверстия диафрагмы 2, коэффициенты спектрального пропускания 2 светофильтров 3 и 4 и фазового элемента 5, расстояние от диафрагмы 2 до зрачка глаза, диаметр зрачка глаза в условиях темновой адаптации и длительность импульса — на основании заксна излучения черного тела 3< (закона Планка) можно рассчитать энергию излучения одного светового импульса, падающего на зрачок зрительного анализатора, а, следовательно, и количество фотонов в одном световом импульсе, падающем на 35 зрачок. Вместо указанного расчетного метода возможно использование устройства на . основе фотоэлектронного умножителя в режиме счета фотонов, обеспечивающего измерение количества падающих на зра,uê фотонов, Можно также строить график:.àâè 1 об с!лмости — — от количества пластин в блоке

Nc

3, соответствующего определенному значению коэффициента пропускания, Так лм гра- 45 фиком удобно пользоваться, когда необходимо определить зависимость порога чувствительности зрительного анализатора от состояния поляризации сформированных световых импульсов (фо- 50 тонов), Число фотонов по, поглощаемых в паI лочках сетчатки для получения зрительного ощущения на пороге, определяется по формуле 55 по =и. .; Д g д, где о: — коэффициент пропускания глазных сред до сетчатки;

/3 -- коэффициент пропускания слоев сетчатки;

) - доля площади сетчатки в исследуемой зоне, покрытая палочками; д — доля света, поглощаемая палочками.

Значение коэффициентов v. j3, у и д известны из физиологических исследований.

Например, для длины волны л, = 0,5 мкм, а=

=0,5, Р=1,д 0,2;для в=8 — y =0,5.

Определение по и и< позволяет исследовать

I пороговую чувствительность зрительного анализатора и долю света, активно проявляющего себя в зрительном акте, Отметки об обнаруженных наблюдателем вспышках и сформированных световгях импульсах, зафиксированные на ленте самописца, дают наглядное представление о закономерностях зрительных флуктуаций.

Пример реализации способа на испытуемом А, 1. Наблюдатель направляет свой взгляд на красную светящую точку (реперный источник света). B результате чего красная точка фиксируется в области почва, 2, Формируют световые импульсы. содержащие только левоциркуля рные фотоны, Устанавливают интенсивность световых импульсов на уровне порога чувствительности зрительного анализатора характеризующего тем, что наблюдают не все сформированные световые импульсы. Пусть расчетное число фотонов, падающих на зрачок глаза, П1ло . = 30, СВЕТОВЫЕ ИМПУЛЬСЫ НаПраВЛяЮ на выбранную зону сетчатки. Выбранная зона определяется заданным углом зрения на реперный источник света относительно источника, формирующего световые импульсы, 3. Сформированные световые импульсы наблюдаются в виде световых вспышек, Наблюдатель фиксирует информацию об увиденных им световых вспышках нажатием кнопки регистрирующего устройства при каждой увиденной им вспышке, Наблюдение вспышек проводится в течение некоторого промежутка времени, напримео, в течение трех минут. Общее число сформированных световых импульсов за это время составляет Ne1, которое автоматически регистрируется. Общее число обнаруженных оператором вспышек равно Моб1.

4. Зная общее количество зафиксированных зрительным анализатором вс и ы шек М„б1 и общее количество формируемых световых импульсов М.;, находят веposITHocTb наблюдения вспышек Р1д р

ЛЬб1

= — — — = f (n), Например, для наблюдателя

Йс1 об1дрр ) 1 ° Ic ly)ee О, 1PP9 = 0,44.

1692541

5, Меняют интенсивность световых импУльсов До УРовнЯ, напРимеР, A2nes = 58 фотонов. Повторяют наблюдения вспышек, фИКСИруЮТ ЭНаЧЕНИя Моб2дев = 42, Nc2nes =

=70. НаХОдят ВЕрОятНОСтЬ P2nes = 0,6.

6. Меняют интенсивность световых импУльсов До УРовнЯ, напРимеР, n3nes = 100 фотонов, Повторяют наблюдения вспышек, фИКСИруЮт 3H348HNfl No63nes б0, Мсэлев =

70, находят вероятность P3nes = 0,85.

7. Строят график зависимости (вероятности наблюдения вспышек) от количества сформированных фотонов и: — = Р = f (п)., (об

Nc (чоб

8. Для значения отношения =0,5 по

С графику находят соответствующее значе-. ние пороговой чувствительности зрительной системы llones = 40 фотонов, паДаюЩих на входной зрачок глаза.

9. Находят пороговую чувствительность зрительного анализатора на уровне сетчатки по формуле по = по а.Р -у д. Для

l длины волны 1 = 0,5 мкм значения коэффициентов можно принять следующие; а=

=0,5; P =- 1; д =- 0,02; y = 0,5. Итак, для угла визирования 20 значение пороговой чувствительности зрительного анализатора к правоциркулярно поляризованному свету (левоциркулярным фотонам) составит

Bones = 2 фоТОНа.

10, При том же значении угла визирования проводят те же измерения при наличии только правоциркулярных фотонов наблюдателем А.

При и Iopas = 30 значения Noo>npas 14;

МС1пра = 70; вероятность Р1прав = 0,2. При

П2прав = 58 фотОНОв ЭначЕниЯ Моо2прав = 27, (с2прав = 70, веРОЯтность Р2прав = 0,38. ПРи пэпр,в = 100 фотонов значение No53npas = 43, Nc3IIpas =- 70; веРоЯтность Рэпр„= О,Б2.

5 No6

Строим график зависимости f(n) — на ос(с нове результатов. Для значения отношения

NoG

= 0,5 по графику находят поправ -- 80

Nc

4(OTOHOB. (ПО ФОРМУЛЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ no<»s = 4 фатОна.

Изобретение по сравнению с прототипом повышает точность измерения пороговой чувствительности и зрительного анализатора более, чем в 2 раза за счет учета состояния поляризации света и исключения неопределенности числа фотонов с различной поляризацией, поступающих в глаз. и которые могут привести к различным значениям пороговой чувствительности, Ф

Формула изобретения

Способ измерения пороговой чувстви25 тельности зрительного анализатора путем формирования заданного количества световых импульсов с изменяемым числом фотонов, направления световых импульсов на выбранную зону сетчатки, фиксирования их зрительным анализатором в виде вспышек и определения пор-:ãçâîé чувствительности при соотношении зафиксированных вспышек световых импульсов к их заданному числу 0,5, о т л и ч а la шийся тем, что, с целью повышения точности, световые импульсы формируют из право- или левоциркулярнь(х фотонов.

1692541

Составитель T.Коноплянникова

Редактор В.Бугренкова Техред M.Moðråèòýë Корректор Т.Палий

Заказ 4026 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101