Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации

Авторы патента:


Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации
Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации
Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации
Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации
Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации

 

A61F9/00 - Способы и устройства для лечения глаз; приспособления для вставки контактных линз; устройства для исправления косоглазия; приспособления для вождения слепых; защитные устройства для глаз, носимые на теле или в руке (шапки, кепки с приспособлениями для защиты глаз A42B 1/06; смотровые стекла для шлемов A42B 3/22; приспособления для облегчения хождения больных A61H 3/00; ванночки для промывки глаз A61H 33/04; солнцезащитные и другие защитные очки с оптическими свойствами G02C)

Владельцы патента RU 2500375:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (RU)

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство содержит автономный блок питания, блок обработки и формирования сигналов управления, снабженный устройством сопряжения с компьютером и связанный с датчиками ориентации и электродным блоком. Электродный блок состоит из двух групп электродов, каждая из которых включает по меньшей мере один электрод и размещена на одном из наушников шлема с возможностью плотного контакта с кожей головы человека в районе сосочковых бугорков за ушами. Датчики ориентации включают микроакселерометр в лобной части шлема и датчик угловой скорости на верхней части шлема. Блок обработки и формирования сигналов управления расположен на задней части шлема, снабжен переключателем режимов, связан двумя параллельными линиями связи с блоком электродов и выполнен с возможностью формирования корректирующих сигналов на электроды в виде бифазных импульсов двух режимов - в режиме информационной имитации силы тяжести и в режиме сигналов, соответствующих угловому движению головы при реализации вестибуло-окулярного рефлекса. Использование изобретения позволяет минимизировать запаздывание взора человека в условиях микрогравитации и экстремальных условиях визуального управления движением на Земле, т.е. автоматическая коррекция стабилизации взора. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования вестибулярной системы и ее роли в развитии болезни движения и нарушении ориентации в условиях измененной динамической и визуальной среды. Устройство может быть использовано для улучшения визуального управления движением на орбите, а также в системах виртуальной реальности для тренировок кандидатов в космонавты.

Система персональной навигации человека, включающая зрительный, вестибулярный, слуховой анализаторы, а также тактильные механорецепторы и проприоцепторы, позволяет человеку сохранять в условиях земной силы тяжести точность зрительного восприятия, вертикальную позу и ориентацию в пространстве. В условиях измененного гравитационного поля (в движущихся системах - воздушных, морских и космических кораблях) взаимодействие анализаторов системы персональной навигации может изменяться и приводить к нарушению ряда функций.

Условия космического полета приводят к изменению вестибулярной функции. В невесомости отсутствуют реакции компенсаторного противовращения глаз, рефлексы положения и установки тела, в течение длительного времени подавляется афферентация с отолитового аппарата, повышается реактивность полукружных каналов, меняется взаимодействие вестибулярного аппарата с глазодвигательным (Gualterotti Т. et al, 1970 [12]; Dai М. et al., 1994 [13]; Kornilova L.N. et al., 1983 [14], 1987 [15], 1997 [16]; Козловская И.Б. и соавт., 1981 [17], 1986 [18], 1994 [19]; Kozlovskaya I.B. et al., 1985 [20, 21, 22], Корнилова Л.Н. и соавт., 1982 [23], 2002 [24]). В частности, одним из главных препятствий для реализации высокоточного визуального управления движением в условиях микрогравитации на орбитальных станциях («Мир», МКС и др.) является наличие запаздывания при установке взора в два и более раз по сравнению с земными условиями (Корнилова Л.Н. и соавт., 2002 [24]; Томиловская Е.С., Козловская И.Б., 2010 [19]; Tomilovskaya E.S. et al., 2011 [18]).

Известны многочисленные попытки коррекции вестибуло-сенсорных, вестибуло-глазодвигательных и вестибуло-постуральных нарушений с помощью вестибулярной гальванической и стохастической электрической стимуляции (Halvacka F. et al., 1985 [10]; Fitzpatrick R. et al., 1999 [4], 2004 [5]; Baiter S. et al., 2004 [9]; Bent L. et al., 2000 [3]; Scinicariello A. et al., 2002 [6]; Collins J. et al., 2003 [11]; McDougall H.G. et al, 2006 [9]; Moore S.T. et al., 2006 [8]; Maeda T. et al., 2005 [1], 2007; Садовничий B.A., Александров B.B., 2010 [27], 2011 [28])

Прототипом технического устройства, которое можно было бы использовать для коррекции данного феномена, является устройство гальванической вестибулярной стимуляции (Galvanic Vestibular Stimulation GVS, разработанное группой японских исследователей корпорации Nippon Telegraph and Telephone в рамках программы "Shaking the World: Galvanic Vestibular Stimulation as A Novel Sensation Interface", http://www.siggraph.org/s2005/main.php?f=conference&p=:etech&s=etech24) [1], [7], представленное на 32-й Международной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям SIGGRAPH в 2005 году в Лос-Анджелесе. Устройство представляет собой наушники, снабженные электродами, которые прилегают к сосцевидным отросткам заушной области правой и левой стороны. К одному из электродов присоединен анод, к противоположному - катод. С блока управления на электроды подаются микротоки (мА), которые через кости черепа стимулируют рецепторы вестибулярного аппарата. В зависимости от направления тока, задаваемого джойстиком, человек ощущает движение в ту или иную сторону и для сохранения равновесия совершает движение тела в противоположную сторону.

Данное устройство предназначено для создания у человека ощущения воздействия сил инерции переносного движения и не предусматривает возможности устранения физиологических последствий реальных внешних воздействий (нарушения равновесия, болезни движения и др.). Тем более данное устройство не предусматривает перманентную корректировку сигналов вестибулярной системы.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое обеспечило бы ответ вестибулярной системы на движения головой в условиях разного рода движущихся систем, в частности, в условиях микрогравитации на орбитальной станции, соответствующий ответу при естественных поворотах головы в земных условиях при визуальном управлении движением.

Технический результат изобретения направлен на минимизацию запаздывания взора человека в условиях микрогравитации - автоматическую коррекцию стабилизации взора по показаниям микросенсоров при визуальном управлении космическим объектом.

Указанный результат достигается тем, что устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации содержит автономный блок питания, блок обработки и формирования сигналов управления, снабженный устройством сопряжения с компьютером и связанный электродным блоком с датчиками ориентации. Электродный блок состоит из двух групп электродов, каждая из которых размещена на одном из наушников шлема с возможностью плотного контакта с кожей головы человека в районе сосочковых бугорков за ушами. Датчики ориентации включают микроакселерометр в лобной части шлема и датчик угловой скорости на верхней части шлема. Блок обработки и формирования сигналов управления расположен на задней части шлема, снабжен переключателем режимов, связан двумя параллельными линиями связи с двумя блоками электродов и выполнен с возможностью формирования корректирующих сигналов на электроды в виде бифазных импульсов двух режимов - в режиме информационной имитации силы тяжести и в режиме сигналов, соответствующих поворотам головы при реализации вестибуло-окулярного рефлекса.

Результат также достигается тем, что блок обработки и формирования сигналов управления в режиме информационной имитации силы тяжести формирует бифазные импульсы предварительно установленной частоты, а в режиме, соответствующем угловым скоростям и ускорениям поворотов головы, - формирует бифазные импульсы переменной частоты, при этом частота импульсов определяется в соответствии с сигналом с датчика угловой скорости и/или в соответствии с сигналом с микроакселерометра.

Также результат достигается тем, что блок обработки и формирования сигналов управления выполнен в виде микроконтроллера, а устройство сопряжения с компьютером выполнено беспроводным.

Кроме того, датчиком угловой скорости является микровиброгироскоп, а датчиком кажущегося ускорения - акселерометр. Информация об ускорении углового рассогласования позволяет уменьшить запаздывание процесса стабилизации [29].

На фиг.1 представлена блок-схема устройства.

Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации представляет собой шлем, на котором размещены автономный блок питания 5 (фиг.1) (аккумуляторная батарея), блок обработки и формирования сигналов управления 3 на задней части шлема, снабженный беспроводным устройством сопряжения с компьютером (на рисунке не показано) и связанный с МЭМС датчиками 1, 2 и электродным блоком 4. Устройство сопряжения позволяет передавать на компьютер информацию о работе устройства и изменять алгоритм обработки данных в микроконтроллере.

Электродный блок состоит из двух групп электродов 4, каждая из которых размещена на одном из наушников шлема с возможностью плотного контакта с кожей головы человека в районе сосочковых бугорков за ушами.

Датчики ориентации состоят из микроакселерометра 1 в лобной части шлема и датчика угловой скорости (ДУС) 2 на верхней части шлема, причем ДУС представляет собой микровиброгироскоп. Все датчики выполнены в виде МЭМС-элементов (элементов микроэлектромеханической системы).

Блок обработки и формирования сигналов управления 3 расположен на задней части шлема, снабжен переключателем режимов, представляет собой микроконтроллер и связан двумя параллельными линиями связи с блоком электродов 4. Блок 3 формирует корректирующие сигналы на электроды 4 в виде бифазных импульсов двух режимов - в режиме информационной имитации силы тяжести и в режиме сигналов, соответствующих поворотам головы при реализации вестибуло-окулярного рефлекса. Частота импульсов при втором режиме определяется в соответствии с сигналом с ДУС при медленных (низкочастотных) поворотах головы относительно заранее установленного уровня и в соответствии с сигналом с микроакселерометра при быстрых (высокочастотных) поворотах головы относительно заранее установленного уровня. Выходной сигнал формируется как линейная комбинация этих сигналов на фоне «окрашенного» белого шума. В случае использования устройства в экстремальных условиях визуального управления движением на Земле режим информационной имитации силы тяжести не используется.

Работа устройства заключается в подаче сигналов с помощью гальванического тока на область наружных проекций вестибулярного аппарата (в районе сосочковых бугорков за ушами) для имитации реакции вестибулярной системы, соответствующей реакции системы в естественных земных условиях. Чувствительные элементы устройства (МЭМС датчики ориентации) измеряют значения углового ускорения и угловой скорости. Эти значения передаются в микроконтроллер, который в соответствии с математической моделью вестибулярной функции, реализованной в виде ее двухканального выполнения, вычисляет текущие параметры бифазного сигнала (абсолютная величина, длительность фаз, частота и т.д.), который должна формировать электрическая схема, входящая в состав устройства и который подается на первичные нейроны вестибулярного нерва через электроды. При этом осуществляется комбинация детерминированного сигнала с «окрашенным» белым шумом.

Устройство является компактным и легким и реализует возможность решения задачи определения корректирующих сигналов в ускоренном режиме.

1. Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации, содержащее автономный блок питания, блок обработки и формирования сигналов управления, снабженный устройством сопряжения с компьютером и связанный с датчиками ориентации и электродным блоком, отличающееся тем, что электродный блок состоит из двух групп электродов, каждая из которых включает по меньшей мере один электрод и размещена на одном из наушников шлема с возможностью плотного контакта с кожей головы человека в районе сосочковых бугорков за ушами, датчики ориентации включают микроакселерометр в лобной части шлема и датчик угловой скорости на верхней части шлема, блок обработки и формирования сигналов управления расположен на задней части шлема, снабжен переключателем режимов, связан двумя параллельными линиями связи с блоком электродов и выполнен с возможностью формирования корректирующих сигналов на электроды в виде бифазных импульсов двух режимов - в режиме информационной имитации силы тяжести и в режиме сигналов, соответствующих угловому движению головы при реализации вестибуло-окулярного рефлекса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки и формирования сигналов управления в режиме информационной имитации силы тяжести выполнен с возможностью предварительной установки частоты.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки и формирования сигналов управления в режиме сигналов, соответствующих угловому движению головы, формирует бифазные импульсы переменной частоты, при этом частота импульсов определяется в соответствии с сигналом с датчика угловой скорости и/или в соответствии с сигналом с микроакселерометра.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что блок обработки и формирования сигналов управления выполнен в виде микроконтроллера.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство сопряжения с компьютером выполнено беспроводным.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчиком угловой скорости является микровиброгироскоп, а датчиком углового ускорения - микроакселерометр.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчики ориентации выполнены в виде МЭМС-элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе ориентирования, навигации и информации, специально адаптированной для слепых или людей с ограниченными зрительными возможностями.
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и предназначено для лечения пациентов с открытоугольной глаукомой. .
Изобретение относится к офтальмологии и предназначено для лечения резистентных форм открытоугольной глаукомы. .

Изобретение относится к области систем ориентации и может быть использовано в системах ориентации незрячих и слабовидящих людей. .
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может использоваться в профилактике и лечении приобретенной близорукости, осложненной компьютерным зрительным синдромом.

Изобретение относится к медицине, в частности к медико-социальной экспертизе при глазных болезнях, и может быть использовано для количественной оценки способности к ориентации в пространстве инвалидов вследствие офтальмопатологии.

Изобретение относится к устройствам для предупреждения человека с ослабленным зрением о приближении к препятствию и оценки расстояния до него. .

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для ориентирования слепых в окружающем пространстве, и может быть использовано при самостоятельном передвижении слепого в недетерминированной обстановке, а также в экстремальных ситуациях, когда слепому требуется срочная медицинская помощь.
Изобретение относится к офтальмологии и может быть применимо для коррекции вторичного расходящегося косоглазия, развившегося после хирургического лечения сходящегося косоглазия методом двусторонней рецессии внутренних прямых мышц.
Изобретение относится к офтальмологии и может быть применимо для лечения открытоугольной глаукомы. В зону нижней половины лимба, кнаружи от шлеммова канала, не доходя до цилиарного тела, инъецируют воздух под давлением 60-80 мм рт.ст.
Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для лечения вторичной глаукомы после проведения субтотальной витрэктомии с введением силиконового масла после отслойки сетчатки.
Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии и физиотерапии, и касается лечения заболеваний зрительного нерва и сетчатки. Для этого проводят эндоназальное введение кортексина и проведение транскраниальной магнитотерапии в проекции зрительного пути с приставкой «Оголовье», охватывающей височные и затылочную области.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для коррекции лагофтальма. Набор для коррекции лагофтальма содержит, как минимум, один измерительный грузик, как минимум, один коррекционный грузик и, как минимум, один держатель измерительного грузика.
Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для имплантации торических интраокулярных линз. В предоперационном периоде предварительно на лимб в бессосудистой зоне с помощью коагулирующего лазера с длиной волны зеленого диапазона наносят лазерный коагулянт, который является контрольным ориентиром.
Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и предназначено для хирургического лечения рефракторной глаукомы в терминальной стадии. В проекции плоской части цилиарного тела выкраивают поверхностный склеральный лоскут основанием к лимбу.
Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и касается лазерного лечения первичной открытоугольной глаукомы с узким углом передней камеры. Осуществляют иридэктомию моноимпульсным лазером (Nd-YAG-лазер), мощностью 1,5-2,5 мДж, количество импульсов 1-4.
Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии и эндоскопической диагностике. Способ состоит в создании протокола постпроцессинга с 4D-видеозаписью риноэндоскопии, полученного в результате объединения двух протоколов осмотра: спиральной компьютерной томографии (СКТ) лицевого черепа и оптической риноэндоскопии.
Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для хирургического лечения вывихнутого хрусталика с плотным ядром в полость стекловидного тела (СТ).

Группа изобретений относится к офтальмологии и может быть применима для профилактики и/или лечения рефракционных нарушений зрения. Способ профилактики и/или лечения рефракционных нарушений зрения включает создание оптического фокуса через оптические элементы на фовеальной области сетчатки. Создают оптический фокус на периферии глазного дна перед сетчаткой в одном меридиане и за сетчаткой в другом меридиане, перпендикулярном первому. Устройство для профилактики и лечения рефракционных нарушений зрения включает оптические элементы с передней поверхностью и оптическим центром, в качестве оптических элементов выбраны линзы с асимметричным распределением рефракции относительно вертикали, проходящей через геометрический центр линзы, ориентированные в устройстве таким образом, что по одну и по другую сторону относительно вертикали, проходящей через геометрический центр линзы, при несимметричном удалении от геометрического центра рефракция монотонно усиливается, а относительно горизонтали, проходящей перпендикулярно вертикали через геометрический центр, рефракция не меняется либо монотонно ослабевает по отношению к рефракции в геометрическом центре. 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 25 ил.
Наверх